Алюминий как материал проводника: более легкая и экономичная альтернатива

Спонсируемый контент | 24 мая 2019 г.

Выбор проводящих металлов для различных отраслей и применений может оказаться непростой задачей. Медь часто используется в кабелях и проводах из-за ее превосходной проводимости и податливости. Но он относительно тяжелый и дорогой по сравнению с алюминием. Переход на алюминий, который легче и значительно дешевле меди, во многих случаях является жизнеспособным вариантом. Успешное использование алюминия — это вопрос понимания возможностей этого проводящего металла и того, как решать проблемы, которые он создает. Медь при цене $4323 за тонну в настоящее время более чем в два раза дороже алюминия, который стоит $2043 за тонну (по состоянию на 02.02.15). Такая значительная разница в цене объясняется большей доступностью необработанного алюминия по сравнению с медью. После кислорода и кремния алюминий является третьим по распространенности элементом в верхней коре Земли, а медь занимает 25-е место по доступности в списке сырья. Оценка текущих цен дополнительно усиливается волатильностью рынка сырья. Если посмотреть на цифры за последние пять лет (2010-2014 гг.), цены на медь колебались в диапазоне от $3674 до $5980 за тонну. В 2004 году среднегодовая стоимость по-прежнему составляла 1895 долларов за тонну. В алюминиевом секторе такого диапазона колебаний не существует, что позволяет лучше планировать материалы. Если в качестве проводникового материала используется алюминий, его более низкая проводимость требует, чтобы размер провода был примерно на треть больше, чем у медного провода. Однако в конечном итоге изоляционный материал, используемый в проводе, играет решающую роль в его эксплуатационных характеристиках, и алюминиевый провод может иметь ту же допустимую токовую нагрузку, что и медный провод H07RN-F. Больший размер алюминиевых проводов будет недостатком только в тех случаях, когда требуется малое расстояние, например, при установке в плотно упакованных распределительных коробках. Факты об алюминии говорят сами за себя, когда дело касается веса. В качестве сырья алюминий примерно на 70 процентов легче меди. Это может быть полезно во многих областях применения, стремящихся уменьшить вес всех компонентов. Естественно, что при использовании в электрических кабелях меньший вес облегчает их установку. Высоковольтные линии издавна изготавливались из алюминия; более легкий вес значительно снижает растягивающую силу, действующую на трос и мачты. Но даже такие отрасли, как автомобилестроение и авиационная промышленность, переходят на алюминиевые провода. Именно поэтому в Airbus A380 уже установлены целые жгуты проводов из алюминия. Алюминиевые провода могут быть до 60 процентов легче, чем аналогичные медные провода с током. Даже для приложений, требующих гибких кабельных соединений, медь больше не должна быть первым выбором. Серия HELUWIND® WK POWERLINE ALU предлагает программу тонкой проводки, включая технологию подключения. Характеристики материала алюминия существенно отличаются от свойств меди. Эти различия необходимо учитывать при обработке кабеля и выборе соединительных компонентов.

Окисление на воздухе

Под воздействием кислорода на поверхности алюминия за короткое время образуется твердое и стойкое оксидное покрытие. Покрытие защищает нижележащий материал от дальнейшей коррозии. Этот эффект делает алюминий очень прочным материалом. Однако защитное оксидное покрытие на поверхности материала нежелательно в электротехнике. Это ухудшает проводимость алюминия и затрудняет контакт. Если окисленный проводник подключить без какой-либо предварительной обработки (для удаления покрытия), контактное сопротивление между алюминиевым проводником и компонентом разъема увеличится. Это может привести к повышению температуры и, в худшем случае, к возгоранию кабеля. Чтобы предотвратить подобные проблемы, оксидное покрытие необходимо сломать или удалить физически. Это можно сделать, очистив оголенные концы алюминиевых проводников щеткой перед соединением контактов, а также во время процесса обжима: компоненты разъемов для алюминиевых проводников на заводе смазываются специальной контактной смазкой, обычно это зернистый абразивный материал, например корунд. В сочетании с высоким давлением частицы корунда вызывают абразивный эффект, который разрушает непроводящее оксидное покрытие на алюминии, улучшая контактные свойства и электрические соединения. Смазка также предотвращает попадание влаги и кислорода и возникновение новой коррозии мест контакта. Кабельные наконечники более высокого качества обычно оснащены пластиковыми заглушками, которые предотвращают высыхание или вытекание контактной смазки во время хранения.