Site Loader
Posted on 09.05.1986

Содержание

Сравнение медных и алюминиевых ТПЖ

Силовой кабель используется для передачи переменного тока к конечному потребителю низкого, среднего и высокого напряжения, однако есть отдельные исполнения кабеля, выдерживающие до 330 кВ.

Токопроводящие жилы – сердце кабеля. По сути — это специальная проволока или группа проволок, по которым идет ток. Основные параметры и технические требования к жилам силовых кабелей указаны в ГОСТ 22483-77.

Основные требования к ТПЖ – это низкое электрическое сопротивление, что бы ток мог «свободно», без потери «проходить» по жиле, не нагревая ее.

Существует лишь два материала исполнения жил:

  • алюминий;

  • медь.

У каждого есть свои плюсы и минусы.

Алюминий более распространён в металлопрокате и продукции из металла. С его помощью производят не только ТПЖ, но и другие изделия.

К примеру, на авиационный алюминий приходится около 75-80% общей массы современного самолёта, а белый салют и подводный факел являются следствием реакции алюминия и магния.

Алюминий экспортируется в различные страны. Однако в 2013-2016 годах произошёл резкий упадок экспортной возможности алюминия, в связи с чем была сделана переориентировка сбыта продукции на внутренний рынок. Поэтому в последующие года металл активно поставлялся в зарубежные страны.

Несмотря на свою распространённость, алюминий не слишком надёжен в качестве проводки. Дело в том, что данный металл имеет специфические характеристики: мягкость и текучесть. Из-за этого места соединений начинают ослабевать, и конструкция постепенно разрушается. Кроме этого, алюминиевую проводку легко сломать при многократных сгибах.

Преимущества силового кабеля с медными жилами:

Несмотря на запрет применения алюминиевой проводки в строительстве, Минэнерго приказом от 16 октября 2017 г даёт решение использовать современные проводки из алюминиевых сплавов марок 8176 и 8030.

Физико-химические характеристики и токовые нагрузки

Разработанные в скором времени сплавы с точки зрения металлургии не слишком отличаются от чистого алюминия. Добавление легирующих добавок в количестве 0,01% меди и 0,5% железа носят больше маркетинговый ход по патентированию и как следствие монополизации рынка, нежели выигрыш в физических и электрических свойствах. В алюминиевые сплавы входят:

  • Железо.
  • Медь.
  • Алюминий.

Основной проблемой применения алюминия в электротехнике является его активность. Все металлы левее водорода Н более химически активны чем справа. Металлы до Na вообще воспламеняются в контакте с водой, элементы, находящиеся правее от Н с трудом, реагируют даже с кислотами.

Можно рассмотреть это на примере гальванической пары. Применительно к электротехнике это сказывается так — при соединении медного и алюминиевого контактов между ними возникает «гальваническая пара», если учесть, что поверхность как алюминиевого, так и медного проводника покрыта соответствующим оксидом то последние имеют возможность диссоциации, то есть распада на заряженные ионы.

Диссоциация возможна благодаря естественной влаге, которая всегда есть в воздухе. Ионы окислов алюминия и меди, будучи мелкими частицами с различным электрическим потенциалом, начинают принимать участие образовании и протекании тока.

Начинается «электролиз», в ходе которого ионы переносят заряды и перемещаются сами. Но, кроме того, ионы – это ведь частицы металлов проводников. При их перемещениях металл разрушается, образовывается пустота и прогалины. Особенно это касается алюминия. Ну, а там, где есть пустоты и раковины, там уже нельзя иметь надёжней электрический контакт. Плохой контакт начинает греться, становится ещё хуже и так далее (вплоть до возгорания).

Недостатки алюминия

Кроме перечисленного, следует выделить такие недостатки данного металла в ТПЖ и любой электротехнике:

  • Тенденция к частым замыканиям и возгоранию проводки.
  • Ненадёжность дешёвых алюминиевых проводов.
  • Трудности в использовании.

В сравнении с удельным сопротивлением меди, удельное сопротивление алюминия составляет 0,0271 Ом/мм2. Это означает, что из-за своей высокой активности металл начинает образовывать оксид алюминия Al2O3, а уже это вещество преобразовывается в диэлектрик с электрической прочностью 10 кВ/мм. Это способствует нагреванию в местах контакта, ионизации токов и т.д. Поэтому происходит критический нагрев или обрыв.

Существуют еще и конструктивные особенности кабеля в зависимости от материала ТПЖ

Если площадь поперечного сечения алюминиевой жилы не превышает 35 мм2, используется одиночная проволока. При площади свыше 35 и до 300 мм2 может использоваться как одиночная, так и сплетенная из нескольких проволока. При сечении от 300 мм2 допустимо использование только жилы из нескольких алюминиевых проволок.

Для медных жил цифры несколько отличаются. При небольшой площади сечения (до 16 мм2) применяются жилы из одинарной проволоки, при сечении от 17 до 95 мм2 равно применимы как одиночные, так и множественные проволоки. Если площадь поперечного сечения превышает 120 мм

2, подходит жила из нескольких проволок.

Силовой кабель с алюминиевой жилой подходит для организации электросетей практически любой протяженности. Алюминий широко распространен и доступен, поэтому в качестве материала обладает главными преимуществами – надежностью и невысокой ценой.

По этой причине если речь идет о кабелях с небольшим поперечным сечением (до 16 мм2), замена алюминиевых на медные вполне оправдана. В тех случаях, когда требуется проложить сеть с большим сечением, стоимость замены возрастает многократно.

В конечном счете следует упомянуть, что технологии всегда развиваются, и в каждой ситуации присутствуют решения, проверенные временем и тысячами людей. Выбор остаётся за мастерами своего дела, дорожащими своей репутацией и предпочитающими надёжность.

Кабельный Завод «Эксперт Кабель» осуществляет выпуск новых кабелей из алюминиевой и медной ТПЖ. Они обеспечивают максимальную пожаробезопасность за счет качественного материала жилы и специальной изоляции из полимерных композиций, которая не содержит галогены и не поддерживает горение.

Если Вам нужна особая конструкция кабеля, то наши специалисты кратчайшие сроки разработают согласно вашему техническому заданию КПП, отвечающую всем требованиям.

 

Медь или алюминий? Преимущества и недостатки медных и алюминиевых проводников.

28.12.2020

В одной из прошлых статей мы рассмотрели типы классификации кабельно-проводниковой продукции в зависимости от сферы применения. Сегодня мы остановимся на ее разновидностях в зависимости от материала проводника.

В настоящее время в мире используют два основных металла для изготовления токопроводящих жил – медь и алюминий. Каждый из этих металлов имеет свои особые свойства, преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при выборе материала проводника.

Медь – один из самых древних металлов. Ее пластичность и электропроводимость были использованы еще во времена изобретения телеграфа, телефона и электрического двигателя. Однако этот металл всегда был довольно дорогим.

Изобретение сравнительно дешевого способа добычи алюминия сделало переворот в глобальном развитии электрификации. Ведь по уровню электропроводимости этот металл находится на четвертом месте, уступая только серебру, меди и золоту. Это позволило максимально удешевить производство проводов и кабелей и способствовало проведению всеобщей электрификации. Алюминиевые кабели начали активно использовать в 60-70-х годах прошлого века. А в советские времена вся проводка была алюминиевой. Однако, сегодня в современных системах электроснабжения для подключения жилых, общественных и промышленных объектов применяется преимущественно медь.

Почему же так произошло? Давайте разбираться.

Медь

Медь, как материал для электрической проводки имеет ряд преимуществ. К ним в первую очередь можно отнести ее электропроводимость. По этому показателю медь находится на втором месте и лишь на 5% уступает серебру. Удельное сопротивление меди составляет 0,017 Ом*мм2/м против 0,028 Ом*мм2/м удельного электрического сопротивления алюминия. Разница почти в два раза! Соответственно, медный провод выдерживает большую нагрузку чем алюминиевый при одинаковом сечении, а потери напряжения в медных проводниках меньше.

Благодаря своим высоким пластическим свойствам, медь может выпускаться в форме очень тонкой жилы, что добавляет универсальности медному силовому кабелю.

Медные провода компактнее, что в свою очередь упрощает процесс создания штробы при проектировании проводки в доме или квартире.

А также медные жилы механически более прочные и гибкие по сравнению с алюминиевыми. Они выдерживают многократные перегибы, не ломаются от частых сгибаний и не повреждаются при скручивании. Это значительно облегчает установку и ремонтопригодность проводки. Позволяет электрику легко раскрутить старую скрутку, добавить провод и скрутить заново. Алюминий в такой ситуации может даже не раскрутиться и лопнуть.

Гибкость материала позволяет изготавливать медные проводники с мягкими многопроволочными жилами любых сечений. Это позволяет использовать их для нестационарной прокладки, присоединения передвижного оборудования и изготовления шнуров для электроприборов повышенной гибкости. Все гибкие провода и кабели изготавливаются исключительно из меди.

Медь также характеризуется высокой прочностью на разрыв и способностью выдерживать высокое напряжение, при этом проявляя минимальные признаки износа. Благодаря этому медный кабель практически не требует обслуживания.

Медь тверже чем алюминий, поэтому имеет меньшую текучесть, а ее контакты надежнее.

Кроме того, этот металл хорошо поддается обработке, легко паяется и сваривается, а также практически не окисляется. Точнее окисляется, но очень медленно, а сама по себе пленка (зеленоватый налет) достаточно легко разрушается и не препятствует прохождению электрического тока.

Медный кабель по сравнению с алюминиевым имеет большую химическую стойкость. Медь относится к благородным (инертным) металлам и не вступает в химическую реакцию с большинством веществ. Тогда как алюминий подвергается химическому воздействию и в результате разрушается.

Еще одним важным фактором является способность проводников рассеивать тепло. Так, коэффициент теплопроводности меди составляет 389,6 Вт/м*°С, а алюминия 209,3 Вт/м*°С. То есть медь почти вдвое лучше рассеивает тепло (не нагревается) по сравнению с алюминием. Что особенно важно в местах соединений, где провод нагревается наиболее сильно.

С точки зрения безопасности, медный силовой кабель является одним из наиболее безопасных вариантов организации электроснабжения объектов. Меди не свойственно высокое циклическое расширение и сжатие в отличие от алюминия. А температура плавления медной жилы составляет аж 1083°С. Поэтому даже если кабель перегружен, то вряд ли он расплавится или сгорит. А это значит, что риск возникновения пожара, при проблемах с питанием, будет минимальным.

Благодаря всем этим свойствам именно медь рекомендуется использовать для обустройства электропроводки в современных домах. Однако это редкий и дорогой металл. Именно высокая стоимость является, вероятно, главным недостатком этого материала. Медные месторождения истощаются, доля содержания меди в руде уменьшается, новые месторождения бедны и географически труднодоступны, а сама добыча меди становится все сложнее. Вследствие указанных причин, и так высокие цены на медь продолжают расти. Поэтому в современных условиях применение алюминиевых проводников является в несколько раз более дешёвым, нежели медных.

К минусам использования медных проводников также можно отнести их усиленную коррозию на побережьях морей, за счет наличия солей в воздухе, и значительный вес медной проволоки. Плотность меди составляет 8900 кг/м3, а алюминия – 2700 кг/м3. Чем выше плотность, тем тяжелее проводник. Соответственно, при равном объеме медный провод будет весить в 3,3 раза больше, чем алюминиевый. Этот фактор особенно важен при прокладке кабелей по воздуху, поскольку требует установки большего количества опор чтобы конструкция могла выдерживать тяжелые проводники.

Алюминий

Электропроводимость алюминия составляет лишь 65-70% электропроводимости меди. Поэтому сечение алюминиевой жилы будет большим нежели медной для передачи электричества одинакового напряжения. Соответственно для обеспечения необходимой проводимости придется выбирать более толстые кабели, работать с которыми может быть сложно и неудобно.

Алюминий имеет высокую склонность к окислению, особенно при контакте с влагой и разнородными металлами. Конечно, медь также окисляется под действием воздуха, однако у алюминия этот процесс происходит гораздо быстрее, а сама оксидная пленка очень плотная. С одной стороны, она предохраняет металл от дальнейшей коррозии, на него не действует водяной пар, пресная и морская вода. Но, с другой стороны, оксидная пленка плохо проводит ток и повышает сопротивление контактов в соединениях. Контакты, покрытые пленкой, сильно нагреваются и плавятся, что в конечном итоге может привести к пожару. Проблемный контакт приходится искать, подтягивать и менять зажимы.

Для предупреждения этих негативных явлений в алюминиевом силовом кабеле используют антиокислительные соединения. Такие линии требуют более высокого уровня обслуживания по сравнению с медными, включающего проверку проводников на герметичность и наличие окисления.

Необходимость периодической подтяжки контактов обусловлена еще одной особенностью алюминия – низким пределом текучести. Алюминий более мягкий металл, по сравнению с медью, и со временем под действием зажимов начинает растекаться, теряя упругость и первоначальную форму. В результате ослабляется контакт, которым токопроводящие жилы скрепляются между собой или с любым устройством. Проводник начинает нагреваться и искрить, что также может стать причиной возгорания. Для того чтобы этого избежать необходимо постоянно подтягивать контакт, что опять же ведет к нагреванию и ускорения коррозионных процессов.

Также алюминий обладает невысокой прочностью и гибкостью, он менее устойчив к растяжениям и перегибам. В среднем он выдерживает около 12 сгибаний, после чего просто ломается. В то время как медные жилы выдерживают не менее 80 перегибов без повреждений. Однако для стационарной прокладки, если проводка проходит в стене, полу или спрятана под потолком, эта особенность не является важной.

Традиционно считается, что соединения проводов из алюминия из-за их хрупкости более сложная задача. Однако это актуально только при обычном объединении проводки, путем скручивания. В случае применения оконцевателей, клеммников или винтов такая проблема отпадает.

Следует также отметить, что из-за плотной оксидной пленки алюминий не паяется обычным способом, а требует использования специальных паяльников. А его сварку выполняют в камере с инертным газом. Он имеет низкую технологичность дальнейшей переработки и употребления, и невысокую ремонтопригодность.

Особые проблемы алюминиевая проводка создает тогда, когда нужно ремонтировать соединения в распределительных коробках – старый алюминий уже имеет микротрещины, поэтому при одном неверном движении жила может просто обломаться и придется снимать часть штукатурки, чтобы хоть немного вытянуть провода.

Алюминиевый силовой кабель повышает потенциальный риск пожара на объекте. Согласно статистике, пожары из-за неисправности в электропроводке с использованием алюминиевых проводов случаются на 60% чаще, чем в электроустановках с использованием медных проводов. Этому способствуют и циклы расширения-сжатия свойственные алюминию, существенно влияющие на безопасность соединений, и низкая температура плавления этого металла, которая составляет менее 700°С.

Также у алюминия крайне невысокая коррозионная стойкость и во влажной среде срок его службы значительно уменьшается.

Однако, этот металл имеет и свои преимущества. Одним из них является его легкий вес. Алюминиевые провода на 30-50% (в зависимости от марки) легче медных. Этот фактор особенно важен при прокладке воздушных линий электропередачи, ведь нагрузка на электрические опоры и изоляторы при прокладке алюминиевых проводов будет существенно меньше.

Легкий вес алюминия также облегчает прокладку длинных и толстых кабелей, ведь значительно удобнее раскатывать бухту или катушку с легким кабелем.

Еще одним неоспоримым преимуществом алюминия является его низкая стоимость, которая примерно в три раза ниже цены на медь. Алюминий широко распространен в природе. Его добыча постоянно совершенствуется и растет на фоне сокращения рудных запасов меди. Поэтому при существующем уровне цен, применение алюминиевых проводов в несколько раз выгоднее, чем медных.

Также необходимо помнить, что алюминиевые и медные проводники нельзя соединять непосредственно между собой, поскольку медь и алюминий образуют гальваническую пару. В такой гальванической паре алюминий вследствие электрокоррозии очень быстро разрушается, что ухудшает электрический контакт. Место с плохим контактом будет нагреваться и искрить. В результате этого надежность контактов будет уменьшаться, что опять-таки, может привести к пожару. Поэтому при необходимости соединения медного и алюминиевого проводов используют стальные клеммы, разъемы и переходники, которые предотвращают непосредственный контакт алюминия и меди.

Выводы.

Подводя итог всего вышеизложенного, можно утверждать, что решающим фактором при использовании медных проводов является их чрезвычайно хорошая электропроводимость, которая в полтора раза выше, чем у алюминия. Соответственно, и тепловые потери, и потери напряжения в медных проводниках меньше. Медные провода при меньшем сечении выдерживают больший ток и более устойчивы к частым изгибам. А медная проводка требует меньше усилий при прокладке и практически не требует обслуживания.

Сеть, выполненная при помощи алюминия, наоборот, потребует периодической проверки проводников и подтягивания контактов. Невысокая прочность и пониженная эластичность этого металла затрудняет его использование при монтаже распределительных коробок и розеток. Большое сопротивление вызывает потери электроэнергии, при предельных нагрузках проводник будет сильнее нагреваться, а его изоляция преждевременно стареть. Алюминиевая проводка не является безопасной, поскольку при ослабленном контакте, характерном для этого металла, риск возникновения пожара очень велик.

Кроме того, современные нагрузки на бытовую электропроводку существенно возросли. Огромное количество электроприборов в современном доме привело к тому, что люди начали устанавливать по 5 и даже больше розеток в одном месте, тогда как ранее устанавливали одну. В таком случае розетки соединяют шлейфом, что достаточно сложно сделать алюминиевым проводом. Алюминиевая проводка не позволяет использовать такие мощные приборы как индукционные варочные поверхности, печи, автоматические стиральные машины и другие мощные приборы. И даже современные люстры, монтаж которых не требует высокой мощности, часто не могут устанавливаться при помощи алюминиевых проводов поскольку изготовлены с медными вступительными концами, которые нельзя соединять с алюминием. Поэтому сегодня во время электромонтажных работ чаще всего используют именно медную электропроводку.

Все это позволяет утверждать, что проводку в жилых домах и офисных помещениях необходимо прокладывать, используя медные провода и кабели. А старые проводки, смонтированные с использованием алюминиевых проводников, целесообразно заменить на медные.

Алюминиевые кабели используют при проектировании мощных трасс большой протяженности, поскольку затраты на медь могут значительно увеличить стоимость проекта электроснабжения. Алюминий активно используется при строительстве высоковольтных линий, для обустройства воздушных линий электропередачи, на промышленных объектах, при подведении электроэнергии к домам и подключения конечных потребителей к общим электрическим сетям.

Также алюминий широко применяется для кабелей сечением более 16 мм2. Это позволяет сделать электромонтаж дешевле, а отрицательные свойства алюминия при таких сечениях менее заметны.

Алюминиевые обмоточные провода могут применяться при производстве маломощных трансформаторов, электродвигателей и других электрических машин.

А алюминиевая проводка может использоваться во временных зданиях и сооружениях, срок эксплуатации которой не превышает двух лет. Также, в целях экономии, алюминий можно использовать при подведении электричества к розеткам и выключателям.

Как видим все преимущества и недостатки этих двух металлов разграничили сферы их применения. И сделали кабельно-проводниковые изделия с жилами из алюминия и меди до сих пор наиболее востребованными во всем мире.

Перспективы

Конкуренция между медными и алюминиевыми проводами существует давно. И при всех преимуществах применения меди, наука все чаще обращает свои взоры на алюминий. Это доступное и недорогое сырье на фоне истощения мировых запасов меди имеет весьма привлекательную цену и существенно удешевляет прокладку электрических линий. Поэтому одним из направлений развития производства кабельно-проводниковой продукции является создание алюминиевых сплавов с содержанием небольшого количества железа и меди, призванных повысить гибкость алюминиевых проводников и обеспечить их надежное контактное соединение с устройствами.

По мнению некоторых экспертов применение новых материалов может позволить создавать новые кабели и провода увеличенного рабочего ресурса при относительно невысокой стоимости. А конкуренция на рынке будет только способствовать повышению качества кабельной продукции.

При этом следует учитывать, что все комплектующие и фурнитура на сегодняшний день приспособлены под медные провода. И при замене существующего провода на новый сплав придется менять также марку соединителей и розеток. Кроме того, кабель из алюминиевого сплава при одинаковой проводимости с медным, имеет увеличенное сечение и больший диаметр. А уже построенные шахты и стойки существующих жилых домов на это не рассчитаны.

В мире алюминиевые сплавы при прокладке проводок в жилых помещениях применяются уже десятки лет. Однако их доля на рынке невелика. Например, в США, Европе и Китае она составляет около 30%. Массового спроса на алюминиевые сплавы пока нет. И несмотря на то, что такие кабели дешевле и легче медных при одинаковой с ними проводимости, вытеснить медь алюминиевом сплаву пока так и не удалось.

 

Поделиться

Алюминий или медь, вечное противостояние

27.03.2018

В настоящее время основным материалом для обмотки низкого напряжения сухих трансформаторов, мощность которых составляет более 15 кВА, является алюминий. В некоторых странах преобладающим намоточным материалом выступает медь. Рассмотрим основные различия алюминия и меди.

Одной из основных причин выбора обмоток из алюминия является низкая начальная стоимость. Это обусловлено тем, что этот материал более распространен в природе. Более дорогой является покупка медного проводника, цена которой исторически более изменчива. В отличие от меди, алюминий имеет большую пластичность, поэтому легче поддается сварке. Это также обуславливает дешевизну этого материала в производстве. Но для надежного соединения алюминия требуются квалифицированные сварщики, имеющие большое количество знаний и опыта. Легче дело состоит во время соединения меди.

Существует множество аргументов в электротехнической промышленности о плюсах и минусах использования алюминия вместо меди. Мнения меняются до сих пор. Ниже приведем основные характеристики материалов и рассмотрим все преимущества и недостатки.

Рассмотрим ложные и истинные сведения о применении алюминия.

Бытуют ложные мнения о том, что:

  • оконечные заделки трансформаторов, намотанных алюминием несовместимы с медной линией и силовыми кабелями;
  • соединения с линией и нагрузкой трансформаторов с медными обмотками более надежны, чем у трансформаторов с алюминиевыми обмотками;
  • обмотки низкого напряжения трансформаторов, намотанные медью, лучше подходят для «ударных» нагрузок. Объясняется это тем, что у меди более высокая прочность на растяжение чем у алюминия;
  • устройства с алюминиевыми обмотками имеют более высокие потери, чем трансформаторы с медными обмотками;
  • трансформаторы с алюминиевыми обмотками больше греются, потому, что медь обладает лучшей теплопроводностью.

Правдивыми сведениями об алюминии являются:

  • оконцевание выводов должным образом — более сложная задача для намотанных алюминием трансформаторов;
  • трансформаторы с алюминиевыми обмотками весят легче, чем аналогичные с медными обмотками;

 

5 основных различий между медью и алюминием

Существует пять различий между алюминием и медью, которые вызывают беспокойства в выборе материала для обмотки:

1. Возможность соединения.

Оксиды, хлориды и недрагоценные металлы более проводящие на меди, чем на алюминии. Этот делает более важной для алюминия очистку и защиту соединителей. Бытует мнение о несовместимости соединения меди с алюминием. Остается под вопросом и сопряжение соединений алюминия трансформаторов и медного провода присоединения.

2. Коэффициент расширения.

Алюминий при изменении температуры расширяется практически на треть больше меди. Такое расширение и пластичность алюминия вызывает проблемы для ненадлежаще смонтированных болтовых соединений. Избежать ослабления соединения позволит его подпружинивание. Необходимо использовать прижимные или чашевидные шайбы. С их помощью обеспечится нужная эластичность при сочленении, без сжатия алюминия. При использовании надлежащей арматуры соединения алюминия могут сравняться по качеству с медным.

3. Теплопроводность.

Существует мнение, раз теплопроводность у меди выше, то это влияет на снижение хот-спот температуры обмотки трансформатора. Такое утверждение является верным при условии, что проводники обмоток из меди и алюминия имеют одинаковый дизайн, размер и геометрию. Из этого следует, что для силовых трансформаторов, имеющих заданный размер, характеристики теплопроводности алюминия и меди будут очень близки. Для достижения такой же электропроводности, как у меди, у алюминия она должна быть больше на 66% по площади поперечного сечения.

4. Электропроводность

Часто аргументируют неполноценность проводимости алюминия. Это происходит из-за того, что он имеет 61% от проводимости меди. Поэтому происходят более высокие потери в обмотках трансформатора, изготовленных из алюминия. Чтобы способствовать удержанию температуры в изоляции, трансформаторы, в которых используются обмотки из алюминия разрабатывают с проводниками большего поперечного сечения, чем у меди. Такая процедура приводит, в среднем, к одинаковым потерям как для алюминия, так и для меди. Можно сделать вывод, что силовые трансформаторы аналогичной конструкции с одинаковым нагревом имеют практически аналогичные потери, и материал проводника не имеет значения.

5. Прочность на разрыв

Алюминий имеет более низкую прочность на растяжение и предел текучести. Это вызывало беспокойства в использовании этого материала при циклических нагрузках. 

Нагрузки с большими токовыми бросками, создающие приводы постоянного тока, приводят к появлению электромагнитных сил, вызывающих движение проводников и смещение обмотки. Алюминий имеет 38% от предела прочности меди. Но это сравнение основано на равных площадях поперечного сечения.

Чтобы обеспечить равный рейтинг трансформаторам с алюминиевыми и медными обмотками необходимо, чтобы обмотки имели площадь поперечного сечения на 66% больше, чем устройства с обмотками из меди.

Способность силового трансформатора противостоять долговременным воздействиям бросков нагрузки, в большинстве зависит от соответствующего баланса обмотки и крепления соединительных проводов. Существенной разницы между алюминиевыми и медными обмотками силовых трансформаторов низкого напряжения в механических повреждениях при испытаниях не обнаружено.

Подключение

На сегодняшний день подключение является наиболее распространенной причиной ущербов в использовании обмоток трансформаторов из алюминия. Как медь, так и алюминий под воздействием атмосферы склонны к окислению и другим химическим изменениям. Проблема состоит в том, что окись алюминия представляет собой хороший изолятор. В свою очередь, оксид меди не является очень проблематичным в болтовых соединениях. Предотвратить окисление позволит зачистка контактов вместе с качественным соединением. Рекомендации можно отнести к любому проводящему материалу, но они наиболее существенны для алюминия. Приходим к выводу, что болтовые соединения, изготовленные из алюминия, не рекомендуется использовать без покрытия с медью.

Столкновение теории и практики

Существует множество аргументов, способствующих использованию как меди, так и алюминия.

Одна из теорий фокусируется на разнообразных методах выполнения медных и алюминиевых соединений. Внутренние соединения медных обмоток трансформатора, как правило, паяные. В свою очередь, соединения алюминия свариваются с использованием инертного газа. Сварка алюминия в инертном газе дает сплошной алюминий, который соединен без потери проводимости.

Существует утверждение, медная окись в течение долгого времени продолжает формироваться. Она отслаивает наружную медь и повреждает весь проводник. С другой стороны, алюминиевая окись формирует защитное покрытие на открытых металлических поверхностях. Это препятствует окислению через несколько миллионных долей сантиметра. Не исключены проблемы при эксплуатации трансформатора в коррозионных атмосферных или экстремальных нагрузочных условиях. Но среднестатистическому потребителю не стоит волноваться, потому что у медных и алюминиевых силовых трансформаторов есть отличный послужной список долгих лет практического применения.Единственной причина, чтобы отдать предпочтение меди — ограниченность пространства. Намотанный медью силовой трансформатор имеет меньшие габариты чем с алюминиевой обмоткой.

Выбор алюминиевой или медной обмотки сводится к личным предпочтениям потребителя. Спрос на сухие силовые трансформаторы с низковольтными обмотками из алюминия будет расти из-за главного преимущества над медью — более низкой стоимости. Прежде, чем вложить средства медные трансформаторы, исследуйте причины предпочтения меди в технических характеристиках.

< ПредыдущаяСледующая >

на рынке кабелей обострилась конкуренция — РБК

На рынке производства силовых кабелей и проводов в России ужесточается конкуренция. За два года объемы изготовления кабелей, силовых проводов и шнуров выросли на 35%–40%.

Фото: Фото: 66.ru

Минэнерго РФ приказом от 16 октября 2017 разрешило монтировать в жилых и общественных зданиях провода с жилами, содержащими алюминий. Решение до сих пор вызывает споры в профессиональной среде из-за возможных рисков при использовании алюминийсодержащей продукции.

По данным Росстата РФ, за январь–май 2019 года было произведено 647 тыс. км силовых кабелей для стационарной прокладки на напряжение до 1 кВ (в январе–мае 2017 года — 418 тыс. км), проводов и шнуров силовых — 595 тыс. км (в январе–мае 2017 года — 360 тыс. км).

«Увеличение объемов производства позволяет говорить, что спрос в целом на различную силовую кабельную продукцию вырос. Это объясняется не только изменением конъюнктуры, но и тем, что увеличился объем ее производства с токопроводящими жилами из алюминиевых сплавов», — поясняет динамику ведущий эксперт УК «Финам Менеджмент» Дмитрий Баранов.

БЕЗопасный металл

В 2003 году то же Минэнерго РФ запретило монтировать алюминиевую проводку из-за ее высокой пожарной опасности. Сейчас запрет сняли, правда, речь идет не об алюминии в чистом виде, а о сплаве, в котором также содержится 0,4–0,5% железа и 0,15% меди.

Сплавы с данными параметрами под марками 8030 и 8176 производит UC Rusal на Кандалакшском и Иркутском алюминиевых заводах.

По словам заместителя технического директора «Холдинга Кабельный Альянс» Андрея Боева, алюминий не выдерживает конкуренции с медью в плане стойкости к токам перегрузки.

«Это очень пластичный металл. Со временем он начинает растекаться, и необходимо постоянно подтягивать контакт, которым токопроводящие жилы скрепляются между собой или с каким-либо устройством. При ослабленном контакте риск возникновения пожара очень велик. Температура плавления у алюминиевого сплава осталась та же, что и у алюминия — меньше 700 °С, то есть испытание огнем алюминиевые жилы не пройдут. Также у алюминия крайне невысокая коррозийная стойкость, и во влажной среде срок его службы значительно уменьшается. И он не прощает ошибок, которые может допустить монтажник», — поясняет Андрей Боев.

Читайте на РБК Pro

Фото: 66.ru

В РУСАЛе парируют, что современная алюминиевая проводка обладает негорючей и нетоксичной изоляцией, которая гарантирует ее безопасность.

«В новых алюминиевых сплавах с изменением кристаллической решетки и добавлением железа и других легирующих элементов была достигнута повышенная гибкость и надежное контактное соединение с оконечными устройствами. Эксплуатационные характеристики провода полностью соответствуют традиционно применяемым аналогам, но имеют ряд существенных преимуществ — они дешевле и легче почти в два раза, а также защищены от контрафакта, т. к. уменьшать диаметр кабеля экономически нецелесообразно. Срок службы кабелей из алюминиевых сплавов составляет 30 лет, такой же, как и у медных», — рассказывает директор РУСАЛа по развитию потребления алюминия в России и странах СНГ Юрий Шивилов.

В Алюминиевой ассоциации делают упор на то, что алюминиевые сплавы перед разрешением к использованию прошли множественные проверки.

«К работе над разработкой новых кабелей с алюминиевыми сплавами были привлечены ведущие НИИ: ВНИИКП, ВНИИ пожарной обороны МЧС России, Росэлектромонтаж, ведущие технические комитеты в данных областях, крупнейшие отечественные производители кабелей. Результаты работ проверялись и контролировались в Аппарате Правительства РФ, Совете Безопасности РФ, Минпромторге, Ростехнадзоре, Росстандарте. Были доказаны преимущества алюминиевых сплавов и их полная безопасность применения в проводке», — заявил председатель Алюминиевой ассоциации Валентин Трищенко.

Между тем участники кабельного рынка опасаются, что решение Минпромторга будет иметь непредвиденные последствия. «Отличить по внешнему виду инновационный сплав от обычного алюминия потребитель не сможет. Поэтому есть большая опасность того, что под видом проводки с алюминиевым сплавом в наших квартирах будут монтировать традиционный алюминиевый кабель», — считает заместитель технического директора «Холдинга Кабельный Альянс» Андрей Боев.

Фото: 66.ru

Перспективы алюминиевого сплава

Алюминиевые кабели, по словам экспертов, при одинаковой проводимости с медными «явно предпочтительнее по цене». Но пока снижения по потреблению меди не зафиксировано.

«Напротив, по нашим оценкам, потребление меди в РФ в 2018 году выросло до 290 тыс. тонн (+5 тыс. тонн к уровню прошлого года)», — рассказывает директор группы корпоративных рейтингов ACRA Максим Худалов.

В дальнейшем, по прогнозам экспертов, продолжится рост потребления меди. Также увеличится потребление алюминия в России — до 1–1,3 млн тонн в 2020–2023 годах, по данным ACRA.

По мнению представителей производства кабелей, сейчас идет активная фаза внедрения продукции с жилами из алюминиевых сплавов на рынок.

«Пик, на мой взгляд, придется на середину — конец 2020 года. В свободной продаже в строительных магазинах они появятся, скорее всего, в 2021 году. Связано это с необходимостью подготовить покупателей», — говорит гендиректор ГК «Москабельмет» Павел Моряков.

Фото: 66.ru

Конкуренция между токопроводящими жилами из разных металлов пойдет на пользу покупателю, так как он сможет выбирать из большей номенклатуры, считает Дмитрий Баранов. Это, в свою очередь, положительно скажется на отрасли. Производители для сохранения своей доли рынка будут разрабатывать новые виды кабельно-проводной продукции: с «лучшей работоспособностью, долговечностью, огнестойкостью, минимальным уровнем вреда».

«Вероятней всего, конкуренция развернется в создании наилучшей изоляции (оплетки). Применение новых материалов может позволить создать новые кабели и провода с увеличенным рабочим ресурсом, причем их стоимость может быть относительно невысокой. Не стоит забывать, что кабельно-проводная продукция применяется не только при новом строительстве, но и при проведении ремонтно-строительных работ, а это значит, что рынок ее сбыта практически неограниченный», — резюмирует Дмитрий Баранов.

Андрей Боев рассказывает, что практически все комплектующие и фурнитура на рынке приспособлены под медные провода. А при замене уже существующего провода на алюминиевый сплав необходимо менять и марку соединителей, и марку розеток.

Кроме того, кабель из алюминиевого сплава при одинаковой с медным кабелем нагрузке имеет увеличенное сечение. Соответственно, его диаметр больше. «Как это будет соотноситься с размерами уже спроектированных и построенных шахт и стояков в жилых домах, пока непонятно», — комментирует эксперт.

В мире алюминиевые сплавы в проводке жилых зданий применяются уже десятки лет, говорит Валентин Трищенко. Он поясняет, что в США, Европе и Китае доля проводки из алюминиевых сплавов на рынке составляет порядка 30%.

«Опыт Соединенных Штатов Америки, где такие сплавы производят уже около двадцати лет, показывает, что массового спроса на них нет. То есть вытеснить медь алюминиевому сплаву не удалось», — говорит Андрей Боев.

Превращаем алюминий в медь!

Эта работа была прислана на наш «бессрочный» конкурс статей.

Здравствуй, о оверклокер!!!

Тебе не даёт покоя мысль о том, что твой проц или видюха раскалены до предела? Есть только два выхода: убиться или охладиться. Я расскажу о втором. Да к тому же я расскажу не о совсем традиционном методе охлаждения. Я расскажу, как сделать медь из алюминия.

Сразу предупреждаю: материал чисто теоретический, я не проделывал этого дома (да и где бы то ни было), поэтому никакой ответственности я НЕ несу. Я хочу описать способ химического превращения алюминиевого радиатора в медный (начинай вспоминать химию). Нам понадобится вот что (ниже объясню подробнее):

  1. Радиатор алюминиевый — 1 шт.
  2. Купорос медный — полкило больше, чем достаточно.
  3. Кислота или щёлочь (желательно кислота) — половина литра — больше, чем достаточно (будет раствор)
  4. Ёмкость, устойчивая к воздействию кислоты.
  5. Прибор для нагревания (газовая плита вполне подойдёт).
  6. Оверклокер со своим собственным мозгом (головным), прямыми руками и немного свободного времени.

Где достать?

(1) ты можешь найти в комповом магазе или использовать свой старый. В цветочном или хозяйственном магазине ты найдёшь (2). В качестве (3) можно использовать уксусную кислоту, которою ты можешь найти в бутылке с надписью «уксус» или в продуктовом магазине (рекомендую второй вариант, так как в уксусе кислоты максимум 9%, а в кислоте — ближе к ста). Если найдёшь более сильную кислоту (серную, соляную и пр.) — хорошо, но будь аккуратнее (позже расскажу, почему). (4) — может быть стеклянной или керамической, но не пластиковой (металлическую тоже лучше не использовать). (5) дожен быть у тебя дома на кухне. (6) — ты (по идее), найти ты себя можешь там, где ты сейчас находишься.

План действий:

рекомендации

Подготовить растворы кислоты и купороса (отдельно). Опустить радиатор в кислоту, чтобы снять защитную плёнку с металла. Опустить радиатор в купорос, после чего на нём выделится медь. Подготовить радиатор к использованию. Всё.

Теория:

Любишь химию? Впрочем, это совершенно неважно. Химия — наука страшная, потому что тебе может оторвать руки, ноги, голову и прочие выступающие части тела. .. Шутка 😉 Сначала расскажу тебе немного о растворах.

Раствор кислоты не стоит делать очень насыщенным, особенно если кислота сильная (неорганическая). Если же использовать уксусную кислоту (её легче достать), то можно сильно не разбавлять. Дело в том, что кислота нужна для того, чтобы снять с металла оксидную плёнку, которая мешает взаимодействовать металлу с медным купоросом, который представляет из себя соль (кристаллогидрат, но об этом позже). Вот пример взаимодействия оксида алюминия с кислотой (в данном случае с соляной):

Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O

Формула уксусной кислоты: CH3COOH — на всякий случай.

Сначала была кислота и оксид, а стала вода и соль. Главное, что мне хотелось бы сказать — не передержите радиатор в кислоте, ведь сам металл тоже взаимодействует с кислотой, а этого нам не надо. Сначала поэкспериментируй с отдельными кусками алюминия, чтобы на глаз определить скорость протекания реакции. Замечу, что оксид алюминия — амфотерный оксид, то есть взаимодействует как с кислотами, так и с щелочами. Можешь попробовать щёлочь, но я бы не рекомендовал, а вот по какой причине: Твой радиатор, скорее всего, сделан не из чистого алюминия, а из сплава. Алюминий слишком мягкий, поэтому, скорее всего он сплавлен со сталью (железом). Оксид железа не будет взаимодействовать со щёлочью, так как, по-моему, он слабо амфотерный, либо вообще основный (реагирует только с кислотами). При взаимодействии медного купороса с железом пройдёт тот же процесс, что и при взаимодействии с алюминием, поэтому желанного результата (получение меди) мы всё равно достигнем.

Ещё хотел бы предостеречь: НЕ надо использовать концентрированную (более 60%) серную или азотную кислоту — железо и алюминий в них пассивируются (образуется защитная плёнка). Разбавлять серную кислоту тоже занятие не из приятных (не знаю, как насчёт азотной): она взаимодействует с водой (гидролиз), при этом шипя, булькая и брызгаясь. Если надумаешь разбавлять, то вливай кислоту в воду, а не наоборот. Кислота тяжелее, поэтому реакция будет проходить не на поверхности воды, а поглубже, тогда брызг не будет. Да, кстати, если реакция оксида с кислотой проходит очень уж медленно, то надо всё это дело нагреть. Принцип Вант-Гоффа: При повышении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции возрастает в 2-4 раза.

Вот тебе ещё полезная вещь — электрохимический ряд напряжений металлов:

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Be, Al, Mn, Zn, Cr, Fe2+, Cd, Ni, Sn, Pb, Fe3+, H, Cu, Ag, Hg, Au.

Правило, которое должен знать каждый: Металл, стоящий в электрохимическом ряду напряжений металлов левее, вытесняет из растворов солей металл, стоящий правее. Мы имеем дело с алюминием и с железом (со степенью окисления 2+), которые стоят намного левее меди. Они будут вытеснять медь из медного купороса, а она будет выделяться на радиаторе. Реакции с металлами, стоящими в ряду напряжений в самом начале, будут проходить НУ ОЧЕНЬ активно. .. Иногда со взрывом… Это НЕ шутка! Хотя вряд ли ты найдёшь литиевый радиатор.

И ещё. Помни: медный купорос это кристаллогидрат, то есть его молекулы связаны с молекулами воды, хотя вещество в твёрдом состоянии:

CuSO4 * 5H2O

Поэтому разбавляй не очень сильно, ведь воды и так уже много. Реакции с алюминием и железом проходят вот так:

3CuSO4 + Al = Al(SO4)3 + 3Cu

2CuSO4 + Fe = Fe(SO4)2 + 2Cu

В этих реакциях без нагрева не обойтись. Надо кипятить радиатор 😉 ! Шутка, конечно же! А вот подогреть немного можно. А что делать? Только так можно ускорить процесс. Если немного отшлифовать поверхность радиатора (создать шероховатости), то меди выделится немного больше, хотя лучше подобной чушью не заниматься (микрограммы не играют роли).

Важно: Я искренне надеюсь на то, что тем, кто захочет проделать какие-либо из описанных мною реакций, не придёт в голову мысль вмешиваться в ход реакции руками или другими выступающими частями тела, о которых я писал выше. Химия — наука, не терпящая баловства! Ну вот уже и мораль прочитал 😉 .

Что дальше?

Если результат устраивает, то можешь тестировать заново рождённый радиатор, а можешь подшлифовать его или сделать что-нибудь в этом роде, если уж сильно хочется. Я уже говорил о том, что сначала надо проводить опыты над отдельными кусками алюминия (или железа), а уж потом переходить на радиатор. Кстати, перед опытами необходимо снять или счистить с радиатора неметаллические части (вентилятор, провода, термодатчики, термопаста) 😉

Что получилось?

Я уверен, что все оверклокеры знакомы с радиаторами из алюминия, в которых имеется медный пятак-вставка в подошве. В покрытом по моему способу слоем меди радиаторе (именно слоем, ведь изнутри он не реагировал) принцип охлаждения примерно такой же. Так вот, если сравнивать радиаторы со вставкой с тем, что по идее должно получиться после прочтения данного текста, то можно сказать о преимуществах и недостатках того, о чём я писал:

Преимущества:

Металлы плотнее соединены между собой, следовательно, тепло лучше передаётся между ними и они не распадаются (вставки-пятаки могут выпадать, а в моём способе слои металлов соединены химическим путём гораздо прочнее).

Имеется не только маленькое круглое пятно меди на подошве, а весь радиатор покрыт равномерным (при правильном проведении реакций) слоем меди, что благоприятно сказывается на температурном режиме охлаждаемого девайса.

Тепло хорошо проводится в рёбрах радиатора (если они были достаточно тонкие, то могли даже полностью стать медными), что обеспечивает (при хорошем продуве) сильную отдачу тепла, что нам и нужно.

Моим способом можно даже «сварить» две металлические детали, плотно прижав их друг к другу при проведении реакции в купоросе.

Недостатки:

Радиатор не полностью медный (как и в радиаторах с медными пятаками)

Может получиться не совсем ровная поверхность радиатора, если реакции проходили бурно (например, в кипящей воде), хотя это исправимо.

ВЫВОД:

Возможно, существенного улучшения ситуации с охлаждением и не произойдёт, но мне кажется, что пара-тройка градусов выигрыша тоже неплохо (искренне надеюсь на то, что этот выигрыш будет больше). Весь материал чисто теоретический и направлен на общее развитие умственных способностей оверклокера. Просто должно быть приятно осознание того, что всё сделано своими руками и продумано не хуже, чем у производителей радиаторов с медными вставками.

Послесловие…

Надеюсь, что интересно было не только мне. Весь материал придуман лично мною, поэтому, если мои идеи каким-либо образом совпадают или пересекаются с чужими, то довожу до общего сведения, что я ни у кого не воровал идеи, а это просто совпадение. Прошу прощения, если я допустил какие-либо ошибки или неточности в тексте.

Желаю успехов оверклокерам в их нелёгком деле!

<$ C R ! P T ! N>

Мне показалась очень интересной сама идея, поэтому статья опубликована, хотя я далёк от уверенности, что всё задуманное можно воплотить в жизнь. Автор не зря несколько раз подчёркивал, что материал чисто теоретический и прежде чем «варить» свой алюминиевый радиатор, нужно потренироваться на алюминиевых кусочках. Я бы даже посоветовал предварительно хорошенько разобрать статью с теоретической точки зрения, прежде чем переходить к практическим экспериментам. Самое первое предположение, которое приходит в голову, что радиатор покроется тончайшим слоем меди, если замещение всё же пойдёт, после чего реакция прекратится. Впрочем, полагаю, что хорошо разбирающиеся в химии читатели найдут ещё множество причин, по которым подобное превращение алюминиевого радиатора в медный невозможно. Предлагаю обсудить статью в конференции.

Doors4ever