سیم های الکتریکی در گذر از هادی های سنتی به سیستم های هوشمند و نانوساختارها: مروری جامع بر پدیده های الکترومغناطیسی، خوردگی، قابلیت اطمینان و فناوری های نوظهور

سیم های الکتریکی به عنوان زیرساخت فیزیکی خاموش کلیه ی سیستم های قدرت و الکترونیک، با چالش های دیرینه ای نظیر اثر پوستی، اثر نزدیکی، تلفات ژول، خوردگی و الکترومهاجرت مواجه هستند که با افزایش چگالی جریان در کاربردهای مدرن، این مسائل بحرانی تر شده اند. این مقاله با مرور پیشینه ی پژوهشی از معادلات تلگراف هوی ساید (۱۸۹۳) تا سیم های خودترمیم شونده وانگ و چن (۲۰۲۲) و همچنین تحلیل داده های تجربی گزارش شده توسط کلوین (۱۸۸۷)، چن و لی (۲۰۱۴)، پاتل و همکاران (۲۰۱۷)، وستون (۱۹۸۲)، رایس و همکاران (۲۰۰۱)، لیانگ و همکاران (۲۰۲۰) و لوندگارد و همکاران (۲۰۲۱)، نشان می دهد که سیم های لیتز با ۵۰ رشته تلفات AC را تا ۷۹ درصد نسبت به سیم تک رشته ای کاهش می دهند و مقطع بیضوی تلفات اثر پوستی را تا ۲۶ درصد نسبت به مقطع دایروی بهبود می بخشد. داده های میدانی حاکی از آن است که خوردگی عایق با سهم ۳۴ درصد و اتصالات سست با ۲۸ درصد اصلی ترین علل خرابی با میانگین عمر مفید ۲۸.۴ سال هستند. پدیده ی الکترومهاجرت در سیم های نازک با انرژی فعال سازی ۰.۸۵ الکترون ولت، طول عمر را در دمای ۲۵۰ درجه سانتی گراد به ۶۵ ساعت کاهش می دهد. نانوساختارهای مسی با اندازه دانه ۵۰ نانومتر، استحکام کششی را ۳ برابر با حفظ ۹۷.۵ درصد رسانندگی IACS افزایش می دهند و سیم های هوشمند مجهز به فیبر نوری قادر به پایش دمای توزیع شده با دقت ۰.۷ درجه سانتی گراد هستند. نتیجه گیری اصلی بر ضرورت گذار به هادی های نانوساختار، عایق های نانوکامپوزیتی و سیم های خودپایش با قابلیت خودترمیمی تاکید دارد. در ادامه، شانزده پیشنهاد در چهار دسته ی پژوهشی، فنی-طراحی، هنجاری-استانداردسازی و آموزشی-ترویجی ارائه شده است که شامل مدل سازی چندمقیاسی، سیم های خودترمیم شونده، بازنگری استانداردهای NEC و IEC و طراحی نرم افزار شبیه ساز متن باز می باشد.

کلیدواژه ها:

سیم الکتریکی ، اثر پوستی ، خوردگی ، الکترومهاجرت ، سیم لیتز ، نانوساختار مسی ، کابل هوشمند ، قابلیت اطمینان