Analiza rezystancji przewodnika elektrycznego w funkcji parametrów procesu utwardzania przez zgniot i jego deometrii

W obecnej sytuacji gospodarczej branża kabli elektrycznych stoi przed wyzwaniami technicznymi i ekonomicznymi.Rzeczywiście, ze względu na globalizację rynków światowych i ciągły wzrost cen surowców niezbędnych do produkcji kabli elektrycznych, zwłaszcza miedzi, producenci muszą dostosować swoje modele ekonomiczne, aby zapewnić trwałość swojej działalności.Muszą zatem wdrożyć globalną strategię, aby z jednej strony poprawić wydajność procesów produkcyjnych, az drugiej zoptymalizować parametry projektowe kabli elektrycznych.Cel jest częścią podejścia do optymalizacji zużycia surowców przy jednoczesnym poszanowaniu ramowych wymagań norm dla kabli elektrycznych.Celu tego nie da się jednak osiągnąć bez szczegółowego zrozumienia zjawisk elektrycznych, jakie panują w strukturach kabli.W tym celu niezbędne jest badanie procesów produkcyjnych i parametrów projektowych w celu zidentyfikowania i ilościowego określenia ich wpływu na zachowanie elektryczne, a dokładniej na całkowitą rezystancję elektryczną kabli.Te ostatnie zazwyczaj składają się z przewodzącego rdzenia z miedzi lub aluminium i jednej lub więcej warstw ochronnych z materiałów dielektrycznych i/lub metalicznych.Badania koncentrują się głównie na badaniu przewodzącej części kabla.Składa się z splotów jednostkowych ułożonych w kolejne koncentryczne warstwy.Kształt żył może być okrągły, profilowany, trójkątny, owalny itp. Zasadniczo rdzeń przewodzący jest wytwarzany przy użyciu procesów odkształcania na zimno, takich jak okablowanie i zagęszczanie.Podczas tych operacji ulega odkształceniom plastycznym, aby osiągnąć dobrze określone specyfikacje geometryczne.Odkształcenia te wynikają z pól naprężeń generowanych przez siły rozciągające, skręcające, ściskające i tarcia charakterystyczne dla procesów produkcyjnych.Przyjmuje się, że te odkształcenia wpływają na mechaniczne i elektryczne zachowanie przewodzącego rdzenia.Z mechanicznego punktu widzenia odkształcenia plastyczne splotek jednostkowych prowadzą do utwardzenia materiału przez odkształcenie, modyfikując w ten sposób jego ogólne właściwości mechaniczne.Skutkuje to zwiększeniem granicy sprężystości materiału i wyraźniejszą sztywnością mechaniczną w trakcji rdzenia przewodzącego.Rozumie się, że obserwowane modyfikacje nie są takie same w różnych projektach.Uzależnione są wówczas od parametrów konstrukcyjnych, takich jak liczba i kształt splotów elementarnych, liczba warstw, podziałka uzwojenia, kierunek ułożenia uzwojenia, stopień zagęszczenia (stopień zagęszczenia rdzenia), obszary styku nici.Z elektrycznego punktu widzenia wszystkie te zmiany muszą być zbadane w celu ilościowego określenia ich wpływu na przewodność elektryczną materiału, rozkład prądu i całkowitą rezystancję elektryczną kabla.Badania koncentrują się na analizie zachowania elektrycznego żył przewodzących kabli elektrycznych, a dokładniej na ich całkowitym oporze elektrycznym.
Analiza dotyczyć będzie głównie badania rezystancji elektrycznej w trybie stacjonarnym (prąd stały).Cele przemysłowe koncentrują się wokół następujących punktów:
 Zrozumieć zjawiska elektryczne panujące w duszach przewodzących,
 Wymiarować rdzenie przewodzące tak, aby uzyskać określoną rezystancję elektryczną,
 Zmniejszenie zużycia surowców, zwłaszcza miedzi.
Aby osiągnąć te cele, wykorzystuje się narzędzia obliczeniowe oparte na modelach numerycznych do przewidywania mechanicznego i elektrycznego zachowania się przewodników.
Po pierwsze, odtworzenie procesów okablowania i zagęszczania pozwoli przybliżyć pola deformacji rdzenia przewodzącego oraz rzeczywisty kształt obszarów styku między żyłami.Po drugie, analiza elektryczna określi ich wpływ na przewodzenie prądu, a tym samym na całkowitą rezystancję elektryczną rdzenia przewodzącego.
Modele te, oparte na metodzie elementów skończonych, posłużą do ilościowego określenia wpływu parametrów procesu okablowania i zagęszczania na właściwości elektryczne rdzeni przewodzących.Wyniki symulacji posłużą do ustalenia zestawu parametrów projektowych w celu optymalizacji zużycia surowca.
Rdzeń przewodzący ulega odkształceniom plastycznym w wyniku utwardzania materiału podczas produkcji;wówczas przydatne będzie przeanalizowanie ich wpływu na przewodnictwo elektryczne materiału.
Z krystalograficznego punktu widzenia te odkształcenia plastyczne wynikają z powstawania, powielania i przemieszczania ruchomych defektów liniowych w sieci krystalicznej metalu.
Defekty te nazywane są dyslokacjami.Rosnąca liczba dyslokacji powstających podczas odkształceń plastycznych oraz ich wzajemne oddziaływanie (lub z zanieczyszczeniami, osadami itp.) prowadzi do zmniejszenia ich ruchliwości.Powoduje to utwardzenie struktury metalurgicznej metalu.
Zjawisko to nazywane jest „hartowaniem”.Powoduje to również zmniejszenie wielkości ziaren, a tym samym zwiększenie liczby granic ziaren w strukturze metalowej.
Ponadto defekty i luki zawarte w sieci krystalicznej metalu stanowią przeszkodę dla nośników ładunków elektrycznych (elektronów).
Wahania te powodują pogorszenie przewodnictwa elektrycznego materiału, ale także jego nierównomierny rozkład w przekroju rdzenia przewodzącego.
Eksperymentalnie scharakteryzowana zostanie rezystancja styku elektrycznego i zmiana przewodnictwa elektrycznego w funkcji utwardzania materiału przez odkształcenie.
Następnie te ostatnie zostaną wykorzystane w modelach numerycznych poprzez zdefiniowanie strategii sprzężenia mechaniczno-elektrycznego, dzięki czemu możliwe będzie uwzględnienie wpływu rezystancji zestyku i umocnienia odkształceniowego na całkowitą rezystancję elektryczną kabli.