کاربرد نانو در صنعت تولید سیم و کابل :صنعت سیم و کابل یکی از مهترین بخش‌های موجود در توزیع و انتقال انرژی الکتریکی می‌باشد. با توجه به گران بودن قیمت سیم و کابل این بخش یکی از پرهزینه‌ترین بخش‌ها چه در اجرا و چه در تعمیرات می‌باشد. از این رو بررسی و رفع چالش‌ها این بخش می‌تواند موجب صرفه‌جویی اقتصادی عظیمی در هزینه‌ها گردد. فناوری نانو بعنوان یک رویکرد جدید می‌تواند بخشی از چالش‌های موجود در صنعت سیم و کابل را مرتفع سازد.
همانگونه که اشاره شد فناوری نانو می‌تواند در بخش پوشش و روکش‌های مورد استفاده برای کابل‌ها مورد استفاده قرار گیرد و موجب افزایش طول عمر و همچنین افزایش مقاومت در برابر خوردگی و پوسیدگی گردد. فناوری نانو می‌تواند با افزایش قدرت عایقی روکش و پوشش سیم و کابل موجب افزایش قدرت انتقالی نیز گردد که این امر نیز باعث صرفه‌جویی اقتصادی خواهد شد. از دیگر کاربردهای این فناوری که بیشتر در مرحله تحقیقاتی است افزایش بازده و کاهش تلفات کابل‌ها می‌باشد.
ایمنی‌بخشی نیز با توجه به بازده اقتصادی بالا می‌تواند مبحث بسیار مناسبی برای سرمایه‌گذاری باشد. استفاده از فناوری نانو در بخش سیم و کابل موجب ایجاد رویکردهای جدیدی برای رفع چالش‌های این صنعت گردیده است. برای مطالعه بیشتر در مورد کاربرد نانو در صنعت تولید سیم تا پایان مقاله همراه فرنام الکتریک باشید.
ساختمان کابل
امروزه در صنعت برق بخش عظیمی از توزیع انرژی الکتریکی، به ویژه در کابل فشار ضعیف بوسیله کابل برق انجام می‌گیرد. البته برای انتقال انرژی الکتریکی کابل فشار متوسط و کابل برق فشار قوی نیز در برخی موراد از کابلهای مخصوص استفاده می‌شود. کاربرد کابل‌ها در تاسیسات الکتریکی بسیار وسیع و دارای اهمیت زیادی است. کابلهای برق به دلیل شرایط مختلف و کاربردهای گوناگونی که ممکن است داشته باشند در مدل‌ها و ساختارهای مختلفی تولید می‌شوند. کابل‌ها مواد اصلی یک پروژه سیم کشی را تشکیل می‌دهند.
اگر این مواد به درستی انتخاب نشوند کل پروژه را مختل می‌کنند. بهتر است قبل از انتخاب هر نوع کابل و سیم از ساختمان و ویژگی‌های آنها به طور کامل آگاهی داشته باشید. کلیه کابلهای برق از لحاظ ولتاژ کاری، متریال و کاربرد مدل‌های مختلفی دارند. برای انتخاب بهترین گزینه برای پروژه خود باید از تولید کنندگان معتبر خرید کنید.
کابل‌ها از ســه قســمت اصلی تشکیل شده‌اند که عبارتند از: هادي، عایق و بخش روکش خارجی. قســمت اصلی کابل که همان هادي آن است، وظیفه هدایت جریان را به عهده دارد. پس از سیم یک لایه عایق روي هادي کابل پیچیده می‌شود که هادی های کابل را از یکدیگر و نیز محیط اطراف جدا می‌سازد. تعداد زیادي از کابل ها نظیر کابلهای فشــار ضعیف، مخابرات و… فقط داراي همین دو جزء می‌باشند، ولی با افزایش ولتاژ، ساختمان کابل ها نیز پیچیده‌تر می‌شود. بخش روکش خارجی، کابل را در مقابل صدمات مکانیکی، شیمیایی و … حفظ می‌کند.
هادی کابل قســمت اصلی كابل اســت كه جریان الكتریكی را هدایت کرده و از جنس مس و آلومینیوم است. می‌کند. هادی كابل ممكن است به صورت رشته‌های، مفتولی، گرد یا مثلثی باشد.
پوشش الکترواستاتیکی روي هادي پوششی از جنس نیمه هادی است که روي مفتول هاي به هم تابیده کشیده می‌شود تا با یکنواخت کردن سطح هادي و میدان روي آن از تخلیه جزئی بین فواصل احتمالی عایق و هادي جلوگیري کند.
از عایق هاي مصنوعی مورد استفاده در کابل‌ها می‌توان به ترکیبات بر مبناي پلی وینیل کلراید (PVC) و ترکیبات بر مبناي ترموپالستیک پلیاتیلن (PE) و ترکیبات بر مبناي اتیلین پروپیلین الستیک یا مشابه آن (EPR) اشاره نمود.
بــراي حفاظت کابل هــا در مقابل رطوبت و خوردگی از غلاف هاي ترموپالســتیک ماننــد XLPE،PVC و یا غلاف هاي آلومینیمی و سربی استفاده می‌شود. غلاف‌های PVC قابلیت تحمل درجه حرارت زیاد و حتی شعله را دارا بوده و در مقابل تمام ترکیبات شیمیایی خاک مقاوم می‌باشند.
مهم‌ترین کاربرد نانو در صنعت تولید سیم
نانوتکنولوژی لوله‌های کربنی
الیاف نانولوله کربنی یکی از مهم‌ترین دستاوردهای این فناوری است. این نانولوله‌ها در صنعت کاربردهای چشم‌گیری یافته‌اند. الیاف نانولوله کربنی (CNT) با رسانایی الکتریکی بالا و به مراتب بهتر از مس تأثیر قابل توجهی در کاهش تلفات انرژی دارند.
با فرض 1٪ راندمان رسانایی نانولوله به نانولوله بر روی الیاف و تراکم فشرده‌سازی 2 CNTs در سانتی‌متر مربع، جریانی که نانولوله‌های کربن با سرعت جریان 5 میلیون آمپر انتقال می‌دهد برابر با 5 برابر بهترین ظرفیت انتقال ابررسانا است.
در این مواد گرما کم است. با استفاده از فناوری فعلی، تلفات خط انتقال حدود 5 درصد است و این تلفات را 5 درصد کاهش می‌دهد و باعث صرفه‌جویی در انرژی سالانه می‌شود. این کاهش تلفات همچنین باعث صرفه‌جویی قابل توجهی در مصرف زغال سنگ و گاز و کاهش انتشار کربن در صنعت برق می‌شود.
توسعه این ماده در بازارهای جهانی نیز قابل توجه است. به عنوان مثال، انتظار می‌رود تقاضای جهانی برای فیبر کربن از 4000 تن در سال به بیش از 6000 تن در سال رشد کند.
علاوه بر هدایت الکتریکی در نانولوله‌های کربنی، از مقاومت مکانیکی بسیار مناسبی برخوردار هستند (به قوی‌ترین نوع فولادها)، که همچنین باعث خواص مکانیکی خوبی این ماده می‌شود.
نانوکامپوزیت‌های مبتنی بر مواد پلیمری و نانوذرات خاک رس نیز می‌توانند برای بهبود خاصیت عایق‌بندی پوشش الکتریکی مورد استفاده قرار گیرند. این کامپوزیت‌ها مواد علاوه بر خواص مکانیکی خوب، دارای خواص دیگری مانند مقاومت بالا در برابر آتش برای عایق‌بندی نیز هستند.
فناوری نانو باعث می‌شود کواکسیال سبک‌تر شود
کابلهای کواکسیال مشترک با یک هادی خارجی جدید مبتنی بر نانو تولید‌شده توسط دانشمندان دانشگاه رایس می‌توانند 50 درصد سبک‌تر شوند.
آزمایشگاه رایس پروفسور Matteo Pasquali یک روکش را ایجاد کرده است که می‌تواند نوار مسی روکش قلع را جایگزین کند که سیگنال را منتقل می‌کند و سیم را از تداخل الکترومغناطیسی محافظت می‌کند. نوار فلزی سنگین‌ترین جزء کابلهای داده کواکسیال مدرن است.
این تحقیقات در سال 2016 در ژورنال انجمن شیمی آمریکایی ACS Applied Material and Interfaces منتشر شده است.
تعویض سیم هادی بیرونی با روکش انعطاف‌پذیر و با کارایی بالا، می‌تواند به نفع هواپیماها و فضاپیماها باشد که در آن وزن و قدرت کابلهای انتقال داده از عوامل مهم عملکرد هستند.
دانشمند Francesca Mirri، نویسنده اصلی مقاله، با تغییر ضخامت نانولوله کربن از پوشش، سه نسخه از کابل جدید را اختراع کرد. وی دریافت که بیشترین ضخامت، حدود 90 میکرون – تقریباً عرض متوسط موهای انسان – برای محافظت از معیارهای لازم مناسب است و همچنین قوی‌ترین نیز است. این تکنولوژی جدید اجازه می‌دهد سیم تا 10.000 بار بدون هیچ آسیبی خم شود.
روکش صنعتی با استفاده از نانوتکنولوژی
Helukabel’s Clean Plus از نانوتکنولوژی برای تکثیر اثر نیلوفر آبی بر روی روکش‌های کابل برای کاهش آلودگی و تماس با کابل برای افزایش طول عمر و عملکرد استفاده می‌کند.
Clean Plus Helukabel یک روکش برای تقویت روند تمیز کردن سطح سیم است که از نانوتکنولوژی برای ایجاد اثر نیلوفر آبی استفاده می‌کند و از چسبندگی مواد مضر مانند روغن، گریس، رنگ و لجن جلوگیری می‌کند.
این سطح باعث می‌شود قطرات آب و ذرات خاکی با تماس محدودی مواجه شوند و از چسبندگی جلوگیری می‌کنند. قطرات آب کروی از بین می‌روند و هرگونه ذره خاک به هم متصل می‌شوند.
فناوری نانو در ابررسانا که می‌تواند الکترونیک را برای همیشه تغییر دهد
سیم‌های مسی انرژی زندگی ما را تأمین می‌کنند. کابلهای انتقال دهنده برق ساده، که از دهه 1820 مورد استفاده قرار می‌گرفت، انرژی را به خانه‌های ما می آورد. ارتباطات ما را متصل می‌کند و دستگاه‌های الکترونیکی ما را راه می اندازد.
مرکز فناوری NanoScience راهی برای بهبود سیم مسی معمولی و تبدیل آن به کابل ابررسانا پیدا کرده است. مدیر این مجموعه می‌گوید: “این وسیله می‌تواند قدرت ما در جهان را تغییر دهد.”
فناوری nanowhisker که سیم مس استاندارد را به یک ابررسانا تبدیل می‌کند که قادر به ذخیره و تحویل مقادیر زیادی از انرژی است. این تکنولوژی، فرصت‌های هیجان انگیزی برای نوآوری فناوری تولید کابل و سیم ایجاد می‌کند.
نانوسنسورها برای تشخیص مشکلات کابلهای زیرزمینی
از سنسورهای نانو می‌توان برای شبکه‌های کابلی هوشمند استفاده کرد تا مشکلات را قبل از وقوع تشخیص دهد. اندازه‌گیری تخریب کابلهای زیرزمینی یا پایین‌آوردن قیمت سنسورهای شیمیایی که قبلاً برای ترانسفورماتورها در دسترس بود از فواید این تکنولوژی است.
نانوتکنولوژی احتمالاً برای تحقق کامل شبکه هوشمند در آینده نزدیک ضروری خواهد بود. بهره‌وری انرژی روشی برای مدیریت و محدود‌کردن رشد مصرف انرژی است. این یکی از ساده‌ترین و به صرفه‌ترین راه‌های مقابله با تغییرات آب و هوا، بهبود رقابت در مشاغل و کاهش هزینه‌های انرژی برای مصرف‌کنندگان است.