احتمالا تا به الان اسم نانو به گوشتان خورده است . فناوری نانو در چند سال اخیرمحبوبیت بسیار زیادی پیدا کرده است . این فناوردی در چند سال اخیر نیز در حوضه تولید سیم وکابل برق طرفداران زیادی پیدا کرده است .
الیافی از جنس نانو که به الیاف نانولوله کربنی معروف هستند یکی از دست اورد های بسیار مهم در این حوضه میباشند .این الیاف کاربرد بسیار زیادی در تولید سیم و کابل های برق دارند .
این الیاف (CNT) دارای قابلیت فوق العاده ای هستند و میتوانند با هدایت الکتریکی بالا و بیشتر نسبت به مس تاثیر بسیار زیادی در کاهش مصرف زغال سنگ و گاز و کاهش انتشار کربن در صنعت برق میشود. ویژگی دیگری که این الیاف نانولوله کربنی دارند استحکام مکانیکی بسیار بالای انها میباشد .
ماده دیگری با نام نانوکامپوزیت‌های مبتنی بر مواد پلیمری و نانوذرات خاک رس در تولید عایق پوشش الکتریکی با خواص بهتر مورد استفاده قرار میگیرند .
این مواد دارای خواص مکانیکی خوب و مقاومت بسیار بالا در برابر حریق در عایق سیم میباشند .
ساختمان کلی کابل ها
امروزه در صنعت برق کابل ها بیشترین کاربرد در توضیع انرژی الکتریکی دارند .کاربرد کابل ها در صنعت الکترونیک امروزه بسیار گسترده میباشد .کابل ها در انواع کابل فشار ضعیف ، کابل فشار متوسط و کابل فشار قوی مورد استفاده قرار میگیرند .
با توجه به اینکه کابل ها کاربرد های متفاوتی دارند دارای انواع مختلفی هستند و در مدل ها و ساختار های مختلفی تولید میشوند . کابل ها از اصلی ترین اجزا یک پروژه سیم کشی هستند .
اگر اجزا یک پروژه به درستی انتخاب شوند پروژه به درستی پیش میرود . بهتر است قبل از انتخاب کابل برای شروع پروژه اطلاعات کاملی در باره ساختار انها داشته باشید .کابل ها از نظر ولتاژ کاری، متریال و کاربرد انواع مختلفی دارند .
کابل ها از سه بخش اصلی هادی،عایق و بخش روکش خارجی تشکیل شده اند . قسمت اصلی هر کابل هادی ان میباشد که وظیفه ان انتقال جریان الکتریکی میباشد . بر روی هادی یک لایه دیگر وجود دارد که هادی های کابل را از یکدیگر جدا می کند و انها را از بخش های دیگر نیز جدا میسازد .
بسیاری از کابل ها تنها دارای همین دو جز میباشد .اما بسیاری کابل های دیگر مانند کابل های فشار قوی دارای ساختار پیچیده تری میباشند . در این کابل ها بخش روکش خارجی دارای ویژگی هایی از جمله مقاومت در برابر اسیب های مکانیکی، شیمیایی و … میباشند .
هادی کابل وظیفه انتقال جریان را بر عهده دارد . جنس این قسمت معمولا از مس یا الومینیوم میباشد .این قسمت معمولا صورت رشته‌های، مفتولی، گرد یا مثلثی ساخته میشوند .
پوشش دیگری بر روی هادی قرار دارد که پوشش الکترواستاتیکی نامیده میشود . این پوشش از جنس نیمه هادی میباشد و بر روی مفتولهاي به هم تابیده شده کشیده میشود تا سطح هادی یکنواخت شده و میدان روی آن از تخلیه جزئی بین فواصل احتمالی عایق و هادی جلوگیری کند.
ترکیب هایی که معمولا برای برای عایق مصنوعی در کابل های برق مورد استفاده قرار میگیرند عبارت اند از : پلی وینیل کلراید (PVC)، ترموپالستیک پلیاتیلن (PE) و اتیلین پروپیلین الستیک یا مشابه آن (EPR) .
برای مقاومت سیم ها در شرایط بد اب هوایی از غلافهاي ترموپالســتیک مثل XLPE،PVC و یا غلاف هاي آلومینیمی و سربی استفاده میشود.غلاف های PVC دارای مقاومت بسیار بالا در برابر حرات و مقاوم در برابر ترکیب های شیمیایی خاک میباشند .
فناوری نانو چیست ؟
قبل از اینکه درباره سیم و کابل های نانو صحبت کنیم بهتر است یک اشنایی جزئی با فناوری نانو داشته باشیم .
فناوری نانو در واقع توانایی استفاده از یک ماده در ابعاد بسیار بسیار کوچک یا به اصطلاح نانو متری میباشد . در واقع مهم ترین مورد در این زمینه اندازه ذرات میباشند زیرا در مقیاس نانویی، اندازه ماده در ویژگی های آن بسیار موثر میباشد. و خاصیت های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی هر کدام از اتم‌ها و مولکول‌ها با خواص توده ماده متفاوت میباشد .
این اندازه برای هر ماده متفاوت میباشد . اما معمولا مواد نانو به موادی که حداقل یکی از ابعاد آن‌ها کوچک‌تر از ۱۰۰ نانو متر باشد گفته میشود.
فناوری نانو به طور کلی دارای 3 مرحله اصلی میباشد :
- طراحی ساختار های مهندسی در سطح اتم
- ترکیب این ساختار‌ها و تبدیل آن‌ها به مواد جدید با ساختار نانو با خصوصیات ویژه.
- ترکیب اینگونه مواد و تبدیل آن‌ها به ابزارهای سودمند.
به صورت کلی از نانو تکنولوژی انتظار میرود نیاز انسان ها به مواد کمیاب تر را تامین کرده و از تولید بسیاری از الودگی های زیست محیطی جلوگیری کند .
فناوری نانو در کابل‌ها
سیم ها و کابل ها در جامعه صنعتی مدرن امروزه دارای اهمیت بسیار خاصی هستند .نانولوله های کربنی به دلیل خاصیت های الکترونیکی و فیزیکی خاصی که دارند ، موقعیت های بسیار عالی برای ادغام در سیم‌ها و کابل‌ها برای انتقال نیرو و داده‌ها به ارمغان اورده اند .
کابل های CNT ماکروسکوپی تا به الان از خود قابلیت های بسیار مناسبی برای جایگزینی برای هادی‌های فلزی در عملکرد های ازمایشگاهی کابل‌های کواکسیال، USB و اترنت به نمایش گذاشته اند .
در کارایی های بسیار خاص، مثل هادی بیرونی کابل کواکسیال، مواد CNT ممکن است برای جابجایی فلزات برای دستیافتن به مزیت های مهم مثل کاهش جرم کابل در واحد طول تا 50٪ در برخی موارد مورد استفاده قرار گیرند.
مواد CNT حجیم دارای چندین قابلیت خاص هستند که ممکن است مزیت هایی نسبت به هادی‌های فلزی مثل تحمل خمشی و پایداری محیطی داشته باشد. به صورت خاص، دیده میشود که سیم‌های CNT بیشتر از 200000 چرخه خمشی را بدون افزایش مقاومت تحمل می‌کنند.
علاوه بر این، سیم‌های CNT پس از گذشت هشتاد روز در یک فضای خورنده) افزایشی در مقاومت نشان نمی‌دهند نانولوله‌های کربنی علاوه بر رســانایی الکتریکی، مقاومت مکانیکی خیلی خوبی (در اندازه با استحکام ترین نوع فولادها) نیز دارند که دلیل خاصیت مکانیکی مناسب این ماده نیز میباشد .
برای افزایش خاصیت عایق بودن روکش کابل های برق ، میتوانیم از نانوکامپوزیت ها، بر پایه مواد پلیمری و نانوذرات خاک رس اســتفاده کنیم .این ماده ها هم دارای خواص مکانیکی مناسب و ویژگی های دیگری از جمله مقاومت بالا در برابر آتش سوزی در عایق بندی کابل میباشند .
سخن پایانی
فناوری نانو تکنولوزی به عنوان مهم ترین به عنوان بزرگ ترین انقلاب تکنولوژیک قرن بیست و یکم دلیل تغییرات بزرگ در رشته های مختلف از جمله مواد، انرژي، محيط زيســت، الكترونيك و… شده است.
یکی از حوضه های بزرگ که توانسته است با استفاده از این تکنولوژی امکان تامین نیاز های خود با خاصیت های بهتر ، صرفه جویی هزینه و تلفات انرژی را به خوبی انجام دهد صنعت برق میباشد .
خواصیت های قابل توجه میتوانند خواص فيزيكي، مكانيكي، متالورژيكي، شيميايي و … در 3 قسمت تولید نیروگاه، شبکه انتقال و شبکه توزیع باشد.
یکی دیگر از دلایلی که فناوری نانو در حوزه برق مورد توجه خاص قرار گرفته است کاهش شدید منابع نفتی و افزایش تقاضا برای تامین انرژی میباشد .
به طور کلی کاربرد نانو در صنعت برق را میتواند به دسته های زیر تقسیم بندی کرد :
- ساخت و توليد تجهيزات مورد نياز صنعت برق با کاربرد و خاصیت های بهتر و صرفه جویی در هزینه ها.
- ساخت و توليد تجهيزاتي كه با فناوری‌های قدیمی ممکن نیست.
- توسعه روشهاي بهره برداري، تعميرات، نگهداري، بهسازي و نوسازي تاسيسات و تجهيزات صنعت برق
- کم کردن تلف شدن انرژی برق در شبکه‌های انتقال و توزيع
- زیاد شدن راندمان وسایل در صنعت برق
- افزايش توان توليد.
در این مقاله به طور کلی با نانو و کاربرد های نانو در صنعت برق و تولید سیم و کابل اشنا شدیم و با کارایی ها ، مزیت ها و تاثیراتی که این تکنولوژی بر زندگی انسانها دارد اشاره کردیم .سیم و کابل های نانو میتوانند جایگزین بسیار مناسبی برای کابل هایی که امروزه در اکثر مکان ها استفاده میشوند ، باشند .
