Алюминий проводит ток

Алюминий проводит ток

Профи, хорошо разбирающиеся не только в своей текущей работе, но и в истории электрического дела, знающие текущие требования законов «от А до Я» и имеющие громадный опыт, безошибочно ответят на этот вопрос. Но что делать любителю-энтузиасту, в первый раз столкнувшемуся проблемой выбора типа проводов?

Обращение к специалистам – это всегда беспроигрышный вариант. Мастеров дела достаточно и в строительстве, и в электромонтаже, а также среди продавцов кабельной продукции, многие годы успешно консультирующих своих благодарных покупателей. Можно озадачить поисковую машину и получить 250 тыс. или миллион ссылок на всевозможные статьи по теме. Или же прочесть наш очередной материал, который позволит понять, так почему же алюминиевый кабель не желательно использовать?

Преимущества и недостатки алюминия

У алюминиевой кабельной продукции есть свои преимущества и недостатки, на основании которых происходит выбор материала для конкретных задач.

  1. Цена. Стоимость кабеля играет решающую роль при больших объёмах производства. Однако следует учитывать, что если алюминиевый кабель ощутимо дешевле медного аналогичным сечением, то при сравнении меди и алюминия с разными сечениями, но сопоставимой допустимой токовой нагрузкой разница в стоимости не столь существенна.
  2. Вес. Алюминиевый кабель весит примерно в два раза меньше медного, поэтому при прокладке алюминия по воздушным линиям нужно вдвое меньше опор. Это сокращает расходы на строительство линий.
  1. Текучесть. Алюминиевые кабели и провода в большинстве своем делаются из мягких сплавов, а это пагубно сказывается на качестве контакта. При эксплуатации контакты с алюминием ухудшаются (особенно на скрутках и винтовых зажимах) и их нужно периодически протягивать. Это связано с его текучестью.
  2. Окисление. При работе алюминиевого проводника во влажной среде и на воздухе происходит его окисление. В этом процессе поверхность жилы покрывается оксидной пленкой, после чего окислительные процессы останавливаются. Потому что образовавшаяся пленка препятствует их развитию. С одной стороны таким образом алюминий сам себя защищает от полного сгнивания, а с другой – оксидная пленка не проводит ток. Следовательно, контакт сначала начинает усиленно греться, по мере возрастания переходного сопротивления, а затем и вовсе исчезает.
  3. Хрупкость. Большая часть проводов из алюминия ломаются, стоит их несколько раз согнуть. Это приводит к проблемам, как на этапе монтажа электроустановки, так и в процессе обслуживания, например при замене розеток и другого электрооборудования.

Однако некоторые из недостатков, например, текучесть, зависят от конкретного производителя и марки продукции, т.к. в этой сфере применяются различные сплавы.

Алюминиевые профили в электротехнике

Уличные и шоссейные осветительные столбы

Алюминиевые прессованные столбы имеют преимущества перед, например, стальными столбами, за счет их меньшего веса, меньшего соотношения прочность-вес, хорошего внешнего вида, долговременной коррозионной стойкости, низкой стоимости обслуживания, а также большей безопасности, особенно при применении специальных безопасных оснований. Когда на такой столб наезжает на большой скорости автомобиль, это основание разрушается и позволяет столбу двигаться вместе с автомобилем. Это снижает мощность удара по автомобилю и степень повреждений водителя и пассажиров. Это основание так «хитро» спроектировано, что оно разрушается от удара об столб, но выдерживает воздействующие на столб ветровые нагрузки.

Токопроводящие шины

Для всех типов шин применяют прессованный алюминий там, где это позволяет место для их размещения, так как они, в первую очередь, намного дешевле, а также их намного легче гнуть (рисунок 1).
Рисунок 1

Кабельные наконечники и гильзы

Кабельные наконечники и гильзы из прессованных алюминиевых труб имеют преимущества над аналогами из стали или пластика по прочности, проводимости, стоимости, коррозионной стойкости и легкости механической обработки (рисунок 2).
Рисунок 2

Каналы для прокладки кабелей

Каналы для прокладки кабелей все чаще применяют из прессованного алюминия, а не из стали или пластика, так как они обеспечивают достаточную прочность, имеют малый вес, обладают высокой коррозионной стойкостью, являются немагнитными и огнестойкими (рисунок 3).
Рисунок 3

Шкафы электрических подстанций

Алюминиевые профили предпочтительнее, например, оцинкованной стали, за счет минимального технического обслуживания, прочности, коррозионной стойкости, малого веса (особенно при монтаже в полевых условиях и на высоте). Алюминиевые профили и листы легко подрезать и сверлить прямо «по месту», а главное, их не надо красить для защиты от коррозии.

Распределительные траверсы электрических столбов

Распределительные траверсы электрических столбов (те, которые горизонтальные) из прессованного алюминия обеспечивают необходимую прочность, но при этом мало весят и не требуют никакого технического обслуживания.

Радиаторы-гребенки

Прессованные алюминиевые пластинчатые радиаторы для рассеивания тепла («гребенки») весьма эффективны за счет высокой теплопроводности, малого веса, низкой стоимости. Главное преимущество алюминия – способность прессоваться во много очень тонких ребер (рисунок 4).
Рисунок 4

Коаксильный кабель

Наружный проводник коаксильного телевизионного кабеля чаще всего выполняют не из медной трубы, а из более дешевой алюминиевой. Технология изготовления такого кабеля представлена на рисунке 5.

Рисунок 5

Применение алюминия

Шинопроводы

Алюминий используется для сборных шин более 60 лет, а с 1960 года все больше используется для широкого спектра применений сборных шин из-за его легкого веса и долговечности .

Трубчатый алюминий используется исключительно для шин подстанций под напряжением 275 кВ и 400 кВ (газоизоляционная линия передачи — GIL) и все чаще используется на 132 кВ для реконструкции подстанций и реконструкции.

Алюминий используется на крупных промышленных предприятиях, таких как плавильные и электрохимические заводы, из-за наличия больших секций литых полос (до 600 мм × 150 мм). Алюминий также используется в распределительных устройствах и растущих основных системах из-за его более легкого веса по сравнению с медью.

Основная проблема с алюминием заключается в быстроте, с которой он окисляется, когда поверхность подготовлена ​​для болтового соединения. В исследование была включена большая часть исследований, особенно с сильными токами, возникающими между генератором и связанным с ним повышающим трансформатором. Это привело к значительному улучшению методов соединения.

Болтовые соединения в алюминиевых шинах, которые подвергаются частым демонтажам, часто гальванизируются с использованием серебра или олова.

кабель

Алюминий широко используется в качестве проводников с поперечным сечением 16 мм 2 для силовых кабелей до 66 кВ . Алюминий обычно не обнаруживается в бытовых электроустановках из-за специальных методов соединения и оконечной нагрузки, необходимых для обеспечения долговечности безотказного обслуживания.

Воздушные линии

Арматурные проводники acsr (с алюминиевым проводником ) используются во всем мире для систем распределения электроэнергии.

Acar ( армированный алюминиевым сплавом из алюминиевого проводника ) все чаще используется с 1960 года из-за устранения риска биметаллической коррозии и повышенной проводимости для данного поперечного сечения. Проводники Acar для поддержки контактного провода также находят поддержку железнодорожным властям для схем электропередачи на верхнем пределе из-за их меньшего веса и уменьшенного риска кражи по сравнению с медью.

Моторы

В роторах сердечника для асинхронных двигателей часто используются алюминиевые стержни. Корпуса также изготавливаются из материала, как и вентиляторы, используемые для охлаждения двигателя.

Читайте также  Зарядное устройство 18 вольт для шуруповёрта

Обмотки фольги

Алюминий является нормой для обмоток конденсаторов от наименьших типов, используемых в осветительной арматуре, к конденсаторам большой мощности .

Обмотки фольги подходят для некоторых трансформаторов, реакторов и соленоидов. Толщина фольги колеблется от 0, 040 мм до 1, 20 мм за 34 шага . Получается лучший коэффициент пространства, чем для медной катушки с проволочной намоткой, алюминиевый проводник занимает около 90% пространства против 60% для медной проволоки.

Нагрев и охлаждение обеспечивается лучшим пространственным фактором и меньшим количеством изоляции, необходимой для обмотки фольги. Быстрый радиальный теплообмен обеспечивает ровный температурный градиент.

Недостатком алюминия является его более низкая механическая прочность, особенно с точки зрения изготовления концевых соединений обмоток .

Поэтому тенденция заключалась в том, чтобы обратиться к использованию медной фольги для обмоток низкого напряжения с воздушной изоляцией.

Алюминиевая фольга, однако, почти исключительно используется для обмоток HV трансформаторов с литой смолой, так как она имеет коэффициент теплового расширения, близкий к коэффициенту теплового расширения, чем медь, которая, таким образом, уменьшает термические напряжения, возникающие при нагрузке.

Константы и физические свойства алюминия очень высокой чистоты

Описание Стоимость
Атомный номер 13
Атомный объем 10 см 3 / г-атом
Атомный вес 26, 98
валентность 3
Кристальная структура ГЦК
Межатомное расстояние (координационный номер 12) 2, 68 kX
Теплота сгорания 200 k кал / г-атом
Скрытая теплота плавления 94, 6 кал / г
Температура плавления 660, 2oC
Точка кипения 2480oC
Давление паров при 1200 ° C 1 × 10 -2 мм рт. Ст.
Средняя удельная теплоемкость (0-100 ° C) 0, 219 кал / г ° C
Теплопроводность (0-100 ° C) 0, 57 кал / см с ° C
Температурный коэффициент линейного расширения (0-100 ° C) 23, 5 × 10 -6 на ° C
Электрическое сопротивление при 20 ° C 2, 69 мкмч
Температурный коэффициент сопротивления (0-100 ° C) 4, 2 × 10 -3 на ° C
Электрохимический эквивалент 3, 348 × 10 -1 г / А
Плотность при 20 ° C 2, 6898 г / см 3
Модуль упругости 68, 3 кН / мм 2
Модуль кручения 25, 5 кН / мм 2
Коэффициент Пуассона 0, 34

Отопительные элементы

Агрегаты из алюминиевой фольги были разработаны, но в настоящее время широко не используются. Применения включают обои пленочной пленки, отверждение бетона и, возможно, почвенное потепление .

Охладители

Высокая теплопроводность алюминия и простота экструдирования или отливки в твердые или полые формы с помощью интегральных ребер делают материал идеальным для радиаторов.

Полупроводниковые приборы и трансформаторные емкости иллюстрируют широкое разнообразие приложений в этой области. Его легкий вес делает его идеальным для стационарных трансформаторных резервуаров, и он имеет дополнительное преимущество в том, что материал не реагирует с трансформаторным маслом с образованием осадка.

Ресурс: Newnes Electrical Pocket Book — EA Reeves; Martin J. Heathcote
(получите эту книгу в Амазонке)

Сравнение алюминиевых и медных проводов по техническим характеристикам

Для того, чтобы понять, чем отличается медь и алюминий, нужно рассмотреть и сравнить их технические характеристики.

Свойства проводников

Основными электрическими свойствами материала проводников являются их удельное электрическое сопротивление, теплопроводность и температурный коэффициент сопротивления. К механическим свойствам можно отнести вес, прочность, удлинение перед разрывом и срок службы в режиме нормальной работы.

Удельное электрическое сопротивление

Удельное электрическое сопротивление – это способность материала оказывать сопротивление электрическому току при его протекании через проводник. Эта характеристика вычисляется по формуле:

Ρ = r⋅S/l,

где l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения, r – сопротивление.

Материал проводника Удельное электрическое сопротивление, Ом·мм²/м
Медь 0,0175
Алюминий 0,0300

Как видно из этой таблицы, у меди удельное сопротивление ниже и, соответственно, она меньше нагревается и лучше проводит электрический ток.

Теплопроводность

Теплопроводность – это свойство проводника, которое показывает количество тепла, которое проходит в единицу времени через слой вещества. Для расчёта электрического кабеля данная характеристика является достаточно важной, так как от неё зависит безопасная эксплуатация электропроводки. Чем выше теплопроводность материала, тем он меньше нагревается и лучше отдает лишнее тепло.

Материал проводника Теплопроводность, Вт/(м·К)
Медь 401
Алюминий 202—236

Температурный коэффициент сопротивления

При нагревании различных материалов их электропроводимость изменяется. Характеристикой, которая показывает это изменение называется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Это значение выявляют с помощью специального измерителя ТКС и берут среднее значение этого коэффициента.

Обратите внимание! Температурный коэффициент сопротивления — это отношение относительного изменения сопротивления к изменению температуры. Обозначается α.

Материал проводника Температурный коэффициент сопротивления, 10 -3 /K
Медь 4,0
Алюминий 4,3

Чем меньше температурный коэффициент сопротивления, тем большей стабильностью обладает проводник.

Вес и электропроводимость проводника

Медь намного тяжелее алюминия. Её плотность составляет 8900 кг/м³, а плотность алюминия 2700 кг/м³. Это означает, что проводник из меди будет тяжелее аналогичного по размеру алюминиевого провода в 3,4 раза.

Важно понимать, что электропроводимость меди более чем на 50% выше, чем у алюминия и, соответственно, чтобы проводник из алюминия мог провести такой же ток он должен быть больше медного на 50%.

Поэтому эффективнее использовать медный проводник, чем кабель из алюминиевого материала.

Удлинение перед разрывом и прочность

Электрический кабель может работать в различных режимах и условиях эксплуатации, поэтому при выборе проводника очень важно учитывать его стойкость к механическим нагрузкам. Сопротивление на разрыв – характеристика, которая учитывает прочность материала и противодействие разрушающей нагрузке.

Материал проводника Предел прочности на разрыв, кг/м²
Медь 27 – 44,9
Алюминий 8 – 25

Исходя из анализа таблицы хорошо видно, что медь обладает высокой стойкостью к механическому воздействию и существенно превосходит алюминий по такой характеристике.

Срок службы

Срок службы электрической проводки зависит от условий эксплуатации и окружающей среды. Принято считать, что срок службы алюминиевого кабеля в нормальных условиях работы составляет 20-30 лет. В то же время медная проводка служит значительно дольше и срок её службы может достигать до 50 лет.

Какой материал для проводки лучше

При всех достоинствах алюминия не стоит забывать о его недостатках. Главным из них, не считая механических характеристик, является низкая проводимость. Бесконечно увеличивать диаметр кабеля нельзя, так как бытовые приборы и проложенные в стенах каналы на такое не рассчитаны. Не следует забывать о таком факторе, как хрупкость металла. После нескольких лет эксплуатации он может лопнуть при замене розетки или счетчика. Делать в подрозетнике скрутку нежелательно, так как она долго не прослужит. Выбор в пользу алюминия даст хорошую экономию на закупке материалов, но последующие затраты на ремонт могут свести ее на нет.

Медь тоже имеет свои минусы, но они компенсируются большим количеством преимуществ. Даже процесс протягивания кабеля по каналу происходит легче, так как он хорошо изгибается без каких-либо склонностей к поломке или разрыву. Стоит помнить и о низком сопротивлении. Установив линию с жилами 2,5 мм², можно использовать в быту настолько мощные потребители, насколько это позволяет общая домовая линия.

Читайте также  Dvb-t2 тюнер своими руками

Подводя итог, можно рекомендовать мастерам делать свой выбор в пользу изделий из меди. Если бюджет ограничен, можно комбинировать материалы, используя современные средства коммутации.

Превосходство меди над алюминием для проводки

1. Электропроводность

Медь превосходит алюминий по электропроводности. Удельное электрическое сопротивление меди составляет 0,017 Ом*мм 2 /м в то время, как у алюминия 0,028 Ом*мм 2 /м. То есть электропроводность алюминия составляет 65% электропроводности меди, поэтому для одной и той же нагрузки алюминиевый провод придется брать сечением на «ступень» выше меди.

Например, необходимо запитать нагрузку в 5 кВт. Для нее нужно будет взять или медный провод сечением 2,5 мм 2 , например, NYM 3х2,5, или алюминиевый сечением 4 мм 2 . Так как алюминиевый провод более объемный, то он будет занимать больше места в кабель-каналах, для него потребуется клеммы для розеточных групп крупнее по размеру, чем для медных. Учитывая это, медь удобнее использовать для проводки в доме.

2. Окисление

И медь, и алюминий окисляются в процессе эксплуатации под действием воздуха. Однако у меди окисление происходит значительно медленней, и сама по себе пленка (зеленоватый налет) довольно легко разрушается, поэтому неплохо проводит ток (хотя проходимость немного ухудшается).
У алюминия же окисление происходит гораздо быстрее, а сама оксидная пленка очень плотная и плохо проводит ток. Окисленные соединения на скрутках, сжимах или клеммах чаще всего становятся причиной горения контакта. Удалить оксидную пленку можно кварцево-вазелиновой смазкой, но найти ее в магазинах не так-то просто, да и это дополнительные расходы и время на обслуживание.

3. Механическая прочность

Медный провод более гибкий и прочный, чем алюминиевый. В процессе монтажа жилы приходится изгибать, например, для соединения в распредкоробках и розетках. Медные жилы могут выдержать многоразовое изгибание без повреждения, а вот алюминиевые лишь 5 — 10 изгибаний, а дальше ломаются.

Особые проблемы алюминиевая проводка создает, когда нужно ремонтировать соединения в распредкоробках — старый алюминий уже имеет микротрещины, поэтому при одном неверном движении жила может обломаться и придется снимать часть штукатурки, чтобы вытащить хоть немного провода.

4. Теплопроводность

Данный параметр характеризует способность проводника рассеивать тепло. Чем выше коэффициент теплопроводности, тем лучше металл рассеивает тепло. У меди коэффициент теплопроводности составляет 389,6 Вт/м* °С, а у алюминия 209,3 Вт/м* °С. То есть медь почти в два раза лучше рассеивает тепло, чем алюминий. Особенно это важно в местах соединений, где провод греется сильнее всего. При одной и той же нагрузке медь в два раза быстрее будет отводить тепло (точнее не нагреваться).

Первый и второй род

После того как получилось разобраться с тем, что проводит электрический ток, нужно узнать особенности некоторых веществ. Проводники могут быть разными — металлическая проволока, морская вода. Но в них ток различается, поэтому вещества делят на две группы:

  • первого рода, в которых электричество протекает по электронам;
  • второй вид — на основе ионов.

К первым относят все металлы и углерод. Ко второму роду относят щелочи, кислоты, соляные расплавы — электролиты. В них ток представляет упорядоченное движение отрицательных и положительных ионов. Электричество в таких материалах протекает при любом показателе напряжения. В обычных условиях хороший проводник электрического тока — это изделие из золота, серебра, алюминия или меди.

Их двух последних материалов изготавливают кабели, отличающиеся низкой стоимостью. Качественное жидкое вещество, проводящее ток — ртуть, а также ток хорошо протекает через углерод. Но это вещество не обладает гибкостью, поэтому на практике его не применяют. Хотя физики недавно смогли представить углерод в форме графена, что позволило из его нитей изготавливать шнуры.

У графеновых изделий сопротивление такое, что оно является недопустимым для проводников. Их позволительно использовать только в нагревателях. В этом случае металлические провода из никеля и хрома проигрывают, так как они не могут выдержать очень высокую температуру. Спирали в лампах дневного света изготавливают из вольфрама. Этот материал способен накаливаться, так как вещество является тугоплавким.

Факторы, влияющие на проводимость металлов

Даже самый электропроводный металл снижает свою проводимость, если в нём присутствуют другие добавки и примеси. У сплавов иная, чем у «чистых» металлов, структура кристаллической решетки. Она отличается нарушением в симметрии, трещинами и другими дефектами. Снижается проводимость и при повышении температуры окружающей среды.

Повышенное сопротивление, присущее сплавам, находит применение в нагревательных элементах. Неслучайно для изготовления рабочих элементов электропечей, обогревателей применяют нихром, фехраль и другие сплавы.

Самый электропроводный металл — это драгоценное серебро, больше используемое ювелирами, для чеканки монет и т. д. Но и в технике и приборостроении его особые химические и физические свойства находят широкое применение. Например, кроме использования в узлах и агрегатах с пониженным сопротивлением, серебряное напыление предохраняет контактные группы от окисления. Уникальные свойства серебра и сплавов на его основе часто делают его применение оправданным, несмотря на высокую стоимость.