未来の導体（中空ケーブル）またはケーブル製造における資源の節約

ケーブル線とバスバーの製造は、主要な導体であるアルミニウムと銅の抽出と製造に直接関係しています。今日、これらの資源は枯渇し、再生不可能であると考える価値があります。また、人類が徐々に発展しているという事実により、これらの資源はますます必要とされています。したがって、私たちの未来には、新素材の開発と資源のより経済的（合理的）な利用が必要です。この論文では、導体の表面効果、つまり表皮効果に基づいたケーブル線の製造への新しいアプローチを提案します。

天然資源の増強 — 今日、人間の発展のペースに伴い、天然資源の必要性は増大しており、その結果、天然資源は再生可能と非再生可能に分けられます。

すべてのリソースは無料ではなく、限られており、希少です。限られたリソースという概念は非常に一般的です。資源が不足し、資源が限られている場合にのみ、それに基づいて商品が作成され、経済的な性質の問題が発生します。人間のニーズを満たす物品や資源の量が無制限であれば、経済的問題は発生しません。しかし、それらを合理的に使用することで、資源の効率的な使用と利益の最大化に関心のある生産者の競争力を高めることができ、人間のニーズの一部も満たすことができます。

市場におけるメーカーの競争力の客観的基盤は、同じ市場セグメントで活動し、同様の製品を生産している他のメーカーと競争する能力、および長期にわたって強力な競争上の地位を達成および維持する能力によって決まります。これが運営を成功させるための主な条件であり、最終的には収益性の観点から表現されます。

これを行うには、一方では、将来的に獲得したい競争上の地位の主な特徴を知る必要があり、他方では、どのようなリソースと能力が競争力をもたらすのかについて明確なアイデアを持っている必要があります。そのためにはどの利点が必要か、またそのうちのどれが実際に利用可能であるか、または今後利用可能になるか。 [1]

ケーブルとバスバーの製造における主な材料は銅とアルミニウムです。これは、高い導電性、十分に高い機械的強度、耐食性、優れた加工性、はんだ付けや溶接が容易であるためです。

この資源は枯渇するため、より経済的かつ効率的に使用することが必要です。

ケーブル線やバスチャネルに沿った送電方向の経済的かつ効率的な開発について言えば、次の方向が考慮されます。

１）電気エネルギーの伝送に必要な電気特性に対応した新材料の開発。

2) ケーブル線およびバスバーの製造方法の開発。

3) 電気エネルギーの新しい伝送方法の開発。

この論文では、表面拡散効果、つまり表皮効果の方法に基づいた、ケーブル製造における新しい方法を提案します。

導体の表面効果。表皮効果。周波数特性

交流には、導体の中心から外周への電荷の移動を引き起こす電磁現象が伴います。この効果は表面効果または表皮効果と呼ばれます。この効果の結果、電流は不均一になります。周辺部では、電流の大きさが中心部よりも大きくなることがわかります。これは、電流の方向に対する導体の垂直断面における自由電荷キャリアの密度の違いによるものです。

現在の浸透深さは次の式に従って決定されます。

銅線に関する上記の式を使用すると、電流周波数 50 Hz での浸透深さは約 9.2 mm になります。実際、これは、半径 9.2 mm を超える円形断面のワイヤを使用すると、自由な電荷キャリアが存在しないため、ワイヤの中心には電流が存在しないことを意味します。

電流周波数が高くなるほど、浸透深さは小さくなります。電流周波数が 2 倍に増加すると、浸透深さは 2 の平方根に減少します。電流の周波数が 10 倍に増加すると、浸透深さは 10 の平方根で減少します。

電流分布グラフ

このグラフは、円形導体（円筒形）における電流密度 J の分布を明確に示しています。侵入深さを超えると、ワイヤ上のこれらの位置には自由電子が存在しないため、電流密度はゼロまたは無視できます。このような場所には流れがありません。

電流が流れていないワイヤの中心から導電性材料を除去すると、チューブ（チューブ）の形の中空ワイヤが得られます。そこに電流がなかったので、このようなワイヤの抵抗は変化しませんが、ワイヤのインダクタンスやキャパシタンスなどの特性は変化する可能性があるため、導電特性は変化しません。

表皮効果の活用

さまざまな周波数の現在の浸透深さを考慮して、浸透深さよりも大きな半径のワイヤが必要な場合は、多芯ケーブルを使用するのが合理的です。電流周波数が 50 Hz の場合、限界半径は約 9 mm であるとします。これは、半径 9 mm を超える単線を使用するのは意味がないことを意味します。これではワイヤの中心に電流が流れないため、導電性は向上しません。これは高価な銅の非合理的な使用です。このため、断面が大きい多芯ワイヤやケーブルが使用されます。 [2]

省資源のため、線径9mm以上の中空線を使用することを想定しています。

現在、Luvata は中空ワイヤーを製造しています。

Luvata は、発電機、電磁コイル、誘導炉、その他のさまざまな用途向けに幅広い銅中空線を提供しています。

中空ワイヤーのサイズ範囲は 4 x 4 mm (20 kg/m) です。

中空ワイヤーは、100% IACS 以上の高い導電率を備えた高純度 OF-OK® 無酸素銅で作られています。中空ワイヤーの技術的特性に、銀銅を含む金属のより高い軟化点またはより高いクリープ指数を持たせる必要がある場合は、銅 OF-OK® をベースに製造された CuAg 0.03% または CuAg 0.1% のブランドを選択してください。に使われていた。

中空銅線は、発電、医療、研究機器などの産業で広く使用されています。 [3]

中空ワイヤーの用途

• 磁気共鳴装置

• 高エネルギー物理用途向けの磁石

• 粒子加速器

• 発電機

• 誘導オーブン

• プラズマ研究装置

• 電気力学的シェーカー

• マイクロ回路製造用のイオン合金設備

• 高強度磁場分離器

しかし、現在では中空ワイヤーケーブルラインの生産は行われていません。

次のケーブル線設計を使用することをお勧めします。

図 1. 中空ワイヤー

より線シースの使用もお勧めします。

図 2. 空洞が PVC で満たされた撚り線中空ワイヤ

この発展により、資源を経済的かつ合理的に使用できるようになります。