Conducteur du futur (câble creux) ou économie de ressources dans la production de câbles

La production de lignes de câbles et de jeux de barres est directement liée à l'extraction et à la production de : l'aluminium et le cuivre, car ce sont les principaux conducteurs. Aujourd'hui, il vaut la peine de penser que ces ressources sont épuisables et non renouvelables, et du fait que l'humanité se développe progressivement, de plus en plus de ces ressources sont nécessaires. Par conséquent, notre avenir exige le développement de nouveaux matériaux et l'utilisation plus économique (rationnelle) des ressources. Cet article proposera une nouvelle approche de la production de lignes de câble basée sur l'effet de surface dans le conducteur — l'effet de peau.

MISE EN VALEUR DES RESSOURCES NATURELLES — Aujourd'hui, avec le rythme du développement humain, les besoins en ressources naturelles augmentent et elles sont, à leur tour, divisées en renouvelables et non renouvelables.

Toutes les ressources ne sont pas gratuites, limitées et rares. Le concept de ressources limitées est assez courant. Ce n'est que dans des conditions de rareté et de ressources limitées, sur la base desquelles les biens sont créés, que des problèmes de nature économique se posent.Les problèmes économiques ne se posent pas si le volume de biens et de ressources avec lequel les besoins humains sont satisfaits est illimité. Mais leur utilisation rationnelle peut accroître la compétitivité d'un producteur soucieux de l'utilisation efficace des ressources et de la maximisation des profits, ainsi que de satisfaire certains des besoins humains.

Les fondements objectifs de la compétitivité des fabricants sur le marché sont déterminés par leur capacité à concurrencer d'autres fabricants opérant sur le même segment de marché et produisant des produits similaires, ainsi qu'à atteindre et à maintenir une position concurrentielle forte pendant une longue période. C'est la principale condition de son bon fonctionnement, traduit in fine en termes de rentabilité.

Pour ce faire, d'une part, vous devez connaître les principales caractéristiques de la position concurrentielle qu'il souhaite occuper à l'avenir, et d'autre part, avoir une idée claire de ce que les ressources et les capacités donnent à un compétiteur avantage, qu'il doit avoir pour cela et lequel d'entre eux est effectivement disponible ou sera disponible. [1]

Les principaux matériaux utilisés dans la production de câbles et de barres omnibus sont le cuivre et l'aluminium - cela est dû à leur conductivité électrique élevée, leur résistance mécanique suffisamment élevée, leur résistance à la corrosion, leur bonne maniabilité, la possibilité de brasage et de soudage faciles.

Puisque cette ressource est épuisable, une utilisation plus économique et efficace est requise.

Parlant du développement économique et efficace de la direction de transmission de l'électricité le long des lignes de câble et des canaux de bus, les directions suivantes peuvent être envisagées :

1) Développement de nouveaux matériaux correspondant aux caractéristiques électriques nécessaires à la transmission de l'énergie électrique.

2) Développement de méthodes pour la production de lignes de câbles et de jeux de barres.

3) Développement de nouvelles méthodes de transmission de l'énergie électrique.

Dans cet article, une nouvelle méthode de production de câbles sera proposée, basée sur la méthode de l'effet d'étalement de surface - effet de peau.

Effet de surface dans le conducteur. Effet sur la peau. Propriétés de fréquence

Le courant alternatif s'accompagne de phénomènes électromagnétiques qui entraînent le déplacement de charges électriques du centre du conducteur vers sa périphérie. Cet effet est appelé effet de surface ou effet de peau. Du fait de cet effet, le courant devient inhomogène. En périphérie, le courant s'avère plus important qu'au centre. Ceci est dû à la différence de densité de porteurs de charge libres dans la section perpendiculaire du conducteur par rapport au sens du courant.

La profondeur de pénétration actuelle est déterminée selon l'expression :

En utilisant la formule ci-dessus pour le fil de cuivre, à une fréquence de courant de 50 Hz, la profondeur de pénétration est d'environ 9,2 mm. En effet, cela signifie qu'ayant un fil de section circulaire avec un rayon supérieur à 9,2 mm, il n'y aura pas de courant au centre du fil car il n'y aura pas de porteurs de charge libres.

Plus la fréquence du courant est élevée, plus la profondeur de pénétration est petite. Une double augmentation de la fréquence du courant entraînera une réduction de la profondeur de pénétration à la racine carrée de deux. Si la fréquence du courant augmente de 10 fois, la profondeur de pénétration diminuera de la racine de 10 fois.

Graphique de distribution actuel

Le graphique montre clairement la répartition de la densité de courant J dans un conducteur rond (cylindrique).Au-delà de la profondeur de pénétration, la densité de courant est nulle ou négligeable car il n'y a pas d'électrons libres à ces endroits sur le fil. Il n'y a pas de courant dans ces endroits.

Si le matériau conducteur est retiré du centre d'un tel fil, où il n'y a pas de courant, nous obtenons alors un fil creux sous la forme d'un tube (tube). Les caractéristiques conductrices ne changeront pas à partir de cela, car il n'y avait pas de courant là-bas, la résistance d'un tel fil ne changera pas, mais des caractéristiques telles que l'inductance et la capacité du fil peuvent changer.

Utilisation pratique de l'effet de peau

Compte tenu de la profondeur de pénétration actuelle pour différentes fréquences, si un fil avec un rayon supérieur à la profondeur de pénétration est requis, il est alors raisonnable d'utiliser un câble multiconducteur. Disons que pour une fréquence de courant de 50 Hz, le rayon limite est d'environ 9 mm, ce qui signifie qu'il n'est pas logique de travailler avec un fil plein de rayon supérieur à 9 mm. Cela n'augmentera pas la conductivité car il n'y aura pas de courant au centre du fil, ce qui est une utilisation irrationnelle du cuivre coûteux. C'est pourquoi les fils et câbles multiconducteurs sont utilisés pour les grandes sections. [2]

Afin d'économiser les ressources, on suppose qu'un fil creux d'une épaisseur de fil supérieure à 9 mm est utilisé.

Aujourd'hui, Luvata fabrique des fils creux.

Luvata propose une large gamme de fils creux en cuivre pour générateurs, bobines magnétiques, fours à induction et une grande variété d'autres applications.

La gamme de taille du fil creux est de 4 x 4 mm (20 kg / m).

Les fils creux sont en cuivre sans oxygène OF-OK® de haute pureté avec une conductivité électrique élevée, pas moins de 100% IACS.S'il est nécessaire pour les propriétés techniques du fil creux d'avoir un point de ramollissement plus élevé ou un indice de fluage plus élevé du métal contenant du cuivre argent, des marques CuAg 0,03% ou CuAg 0,1%, produites à base de cuivre OF- OK®, ont été utilisées.

Les fils de cuivre creux sont largement utilisés dans des industries telles que la production d'électricité, les équipements médicaux et de recherche. [3]

Applications fil creux

• Machines à résonance magnétique

• Aimants pour les applications de physique des hautes énergies

• Accélérateurs de particules

• Générateurs

• Fours à induction

• Équipement de recherche plasma

• Agitateurs électrodynamiques

• Installations d'alliages ioniques pour la production de microcircuits

• Séparateurs de champ magnétique à haute intensité

Mais aujourd'hui, il n'y a pas de production de lignes de câbles à fils creux.

Nous suggérons d'utiliser la conception de ligne de câble suivante.

Figure 1. Fil creux

Nous suggérons également d'utiliser une gaine toronnée.

Figure 2. Un fil creux toronné avec une cavité remplie de PVC

Ce développement permet une utilisation économique et rationnelle des ressources.