К созданию таких проводников пришли не сразу. Первоначально возникла идея необходимости экономии природных ресурсов, ведь многие из них являются не возобновляемыми. В первую очередь это касается меди и алюминия, которые являются основными элементами электрических проводников. С ростом электрификации и развития промышленности появляется вопрос резкого снижения запасов этих важнейших природных элементов. Изобретение кабелей полого сечения позволяет не только экономить медь и алюминий, но в ряде случаев и обеспечивать их сверхпроводимость.

         Полый кабель является одним из наиболее перспективных видов проводников, по которым передается электрический ток. Главная особенность этого кабеля в том, что внутри него отсутствует жила, без которой трудно представить подобные изделия. Но вместо нее используется трубчатая оболочка с круглым поперечным сечением. Получается, что внутри такого проводника находится пустота. Вместе с тем, кабель с полой сердцевиной способен демонстрировать уникальные показатели проводимости.

         Полый кабель, обладающий сверхпроводящими свойствами, состоит из следующих элементов:

1. Внешняя оболочка выполнена из полиэтилена.
2. Далее следует клеящий слой.
3. Затем токопроводящий слой, выполненный из алюминия или меди.
4. Далее клеящий слой.
5. Внутренняя оболочка, выполненная из полиэтилена.

Применение полых проводников

• Генераторы
• Индукционные печи
• Магнитно-резонансные томографы
• Электродинамические вибростенды
• Магниты для применения в области физики высоких энергий
• Ускорители элементарных частиц
• Оборудование для исследования плазмы
• Установки ионного легирования для производства микросхем
• Сепараторы с магнитным полем высокой напряженности

Принцип действия

         Полый кабель прекрасно работает, несмотря на отсутствие центральной жилы. Вызвано это эффектом поверхностного распределения, или Скин-эффектом. В большинстве случаев для передачи электроэнергии используется переменный ток. Когда электроток течет по проводнику, он перемещается по тонкому слою жилы, которая находится на поверхности. Чем частота электрического тока выше, тем тоньше слой требуется для его перемещения.

         Именно поэтому провода для высокой частоты часто делаются полированными, так как толщина шероховатостей в большинстве случаев больше толщины поверхностного слоя. Однако при больших токах данный эффект наблюдается уже при частоте 50 Герц. В данном случае ток перемещается по слою, который составляет всего 2,4 мм. При этом центральная часть жилы диаметром примерно 19 мм в передаче электротока участие практически не принимает. Следовательно, можно совсем убрать эту часть, сэкономив на использовании материала. К тому же кабель при этом становится на порядок легче.

         Если вникать в процесс глубже, то выяснится, что при перемещении переменного тока создаются электромагнитные явления, приводящие к вытеснению зарядов с центральной части проводника на периферийное пространство. Как раз данный эффект и зовется скин-эффектом. Вызывается он тем, что плотность носителей зарядов является неравномерной. Если повысить частоту тока в 2 раза, то степень проникновения зарядов в глубину будет уменьшаться по геометрическому показателю.

         Другой особенностью того, что необходимо создавать полый проводник, является эффект коронного разряда. Если напряженность электрического поля превышает 30 киловатт на сантиметр (в случае дождливой погоды она в 3 раза меньше), то может возникать пробой, то есть искра. Однако если электрод имеет маленькое сечение, то поле вокруг него большое. Это значит, что разряд выходит в воздух, не создавая искры. В тоже время на это тратится большое количество энергии. Поэтому специально увеличивают диаметр провода, чтобы уменьшить утечку электрической энергии. А чтобы сохранить маленький вес и не тратить дорогостоящую медь, кабель выполняют в виде трубки.

Плюсы полого кабеля:

• Широкие перспективы применения в ближайшем будущем.
• Возможность существенной экономии меди и алюминия.
• Меньший вес кабеля.
• Создание перспективного оборудования.
• Снижение затрат на передачу электроэнергии.

К минусам можно отнести:

• Отсутствие на данный момент оборудования, предназначенного для производства подобного кабеля в промышленных масштабах.
• Многим компаниям, производящим проводники, если они захотят выпускать подобные кабели, придется значительно модернизировать свое производство и закупить новое оборудование. Это означает существенное вливание средств в производство новой разработки. Многие компании просто не готовы вкладываться в новое производство и останавливать и так прекрасно работающее оборудование по производству обычных кабелей.
• В большинстве случаев для создания полых проводников необходимо использовать бескислородную медь высочайшей чистоты, которая обладает высокой электрической проводимостью. В некоторых случаях имеется необходимость применения серебросодержащих марок меди. Это ведет к повышению затрат при производстве полых проводников.