Conductor del futuro (cable hueco) o ahorro de recursos en la producción de cable

La producción de líneas de cables y barras colectoras está directamente relacionada con la extracción y producción de: aluminio y cobre, por ser estos los principales conductores. Hoy vale la pena pensar que estos recursos son agotables y no renovables, y debido a que la humanidad se está desarrollando gradualmente, cada vez se necesitan más de estos recursos. Por tanto, nuestro futuro pasa por el desarrollo de nuevos materiales y el uso más económico (racional) de los recursos. Este documento propondrá un nuevo enfoque para la producción de líneas de cable basado en el efecto de superficie en el conductor: el efecto de piel.

MEJORA DE LOS RECURSOS NATURALES — Hoy en día, con el ritmo del desarrollo humano, la necesidad de recursos naturales es cada vez mayor y, a su vez, se dividen en renovables y no renovables.

No todos los recursos son gratuitos, limitados y raros. El concepto de recursos limitados es bastante común. Solo en condiciones de escasez y recursos limitados, sobre la base de los cuales se crean los bienes, surgen problemas de naturaleza económica.Los problemas económicos no surgen si el volumen de bienes y recursos con los que se satisfacen las necesidades humanas son ilimitados. Pero su uso racional puede incrementar la competitividad de un productor interesado en el uso eficiente de los recursos y la maximización de las ganancias, así como satisfacer algunas de las necesidades humanas.

Las bases objetivas de la competitividad de los fabricantes en el mercado están determinadas por su capacidad para competir con otros fabricantes que operan en el mismo segmento de mercado y que producen productos similares, así como para lograr y mantener una posición competitiva sólida durante un largo período de tiempo. Esta es la principal condición para su operación exitosa, expresada en última instancia en términos de rentabilidad.

Para ello, por un lado, es necesario conocer las principales características de la posición competitiva que se quiere ocupar en el futuro, y por otro lado, tener una idea clara de qué recursos y capacidades le dan una posición competitiva. ventaja, que debe tener para ello y cuál de ellos está realmente disponible o estará disponible. [1]

Los principales materiales en la producción de cables y barras colectoras son el cobre y el aluminio; esto se debe a su alta conductividad eléctrica, resistencia mecánica suficientemente alta, resistencia a la corrosión, buena trabajabilidad, la posibilidad de soldar y soldar fácilmente.

Dado que este recurso es agotable, se requiere un uso más económico y eficiente.

Hablando del desarrollo económico y eficiente de la dirección de transmisión de electricidad a lo largo de líneas de cable y canales de bus, se pueden considerar las siguientes direcciones:

1) Desarrollo de nuevos materiales correspondientes a las características eléctricas necesarias para la transmisión de energía eléctrica.

2) Desarrollo de métodos para la producción de líneas de cable y barras colectoras.

3) Desarrollo de nuevos métodos de transmisión de energía eléctrica.

En este documento, se propondrá un nuevo método en la producción de cable, que se basa en el método del efecto de extensión de superficie: efecto de piel.

Efecto de superficie en el conductor. Efecto en la piel. Propiedades de frecuencia

La corriente alterna va acompañada de fenómenos electromagnéticos que provocan el desplazamiento de cargas eléctricas desde el centro del conductor hacia su periferia. Este efecto se denomina efecto de superficie o efecto piel. Como resultado de este efecto, la corriente se vuelve heterogénea. En la periferia, la corriente resulta ser de mayor magnitud que en el centro. Esto se debe a la diferencia en la densidad de los portadores de carga libres en la sección transversal perpendicular del conductor con respecto a la dirección de la corriente.

La profundidad de penetración actual se determina según la expresión:

Utilizando la fórmula anterior para alambre de cobre, a una frecuencia de corriente de 50 Hz, la profundidad de penetración es de aproximadamente 9,2 mm. En efecto, esto significa que al tener un alambre de sección transversal circular con un radio superior a 9,2 mm, no habrá corriente en el centro del alambre porque no habrá portadores de carga libres.

Cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente, menor será la profundidad de penetración. Un aumento del doble en la frecuencia de la corriente resultará en una reducción de la profundidad de penetración a la raíz cuadrada de dos. Si la frecuencia de la corriente aumenta 10 veces, entonces la profundidad de penetración disminuirá por la raíz de 10 veces.

Gráfico de distribución actual

El gráfico muestra claramente la distribución de la densidad de corriente J en un conductor redondo (cilíndrico).Más allá de la profundidad de penetración, la densidad de corriente es cero o insignificante porque no hay electrones libres en estas ubicaciones del cable. No hay corriente en estos lugares.

Si se elimina el material conductor del centro de dicho cable, donde no hay corriente, obtenemos un cable hueco en forma de tubo (tubo). Las características conductivas no cambiarán a partir de esto, ya que no había corriente allí, la resistencia de dicho cable no cambiará, pero las características como la inductancia y la capacitancia del cable pueden cambiar.

Uso práctico del efecto piel.

Teniendo en cuenta la profundidad de penetración actual para diferentes frecuencias, si se requiere un cable con un radio mayor que la profundidad de penetración, entonces es razonable utilizar un cable multinúcleo. Digamos que para una frecuencia de corriente de 50 Hz, el radio límite es de unos 9 mm, lo que significa que no tiene sentido trabajar con un cable sólido con un radio de más de 9 mm. Esto no dará ningún aumento en la conductividad porque no habrá corriente en el centro del cable, lo cual es un uso irracional del costoso cobre. Es por eso que los alambres y cables multinúcleo se utilizan para secciones transversales grandes. [2]

Para ahorrar recursos, se supone que se utiliza un alambre hueco con un grosor de alambre de más de 9 mm.

Hoy, Luvata fabrica alambres huecos.

Luvata ofrece una amplia gama de alambres huecos de cobre para generadores, bobinas magnéticas, hornos de inducción y una amplia variedad de otras aplicaciones.

El rango de tamaño del alambre hueco es de 4 x 4 mm (20 kg/m).

Los cables huecos están hechos de cobre libre de oxígeno OF-OK® de alta pureza con alta conductividad eléctrica, no menos del 100% IACS.Si es necesario para las propiedades técnicas del alambre hueco tener un punto de reblandecimiento más alto o un índice de fluencia más alto del metal que contiene cobre plata, marcas CuAg 0,03% o CuAg 0,1%, producidos a base de cobre OF-OK®, fueron usados.

Los alambres huecos de cobre se utilizan ampliamente en industrias como la generación de energía, equipos médicos y de investigación. [3]

Aplicaciones de alambre hueco

• máquinas de resonancia magnética

• Imanes para aplicaciones de física de alta energía

• Aceleradores de partículas

• Generadores

• hornos de inducción

• equipo de investigación de plasma

• Agitadores electrodinámicos

• Instalaciones de aleaciones de iones para la producción de microcircuitos

• Separadores de campo magnético de alta intensidad

Pero hoy no hay producción de líneas de cable de alambre hueco.

Sugerimos utilizar el siguiente diseño de línea de cable.

Figura 1. Alambre hueco

También sugerimos usar una vaina trenzada.

Figura 2. Un cable hueco trenzado con una cavidad rellena de PVC

Este desarrollo permite un uso económico y racional de los recursos.