التطبيق في الصناعة الكهربائية

التطبيق في الصناعة الكهربائية

نقل الطاقة: يتم استهلاك كمية كبيرة من النحاس عالي التوصيل في نقل الطاقة، والذي يستخدم بشكل رئيسي في كابلات الطاقة والحافلات والمحولات والمفاتيح ومكونات التوصيل والموصلات. في عملية نقل الطاقة للأسلاك والكابلات، يتم إهدار الطاقة الكهربائية بسبب التسخين بالمقاومة. من منظور توفير الطاقة والاقتصاد، يتم حاليًا الترويج لمعيار "المقطع العرضي الأمثل للكابل" في العالم. في الماضي، كانت المعايير الشائعة تستند ببساطة إلى منظور تقليل الاستثمار في التركيب الأول، ومن أجل تقليل المقطع العرضي للكابل، لتجنب ارتفاع درجة الحرارة الخطير تحت التيار المقدر المطلوب من قبل التصميم، تم تحديد الحد الأدنى لحجم الكابل المسموح به. على الرغم من أن تكلفة تركيب الكابل الموضوع وفقًا لهذا المعيار منخفضة، إلا أن استهلاك طاقة المقاومة كبير نسبيًا أثناء الاستخدام طويل الأمد. يأخذ معيار "المقطع العرضي الأمثل للكابل" في الاعتبار كل من تكلفة التركيب الأول واستهلاك الطاقة، ويوسع حجم الكابل بشكل مناسب لتحقيق غرض توفير الطاقة وأفضل الفوائد الاقتصادية الشاملة. وفقًا للمعيار الجديد، غالبًا ما يكون المقطع العرضي للكابل أكثر من ضعف المقطع العرضي القديم، مما يمكن أن يحقق تأثير توفير الطاقة بنسبة 50% تقريبًا. في الفترة الماضية، بسبب نقص الفولاذ في بلدي، تم استخدام الألومنيوم بدلاً من النحاس في خطوط النقل الهوائية ذات الجهد العالي على أمل تقليل الوزن، مع الأخذ في الاعتبار أن الوزن النوعي للألمنيوم لا يتجاوز 30% من وزن النحاس. في الوقت الحاضر، من منظور حماية البيئة، سيتم تحويل خطوط النقل الهوائية إلى وضع كابلات تحت الأرض. في هذه الحالة، يتضاءل الألومنيوم مقارنة بالنحاس بسبب ضعف موصليته وحجم الكابل الكبير.
تصنيع المحركات: في تصنيع المحركات، يتم استخدام سبائك النحاس عالية التوصيل وعالية القوة على نطاق واسع. الأجزاء النحاسية الرئيسية هي الدوارات والدوارات ورؤوس الأعمدة. في المحركات الكبيرة، يتم تبريد اللفات بالماء أو الهيدروجين، وهو ما يسمى بالتبريد الداخلي المزدوج بالماء أو محركات التبريد الهيدروجيني، والتي تتطلب طولًا طويلاً من الأسلاك المجوفة. المحركات هي مستخدمون كبار للكهرباء، حيث تمثل حوالي 60٪ من إجمالي إمدادات الكهرباء. فاتورة الكهرباء التراكمية لتشغيل المحرك مرتفعة للغاية، وتصل عمومًا إلى تكلفة المحرك نفسه في غضون أول 500 ساعة من التشغيل، أي ما يعادل 4 إلى 16 ضعف التكلفة في غضون عام، وما يصل إلى 200 ضعف التكلفة خلال عمر العمل بالكامل. إن الزيادة الصغيرة في كفاءة المحرك لا يمكن أن توفر الطاقة فحسب؛ بل تحصل أيضًا على فوائد اقتصادية كبيرة. يعد تطوير وتطبيق المحركات عالية الكفاءة موضوعًا ساخنًا في العالم اليوم. نظرًا لأن استهلاك الطاقة داخل المحرك يأتي بشكل أساسي من فقدان مقاومة اللف، فإن زيادة المقطع العرضي للسلك النحاسي يعد مقياسًا رئيسيًا لتطوير محركات عالية الكفاءة. وقد أدت بعض المحركات عالية الكفاءة التي تم تطويرها في السنوات الأخيرة إلى زيادة استخدام اللفات النحاسية بنسبة 25% إلى 100% مقارنة بالمحركات التقليدية. في الوقت الحاضر، تمول وزارة الطاقة الأمريكية مشروع تطوير لإنتاج دوارات المحرك باستخدام تقنية النحاس المصبوب.
كابلات الاتصالات: منذ ثمانينيات القرن العشرين، وبسبب مزايا قدرة كابلات الألياف الضوئية على حمل التيار الكبير، فقد حلت محل كابلات النحاس باستمرار في خطوط الاتصالات الرئيسية وتم الترويج لها وتطبيقها بسرعة. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى كمية كبيرة من النحاس لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية وخطوط الإدخال للمستخدمين. مع تطور صناعة الاتصالات، أصبح الناس يعتمدون بشكل متزايد على الاتصالات، وسيستمر الطلب على كابلات الألياف الضوئية والأسلاك النحاسية في الزيادة.
خطوط الكهرباء المنزلية: في السنوات الأخيرة، ومع تحسن مستويات معيشة الناس في بلدي، أصبحت الأجهزة المنزلية شائعة بسرعة، وزادت أحمال الكهرباء المنزلية بسرعة. في عام 1987، بلغ استهلاك الكهرباء المنزلية 26.96 مليار كيلو وات في الساعة (1 كيلو وات في الساعة=1 كيلو وات في الساعة). وبعد عشر سنوات، في عام 1996، ارتفع إلى 113.1 مليار كيلو وات في الساعة، بزيادة قدرها 3.2 مرة. وعلى الرغم من ذلك، لا تزال هناك فجوة كبيرة مقارنة بالدول المتقدمة. على سبيل المثال، في عام 1995، كان استهلاك الكهرباء للفرد في الولايات المتحدة 14.6 ضعف استهلاك بلدي، وكان استهلاك اليابان 8.6 ضعف استهلاك بلدي. سيظل استهلاك الكهرباء المنزلية في بلدي يشهد تطوراً كبيراً في المستقبل. ومن المتوقع أن يزيد بمقدار 1.4 مرة من عام 1996 إلى عام 2005.
التطبيقات في صناعة الآلات والمعادن: يمكن العثور على أجزاء النحاس في جميع الآلات تقريبًا. بالإضافة إلى الكمية الكبيرة من الفولاذ المستخدمة في المحركات والدوائر والأنظمة الهيدروليكية والأنظمة الهوائية وأنظمة التحكم، هناك العديد من أنواع أجزاء النقل وأجزاء التثبيت المصنوعة من النحاس والبرونز، مثل التروس وعجلات الدودة والديدان والوصلات والمثبتات وأجزاء الالتواء والبراغي والصواميل وما إلى ذلك. تُستخدم المحامل أو الأكمام المصنوعة من سبائك النحاس المضادة للاحتكاك بين جميع الأجزاء تقريبًا التي تتحرك بالنسبة لبعضها البعض. على وجه الخصوص، فإن أكمام الأسطوانات والشرائح الخاصة بالطاردات الكبيرة ومكابس التشكيل بسعة 10،000 طن مصنوعة بالكامل تقريبًا من البرونز، ويمكن أن يصل وزن الصب إلى عدة أطنان. العديد من العناصر المرنة مصنوعة بالكامل تقريبًا من برونز السيليكون وبرونز القصدير. أدوات اللحام وقوالب الصب بالقالب وما إلى ذلك لا يمكن فصلها عن سبائك النحاس، وما إلى ذلك.
المعدات المعدنية: تعد صناعة المعادن مستهلكًا رئيسيًا للكهرباء وتُعرف باسم "النمر الكهربائي". في بناء المصانع المعدنية، يجب أن يكون هناك عادةً نظام ضخم لنقل وتوزيع الطاقة ومعدات تشغيل الطاقة التي تعتمد على النحاس للعمل. بالإضافة إلى ذلك، في علم المعادن الحرارية، احتلت تقنية الصب المستمر مكانة مهيمنة، والمكون الرئيسي، البلورة، مصنوع في الغالب من سبائك النحاس عالية القوة وعالية التوصيل الحراري مثل النحاس والكروم والنحاس الفضي. تصنع بوتقات التبريد بالماء لأفران القوس الفراغي وأفران الخبث الكهربائية في علم المعادن الكهربائية من أنابيب فولاذية، ويتم لف ملفات الحث للتسخين الحثي المتنوع بأنابيب نحاسية أو أنابيب نحاسية ذات شكل خاص، ويمر الماء من خلالها للتبريد.
إضافات السبائك: النحاس عنصر مضاف مهم في السبائك مثل الفولاذ والألمنيوم. يمكن أن تؤدي إضافة كمية صغيرة من النحاس (0.2-0.5%) إلى الفولاذ الهيكلي منخفض السبائك إلى تحسين قوة الفولاذ ومقاومته للتآكل الجوي والبحري. يمكن أن يؤدي إضافة النحاس إلى الحديد الزهر المقاوم للتآكل والفولاذ المقاوم للصدأ إلى تحسين مقاومتهما للتآكل بشكل أكبر. تعد سبائك النيكل العالية التي تحتوي على حوالي 30% من النحاس "سبائك المونيل" الشهيرة المقاومة للتآكل عالية القوة، والتي تستخدم على نطاق واسع في الصناعة النووية. يوجد النحاس في العديد من سبائك الألومنيوم عالية القوة. من خلال التبريد والمعالجة الحرارية للشيخوخة، تترسب الجسيمات الدقيقة المشتتة في السبائك، مما يحسن قوتها بشكل كبير، ويسمى سبائك الألومنيوم المتصلبة بالشيخوخة. من بينها، الدورالومين أو الألومنيوم الصلب الشهير، وهو سبيكة ألومنيوم تحتوي على النحاس والمنجنيز والمغنيسيوم، وهي مادة هيكلية مهمة لتصنيع الطائرات والصواريخ.