Что мягче алюминий или медь. Выбор сечения провода, кабеля (медного, алюминиевого) по мощности. Расчет сечения исходя из диаметра (видео)

Медь

Лекция 4. Материалы высокой проводимости

К группе проводниковых материалов принято относить проводники с удельным электрическим сопротивлением в нормальных условиях не более 10 -7 Ом×м. Наиболее распространенными среди этих материалов являются медь и алюминий.

Медь – элемент побочной подгруппы первой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Обозначается символом Cu (лат. Cuprum ). Простое вещество медь – это пластичный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). Медь на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Преимущества меди, обеспечивающие её широкое применение в качестве проводникового материала, следующие: 1) малое удельное сопротивление (из всех металлов только серебро имеет несколько меньшее удельное сопротивление, чем медь); 2) достаточно высокая механическая прочность; 3) удовлетворительная в большинстве случаев стойкость к коррозии (даже в условиях повышенной влажности медь окисляется на воздухе значительно медленнее, чем, например, железо; интенсивное окисление меди происходит только при повышенных температурах; 4) хорошая обрабатываемость: медь прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра; 5) относительная легкость пайки и сварки.

Свойства меди. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра, удельная проводимость при 20 °C 55 – 58 МСм/м). Плотность 8,96 г/см 3 , Т пл = 1083 о С,

Существует ряд сплавов меди: латуни – с цинком, бронзы – с оловом и другими элементами, мельхиор – с никелем, баббиты – со свинцом, и другие.

Удельная проводимость меди весьма чувствительна к наличию примесей и снижается в зависимости от вида примеси: Zn, Cd, Ag – на 5% ; Ni, Sn, Al ‒ на 25–40%; Be, As, Fe, Si, P – на 55%. В то же время присадки многих металлов повышают механическую прочность и твердость меди.

Получение меди. Медь получают путем переработки сульфидных руд, чаще других встречающихся в природе. После ряда плавок руды и обжигов с интенсивным дутьем, медь обязательно подвергают электролитической очистке. Можно получить различную по физическим свойствам медь:

– методом холодной протяжки получают твердую медь (ТМ), которая имеет высокий предел прочности при растяжении, твердость и упругость при изгибе; проволока из твердой меди несколько пружинит. Имеет малое относительное удлинение при изгибе;

– методом отжига получится мягкая медь (ММ), которая пластична, обладает малой твердостью и прочностью, более высокой удельной проводимостью. Также обладает весьма большим относительным удлинением при разрыве.

Применение меди. Медь применяют в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, шин распределительных устройств, обмоток трансформаторов, электрических машин, токоведущих деталей приборов и аппаратов, анодов в гальваностегии и гальванопластике. Медные ленты используют в качестве экранов кабелей. Твердую медь употребляют в тех случаях, когда необходимо обеспечить особенно высокую механическую прочность, твердость и сопротивляемость истиранию, например, для изготовления неизолированных проводов. Если же требуется хорошая гибкость и пластичность, а предел прочности на растяжение не имеет существенного значения, то предпочтительнее мягкая медь (например, для монтажных проводов и шнуров). Из специальных электровакуумных сортов меди изготавливают детали клистронов, магнетронов, аноды мощных генераторных ламп, выводы энергии приборов СВЧ, некоторые типы волноводов и резонаторов. Кроме того, медь используют для изготовления фольгированного гетинакса и применяют в микроэлектронике в виде осажденных на подложки пленок, играющих роль проводящих соединений между функциональными элементами схемы. Несмотря на большой коэффициент линейного расширения по сравнению с коэффициентом расширения стекол, медь применяют для спаев со стеклами, поскольку она обладает рядом замечательных свойств: низким пределом текучести, мягкостью и высокой теплопроводностью. Для впаивания в стекла медному электроду придают специальную форму в виде тонкого рантика, благодаря чему такие спаи называют рантовыми.

Недостатком меди является ее подверженность атмосферной коррозии с образованием окисных и сульфидных пленок. Скорость окисления быстро возрастает при нагревании, однако прочность сцепления окисной пленки с металлом невелика. Вследствие окисления медь не пригодна для слаботочных контактов. При высокой температуре в электрической дуге окись меди диссоциирует, обнажая металлическую поверхность. Металлическое отслаивание и термическое разложение вызывает повышенный износ медных контактов при сильных токах.

Алюми́ний – элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium ). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния). Простое вещество алюминий – лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия. Плотность 2,7 г/см 3 , Т пл = 660 о С.

Алюминий – второй по значению (после меди) проводниковый материал – металл серебристо-белого цвета, важнейший из так называемых легких металлов. Удельное сопротивление алюминия в 1,6 раза больше удельного сопротивления меди, но алюминий в 3,5 раза легче меди. Благодаря малой плотности обеспечивается большая проводимость на единицу массы, т. е. при одинаковом сопротивлении и одинаковой длине алюминиевые провода в два раза легче медных несмотря на большее поперечное сечение. К тому же по сравнению с медью алюминий намного больше распространен в природе и характеризуется меньшей стоимостью. Отмеченные обстоятельства обусловливают широкое применение алюминия в электротехнике. Алюминий получают электролизом глинозема Al 2 O 3 в расплаве криолита Na 3 AlF 6 .

Преимущества алюминия, которые обеспечивают ему широкое применение в качестве проводникового материала, следующие:

– малая плотность (легкий материал);

– дешевизна и доступность;

– распространенность в природе (1-е место по количеству среди металлов в земной коре).

Пленки алюминия широко используют в интегральных микросхемах в качестве контактов и межсоединений. Последние обеспечивают связь между отдельными элементами схемы и внешние присоединения. Нанесение пленок на кремниевые пластинки обычно производят методом испарения и конденсации в вакууме. Требуемый рисунок межсоединений создается с помощью фотолитографии. Преимущества алюминия как контактного материала состоит в том, что этот материал легко напыляется, обладает хорошей адгезией к кремнию и плёночной изоляции из SiO 2 , широко используемой в полупроводниковых интегральных схемах, обеспечивает хорошее разрешение при фотолитографии. Пленки алюминия широко используют в интегральных микросхемах в качестве контактов и межсоединений. Последние обеспечивают связь между отдельными элементами схемы и внешние присоединения. Преимущества алюминия как контактного материала состоят в том, что этот материал легко напыляется, обладает хорошей адгезией к кремнию.

Недостатком алюминия является значительная подверженность электромиграции, что приводит к увеличению сопротивления или даже разрыву межсоединения, также у алюминия низкая механическая прочность. Отожженный алюминий в три раза менее прочен на разрыв, чем отожженная медь.

Отдельно стоит поговорить о поверхности алюминия , так как он активно окисляется, покрываясь тонкой пленкой окиси с большим электрическим сопротивлением. Такая пленка предохраняет алюминий от коррозии, но создает большое переходное сопротивление в местах контакта алюминиевых проводов, что делает невозможным пайку алюминия обычными методами. Поэтому для пайки алюминия используют ультразвуковые паяльники или пасты-припои. Более толстый слой окисла, который создает надежную электрическую изоляцию на сравнительно высокие напряжения, получают с помощью электрохимической обработки алюминия. Наиболее широкое применение оксидная изоляция получила в электролитических конденсаторах. Ее используют также и в некоторых типах выпрямителей и разрядников. На практике важное значение имеет вопрос защиты от гальванической коррозии в местах контакта алюминия и меди. Если область контакта подвергается воздействию влаги, то возникает местная гальваническая пара с довольно высоким значением э. д. с., причем полярность этой пары такова, что на внешние поверхности контакта ток направлен от алюминия к меди, вследствие чего алюминиевый проводник может быть сильно разрушен коррозией. Поэтому места соединения медных проводников с алюминиевыми должны быть тщательно защищены от увлажнения.

Без проводников - никуда

Медь (лат. Cuprum) - один из семи металлов, известных с глубокой древности. Значительные запасы медных руд находятся в США, Чили, России (Урал), Казахстане (Джезказган), Канаде, Замбии и Заире.

Медь входит в состав более 150 минералов, промышленное применение нашли 17 из них, в том числе: борнит (Cu5FeS4), халькопирит (медный колчедан - CuFeS2), халькозин (медный блеск - Cu2S), ковеллин (CuS), малахит (Cu2(OH)2). Переработка сульфидных руд дает около 80% от всей добываемой меди.

В природе Встречается и самородная медь.

Чистая медь - ковкий и мягкий металл в изломе розоватого цвета, достаточно тяжелый, отличный проводник тепла и электричества, легко подвергается обработке давлением. Именно эти качества позволяют применять изделия из меди в электротехнике - в настоящее время более 70% всей производимой меди идет на выпуск электротехнических изделия. Для изделий с максимальной электропроводностью, используют так называемую «безкислородную» медь. В иных случаях годна и технически чистая медь, содержащая 0,02-0,04% кислорода.

Основные характеристики меди: удельный вес - 8,93 г/cм3, температура плавления - 1083°С, меди при 20°С 0,0167 Ом*мм2/м. Чистая медь обладает высокой электрической проводимостью (на втором месте после серебра). Именно это качество меди используют в промышленности для изготовления электротехнических шин из меди.

Медные шины изготавливаются по ГОСТ 434-78. Состояния в котором поставляются медные шины потребителю: не отожженная (маркировка - Т-твердое), отожженным (М-мягкое) и ТВ-твердые шины, изготовленные из бескислородной меди.

В деформированном состоянии прочность меди выше, чем у отожженного металла, а значения электропроводности понижены.

Сплавы, повышающие прочность и улучшающие другие свойства меди, получают введением в нее добавок, таких, как цинк, олово, кремний, свинец, алюминий, марганец, никель. На сплавы идет более 30% меди.

Латуни - сплавы меди с цинком (меди от 60 до 90% и цинка от 40 до 10%) - прочнее меди и менее подвержены окислению. При присадке к латуни кремния и свинца повышаются ее антифрикционные качества, при присадке олова, алюминия, марганца и никеля возрастает антикоррозийная стойкость. Листы, литые изделия используются в машиностроении, особенно в химическом, в оптике и приборостроении, в производстве сеток для целлюлознобумажной промышленности.

Бронзы . Раньше бронзами называли сплавы меди (80-94%) и олова (20-6%). В настоящее время производят безоловянные бронзы, именуемые по главному вслед за медью компоненту.

Алюминиевые бронзы содержат 5-11% алюминия, обладают высокими механическими свойствами в сочетании с антикоррозийной стойкостью.

Свинцовые бронзы , содержащие 25-33% свинца, используют главным образом для изготовления подшипников, работающих при высоких давлениях и больших скоростях скольжения.

Кремниевые бронзы , содержащие 4-5% кремния, применяют как дешевые заменители оловянных бронз.

Бериллиевые бронзы , содержащие 1,8-2,3% бериллия, отличаются твердостью после закалки и высокой упругостью. Их применяют для изготовления пружин и пружинящих изделий.

Кадмиевые бронзы - сплавы меди с небольшим количества кадмия (до1%) - используют при производстве троллейных проводов, для изготовления арматуры водопроводных и газовых линий и в машиностроении.

Припои - сплавы цветных металлов, применяемые при пайке для получения монолитного паяного шва. Среди твердых припоев известен медносеребряный сплав (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; остальное - цинк).

В России медные шины изготавливают нескольких заводов: Каменск-Уральский ОЦМ, Кольчугинский ОЦМ, Кировский ОЦМ.

Мировое производство меди в 2007 году выросло на 2,5% по сравнению с 2006 г. и составило 17,76 млн. тонн. Потребление меди в 2007 году выросло на 4%, при этом медное потребление Китая взлетело на 25% за год, в то время как медное потребление в США резко упало на 20%.

Алюминий и ряд сплавов на его основе находят применение в электротехнике, благодаря хорошей электропроводности, коррозионной стойкости, небольшому удельному весу, и, что немаловажно, меньшей стоимостью, по сравнению с медью и ее проводниковыми сплавами.

В зависимости от величины удельного электросопротивления, алюминиевые сплавы подразделяют на проводниковые и сплавы с повышенным электрическим сопротивлением.

Удельная электрическая проводимость электротехнического алюминия марок А7Е и А5Е составляет порядка 60% от проводимости отожженной меди по международному стандарту. Технический алюминий АД0 и электротехнический А5Е используют для изготовления проводов, кабелей и шин. Применение в электротехнической промышленности получили низколегированные сплавы алюминия системы Al-Mg-Si АД31, АД31Е.

В земной коре содержится 8,8% алюминия. Это третий по распространенности в природе элемент после кислорода и кремния и первый - среди металлов. Он входит в состав глин, полевых шпатов, слюд. Известно несколько сотен минералов Al (алюмосиликаты, бокситы, алуниты и другие). Важнейший минерал алюминия - боксит содержит 28-60% глинозема - оксида алюминия Al2O3.

В чистом виде алюминий впервые был получен датским физиком Х. Эрстедом в 1825 году, хотя и является самым распространенным металлом в природе.

Производство алюминия осуществляется электролизом глинозема Al2O3 в расплаве криолита NaAlF4 при температуре 950°C.

Основные характеристики алюминия: плотность - 2,7×103 кг/м3, удельная теплоемкость алюминия при 20°C - 0,21 кал/град, температура плавления - 658,7°C, температура кипения алюминия - 2000°C, коэффициент линейного расширения алюминия (при температуре около 20°C) : - 22,9 × 106(1/град)

Сплавы алюминия, повышающие его прочность и улучшающие другие свойства, получают введением в него легирующих добавок, таких, как медь, кремний, магний, цинк, марганец.

Дуралюмин (дюраль, дюралюминий, от названия немецкого города, где было начато промышленное производство сплава) - плав алюминия (основа) с медью (Cu: 2,2-5,2%), магнием (Mg: 0,2-2,7%) марганцем(Mn: 0,2-1%). Подвергается закалке и старению, часто плакируется алюминием. Является конструкционным материалом дла авиационного и транспортного машиностроения.

Силумин - легкие литейные сплавы алюминия (основа) с кремнием (Si: 4-13%), иногда до 23% и некоторыми другими элементами: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Из него изготавливают детали сложной конфигурации, главным образом в авто- и авиастроении.

Магналии - сплавы алюминия (основа) с магнием (Mg: 1-13%) и другими элементами, обладающие высокой коррозийной стойкостью, хорошей свариаемостью, высокой пластичностью. Из них изготавливают фасонные отливки (литейные магналии), листы, проволоку, заклепки и т. д. (деформируемые магналии).

По широте применения сплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна.

Несколько интересных фактов про алюминий:

в теле взрослого человека присутствует до 140 мг алюминия,

1 кг алюминия в автомобиле экономит более 10 л бензина на каждые 200 тысяч километров,

алюминий содержится даже в яблоках - до 150 мг/кг,

каждый 20-й из атомов, слагающих верхнюю оболочку нашей планеты - это атом алюминия,

суточная потребность взрослого человека в алюминии оценивается в 2,45 мг.

При более низкой удельной проводимости (около 56% от отожженной меди), алюминиевые проводниковые сплавы имеют то же назначение, что и электротехнический алюминий. Такие сплавы используют для обеспечения требований высокой прочности, ползучести и др. специальных требований. Алюминиевые шины изготавливают по ГОСТ 15176-89 из сплавов АД31 и АД31Т, реже АД0.

Мировое потребление первичного алюминия в 2007 г. составило 37,52 млн. тонн, что на 3,184 млн. тонн (или на 9,3%) больше, чем в 2006 г. Мировое производство первичного алюминия выросло в 2007 г. на 4,024 млн. тонн по сравнению с 2006 г. и достигло 38,02 млн. тонн.

Производители медной продукции

Крупнейший производитель меди на российском рынке - ГМК «Норильский никель»

Второй по величине производитель меди в нашей стране - холдинг УГМК.

Третий крупный игрок российского рынка - «Русская медная компания». В состав ЗАО «Русская медная компания» входят 11 предприятий, действующих в четырех областях России, а также на территории Казахстана

На рынке присутствуют медные шины нескольких заводов: Каменск-Уральского ОЦМ, Кольчугинского ОЦМ, Артемовского ОЦМ, Кировского ОЦМ. Кировский и Кольчугинский ОЦМ входят в состав ОАО «УГМК».

Технологии и цены

Так, как технология изготовления медных шин известна, и на всех заводах практически одинакова, для потребителя на первый план выступает соотношение цена/качество. Отечественные предприятия - лидеры отрасли в настоящее время выпускают качественную продукцию и соревнуются между собой, в основном, по цене. Но, говоря о качестве медных шин, стоит отметить, что примеси даже в очень незначительных количествах существенно снижают электропроводность меди. Поэтому браку здесь не место.

В то же время зарубежными и отечественными предприятиями предлагаются новаторские решения, позволяющие выпускать продукцию с четко заданными параметрами качества. Более того, в особо ответственных моментах изготовление медных шин происходит по собственным, иногда оригинальным, решениям.

Например, ОАО «КУЗОЦМ» выпускает коллекторные полосы из сплава меди с серебром. Такой сплав превосходит медь по эксплуатационным характеристикам, а в отличие от сплава меди с кадмием является экологически чистым. Завод производит и целый ряд электротехнических профилей ответственного назначения. В частности это - медные прямоугольные электротехнические профили, такие, как полутвердые шины, твердые шины с повышенной чистотой поверхности: шины с полным закруглением малых сторон сечения различной твердости и др.

Шины полутвердые выпускаются для удовлетворения требований ВS1432 британских стандартов по качеству поверхности и получения механических свойств, отвечающих полутвердому состоянию. Шины изготавливаются из прессованной заготовки за два прохода волочения с промежуточным отжигом, а чистовое волочение проводится с пониженной степенью деформации по сравнению с традиционной схемой изготовления твердых шин.

Шины с повышенной чистотой поверхности, предназначенные для последующего электролитического покрытия их серебром, обеспечивающего наибольшую электропроводность в месте контакта, и это диктует особые требования к шероховатости их поверхности (Rz≤0,63 мкм по ГОСТ 2789-73). Требуемый заказчиком показатель шероховатости достигнут на КУЗОЦМ целым рядом технологических приемов - применением повышенных суммарных обжатий при волочении, дополнительной подготовкой поверхности протяжки перед чистовым волочением, соответствующей обработкой канала специальной формы составных и монолитных волок. Указанный выше гарантированный уровень шероховатости (Rz≤0,63 мкм) позволяет обеспечить нанесение покрытий заданной, однородной по поверхности шины толщины. Тем самым удается создать контактные поверхности, обладающие малым переходным сопротивлением и высокой электропроводностью.

Шины с полным закруглением малых сторон сечения, то есть с радиусом закругления, равным половине толщины шины обладают определенными преимуществами по сравнению с традиционными: повышается износостойкость изоляционного покрытия вследствие отсутствия его изгибов в углах профиля, достигается существенная экономия меди, улучшаются показатели распределения токовой нагрузки по сечению шины.

Через несколько месяцев отношения российских производителей электротехнической продукции и их зарубежных конкурентов должны перейти в новую стадию. Это связано со вступлением в ВТО. С одной стороны, вступление в ВТО открывает перед российскими производителями внешний рынокС другой стороны, вступление в ВТО означает обязательное снижение ввозных экспортных пошлин, которые должны уменьшиться за 3-4 года чуть ли не в полтора раза. И главная конкуренция будет в качестве продукции.

Н. Александров. Металлы и цены

Представить дом или квартиру без электричества в наш век невозможно, свет поступает во все квартиры и дома. Чтобы определить какая проводка лучше медная или алюминиевая необходимо рассмотреть характеристики двух материалов и провести сравнительный анализ.

Алюминиевая проводка

Данный тип проводки получил широкое распространение в жилых домах и квартирах всей страны еще во времена СССР. Встретить алюминий можно и сейчас, в любом доме старше 15-20 лет. Связано это было с такими параметрами сплава, как:

• малый вес;
• дешевизна.

Так как алюминий весит намного меньше меди, его больше применяют при прокладке линий электропередач, что позволяет уменьшить нагрузку на опоры, соответственно сэкономить на их изготовлении и монтаже. Согласно ПУЭ при монтаже новой сети не применяют алюминиевые кабели сечением менее 16 мм 2 . Не стоит сбрасывать со счетов и дешевизну, так как медь стоит дороже.

Минусы

Однако даже качественный алюминиевый провод имеет больше минусов, чем плюсов. К негативным моментам относят:

• меньшая электрическая проводимость, чем у меди (разница в 2 раза);
• способность окисляться при контакте с воздухом (в результате окисления на поверхности провода образуется слой, который не проводит электрический ток, что уменьшает полезное сечение и увеличивает сопротивление);
• меньший срок службы (составляет 20-25 лет, после чего резко возрастает вероятность пожара из-за окисления и последующего нагревания контактов);
• слабая механическая прочность (после нескольких изгибаний алюминиевый кабель легко ломается);
• сложность монтажа (обеспечить необходимую проводимость придется в этом случае, выбирая кабели большего сечения, с которыми крайне неудобно работать. Такие кабели выпускаются только одножильными).

Совет! Можно проверить качество алюминия на излом, для этого при покупке в магазине попробуйте 4-6 раз согнуть провод, если его поверхность быстро покрывается трещинами, значит провод хрупкий и работать с ним будет тяжело. Понятно, что лучше отказаться от такого товара.

Медная проводка

При покупке или строительстве дома, квартиры желательно использовать этот тип проводки. Однако, имейте ввиду, что, заменив проводку в квартире вы еще не получили надежную и способную выдерживать большие нагрузки сеть. Не забывайте, что вводной кабель от лестничного щитка до квартиры в старых квартирах всегда выполнен из алюминия. Следует заменить этот участок, ведь его проводимость теперь слабое место новой сети.

Достоинства медной проводки

Сравнение параметров, представленных ниже с параметрами алюминия позволит сделать правильный выбор в дальнейшем. Медь, как материал для электропроводки имеет ряд достоинств, к которым относят:

• хорошую проводимость (даже после окисления пленка на поверхности не препятствует прохождению электрического тока);
• срок службы доходит до 50 лет;
• высокую механическая прочность (жила легко выдерживает изгибание и скручивание до 10-15 раз);
• легкость монтажа (промышленностью выпускается несколько видов проводов с различными параметрами и жилами, с которыми удобно работать).

Минус домашней сети из меди, наверное, один – это ее цена, однако, когда необходимо выполнить качественную проводку отдавайте предпочтение этому материалу.

В строительных магазинах можно приобрести провода из сплавов цинка, покрытых медным напылением. Они стоят дешевле, чем медные, однако и характеристики материалов уступают проводам из чистой меди.

При нехватке средств лучше выполнить комбинированную проводку, розеточную группу отдельно запитать медными проводами, рассчитанными на большую силу тока, а цепи освещения – алюминиевыми. Однако имейте в виду, что соединение алюминий и медь выполняют только через специальные зажимы или соединительные колодки, которые препятствуют прямому контакту меди и алюминия, вызывающему сильное окисление последнего. Из-за окисления стыка вырастает удельное сопротивление контакта, происходит нагрев и обгорание в итоге.

Рассмотрев характеристики легко прийти к выводу, что лучше для выполнения монтажных работ использовать медь, однако при необходимости можно выполнить сеть и из алюминия, вот только следить за ней придется тщательнее. Выбирать тот или иной тип проводки необходимо с учетом требований электробезопасности, ведь от этого зависит как долго прослужит сеть без необходимости вмешательства специалистов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Прочитав эту статью, вы узнаете о таких вопросах:

В любой сфере нашей жизни мы активно используем электричество. Конечно, наличие электричества в доме является одним из главных требований нашего существования. Это электричество подается по проводам. Причем они подходят как к самому дому или квартире, так и проходят по всем комнатам нашего дома. Для передачи электрического тока используются различные типы проводки. Наиболее популярной является проводка алюминиевая. Собственно на такой проводке мы и остановимся в этой статье. Сначала хочется отметить, что проводка из алюминия не может похвастаться отличными эксплуатационными характеристиками. Другими словами ее нельзя назвать самой подходящей или же самой идеальной. Однако она встречается практически в каждом доме. И этот факт обусловлен особенностями самого алюминия.

Преимущества

Этот металл обладает малым весом. Это преимущество сильно сказывается в тех ситуациях, когда нужно использовать большое количество алюминиевого кабеля. Так, легкость этого металла делает алюминиевый кабель фаворитом при прокладке ЛЭП. Стоит отметить, что алюминий - это очень распространенный металл, и он стоит меньше меди. Собственно эти два фактора и стали причиной использования алюминиевой проводки при строительстве жилья в СССР.

Еще одной чертой, которую можно отнести к преимуществам, является стойкость к коррозии. Хотя здесь есть свои нюансы. Дело в том, что поверхность алюминия при контакте с воздухом сразу (практически мгновенно) окисляется. Сверху образуется пленка, которая в дальнейшем защищает всю остальную часть проволоки от окисления. Минус заключается в плохой способности пленки проводить ток. В результате в местах соединения кабелей возникают проблемы в прохождении тока.

Недостатки

Алюминиевая проводка характеризуется высоким удельным электрическим сопротивлением. Это сопротивление равняется 0,0271 Ом х кв.мм/м. Учитывая данный факт, в новейших редакциях ПУЭ отмечается, что в квартире или доме можно использовать только ту алюминиевую проводку, поперечное сечение которой превышает 16 кв. миллиметров.

В конечном итоге получается так, что для обеспечения необходимого уровня пропускной способности нужно использовать кабель с большим сечением. Другими словами нужно монтировать проводку, которая имеет большую толщину. Если сравнивать проводку из меди, то она обладает таким удельным электрическим сопротивлением, которое равняется 0,0175 Ом х кв.мм/м.

Такая проводка более эффективная и для использования в доме можно брать медный кабель с меньшим поперечным сечением. Как уже было отмечено выше, алюминий способен окисляться и пленка, образующаяся во время этого процесса, имеет плохую токопроводимость. Здесь есть еще один нюанс: эта пленка образуется из верхней части провода. В результате происходит небольшое уменьшение его поперечного сечения, а в результате растет сопротивление.

Так как пленка на алюминиевой проводке обладает высоким сопротивлением, то в местах соединения отдельных частей проволоки растет переходное сопротивление. Вследствие этого проявляется в нагревании проводки в таких местах. В тех ситуациях, когда возрастает нагрузка на алюминиевую проводку, она начинает нагреваться. Если провод обладает достаточным поперечным сечением, то ничего страшного нет. Однако если проводка не рассчитана на такую нагрузку или используется больше своего нормированного срока эксплуатации, то это обязательно приводит к ее нагреву.

Последний факт можно назвать очень плохим для мест соединения. Дело в том, что при нагревании алюминия происходит изменение его формы и пластичности. Конечно, проволока расширяется. После того, как нагрузка исчезла и кабель остыл, он набирает привычной формы. Однако после неоднократного повторения таких процессов происходит ослабление контакта концов электропроводов.

Алюминий также обладает высокой хрупкостью. Она сильно возрастает после того, как он перегревается. Что касается срока службы, то для алюминиевой проводки он составляет 25 лет. После этого нужно устанавливать другой тип проводки.

Правила использования алюминиевой проводки

Как видно, проводку, сделанную из алюминия, не можно назвать наиболее оптимальным вариантом для использования в доме. Однако ее можно использовать, если соблюдать определенные требования:

1. Поперечное сечение должно быть не менее 16-ти кв. миллиметров.
2. Для соединения отдельных частей нужно использовать зажимные контакты. При этом следует использовать специальную смазку, благодаря которой не будет осуществляться окисление контактов, и будет сохраняться низкий уровень переходного сопротивления.

Полезный совет: также соединение можно выполнить другим способом. Он заключается в сварке алюминиевых электропроводов в распределительных коробках. Этот способ требуют больших затрат и больше времени. Поэтому многие электрики пытаются избежать его. Учитывая это, каждый, кто монтирует алюминиевую проводку в своем доме, должен наблюдать за работой электриков.

Сравнение с медной проводкой

Таблица сравнения алюминия и меди в проводке

Отметим, что гораздо проще и более безопасным будет использование медной проводки. Выше мы указывали, что медная проводка характеризуется меньшим удельным сопротивлением. Иными словами медный кабель с тем же сечением, что и алюминиевый, может пропустить большее количество тока. Кроме этого медный электропровод:

• является более устойчивым к физическим воздействиям (он не ломается после нескольких сгибаний);
• обладает большим сроком годности;
• не теряет своих токопроводящих свойств во время окисления.

Приметным фактом является и то, что алюминий и медь окисляются. Однако пленки, которые образовались, имеют разные свойства. В первую очередь это касается токопроводимости. Как мы уже отмечали, окислительная пленка алюминиевой проводки имеет слабую токопроводимость. Аналогичная пленка на медной проводке обладает высокой токопроводимостью. Электропровода, сделанные из алюминия, окисляются значительно быстрее, чем медные провода.

Медь окисляется при комнатной температуре, однако пленка, которая появляется на поверхности меди, очень слабая и ее легко разрушить. Для этого достаточно крепко скрутить два кабеля. Сильное окисление меди начинается тогда, когда температура становится больше 70-ти градусов Цельсия. Можно сделать вывод, что более качественным и, главное, более безопасным является медный кабель. Причина популярности алюминия кроется в его дешевизне.

Почему нельзя скручивать алюминиевый и медный кабели?

Конечно, если вы планируете осуществить замену электропроводки в доме и не имеете возможности установить все электропровода, изготовленные из меди, то можете совместить эти два типа проводки. Другими словами вы можете использовать алюминиевые кабели для подачи тока на осветительные приборы и медные провода для подачи тока к розеткам или мощным электроприборам. При этом в некоторых местах возникнет необходимость соединения медной и алюминиевой проводок.

С самого начала следует отметить, что прямой контакт меди и алюминия как минимум является не рекомендуемым. Это означает то, что скручивать электропровода из двух металлов нельзя. Почему? Причина заключается в их физических свойствах. Эти два металла имеют разные величины токопроводимости и в результате места их соединения будут нагреваться. Также этому способствует наличие окислительных пленок.

Если говорить об окислительной пленке на медной проводке, то она может проводить ток и поэтому не сильно влияет на нагрев. А вот такая же пленка на алюминиевом электропроводе обладает сильным сопротивлением и, соответственно, пропускает меньше тока. Данный факт усиливает нагревание. В процессе нагревания кабеля расширяются. Поскольку медь - это более твердый металл чем алюминий, то медный электропровод приводит к некоторой деформации алюминиевого провода. В результате, когда происходит охлаждение, само соединение выглядит несколько по-другому.

После нескольких раз нагревания и охлаждения соединение ослабляется, а это приводит к появлению проблем в виде перегрева, искрения и горения. Также имеет место и появление гальванической пары. Однако она появляется только тогда, когда на соединение попадает влага. В противном случае эта пара не образуется. Гальваническая пара появляется потому, что в месте соединения таких проводок, которые мы называем медной и алюминиевой, начинается диссоциация окислов электропроводов. Этот процесс заключается в распаде окиси на заряженные ионы.

После этого заряженные ионы окислов меди и алюминия становятся непосредственными участниками процесса движения тока. В результате они переносят заряд и также движутся. Это особенность приводит к разрушению металла. В конечном итоге в проводке образуются пустоты и раковины. Они в свою очередь уменьшают поперечное сечение и способность проводки пропускать ток.

Конечный итог - перегрев мест соединения. Как мы уже отметили, этот процесс возникает только при наличии влаги. И чем больше влаги в месте скручивания, тем быстрее становится диссоциация. Думаю, вы уже поняли, что допускать попадание влаги на соединение, а также допускать прямой контакт медного и алюминиевого проводов нельзя.

Способы соединения разных типов проводки

Однако, что же делать, если в доме установлена проводка, которая состоит из медных и алюминиевых проводов, и их обязательно нужно соединить. В этом случае нужно использовать болтовые и клеммные соединения. Рассмотрим особенности использования таких соединений. Чаще всего в домах можно встретить соединения типа «орешек». Их так называют потому, что их внешний вид похож на орех. Это соединение образуют три пластины.

Перед монтажом нужно открутить нижнюю и верхнюю пластины. Далее между средней и верхней пластиной устанавливают один провод и прикручивают верхнюю пластину. Аналогично делается со вторым проводом. Когда нижняя пластина является прикрученной, то процесс соединения является законченным. Несколько похожим на «орешек» является болтовое соединение. В данном случае к одному болту приматываются два провода. Однако между ними вставляется анодированная шайба. Далее с помощью гайки закрепляют оба провода.

В той ситуации, когда в доме происходит замена проводки, то медную и алюминиевую можно соединить с помощью пружинных клемм. Они еще называются соединениями типа WAGO. Перед использованием пружинных клемм нужно зачистить провода. Зачистить надо первые 15 миллиметров. После этого их вставляют в отверстия и фиксируют с помощью маленьких рычагов. В середине таких клемм находится смазывающее вещество. Ее действие таково, что оба металла не окисляются.

Полезный совет: использовать пружинные клеммы можно только для проводов, которые являются частью осветительной системы. Использование в силовых цепях является не рекомендованным с той точки зрения, что сильные нагрузки нагревают пружинные контакты. Следствием этого является плохой контакт и плохая проводимость тока.

Соединение с помощью клеммной колодки

Отличным инструментом, который может соединить алюминиевую проводку с медной и не только, являются клеммные колодки. Они состоит из планки, которая имеет клеммники. Чтобы соединить необходимые провода нужно зачистить концы проводов, вставить их в отверстия и затянуть болтом.

Эти типы соединения можно использовать для соединения не только алюминиевого и медного провода, но и проводов, сделанных с любого другого металла. Благодаря такому подходу можно достичь более высокого уровня безопасности, чем при использовании обычного скручивания. Важным условием использования клеммников, болтов, пружинных клемм является регулярная (раз в полгода) проверка контактов.

Видео об использовании алюминиевых проводов

Токопроводящая жила (ТПЖ) из алюминия и меди, применяемые добавки, сравнительные табличные характеристики, другие материалы для кабельно-проводниковой продукции (КПП)

Для сокращения применяется аббревиатура ТПЖ - т окоп роводящая ж ила.

Токопроводящая жила для кабеля либо провода - это проволока (или скрутка проволок) изготовленная из материала с низким электрическим сопротивлением, способная свободно пропускать электрический ток и выдерживающая заданные механические нагрузки и температурные режимы.

Жёсткий проводник - это кабель либо провод выполненный на базе моножилы (одной проволоки), такие проводники применяются для стационарной (неподвижной) прокладки на долгосрочный период.

Гибкий проводник - это провод или кабель изготовленный на базе нескольких проволок, свитых в общий пучок, применяется для обеспечения подвижных присоединений различных энергопотребителей.

Требования к жилам:

• низкое электрическое сопротивление;
• умеренная цена и доступность добычи металла;
• стойкость к коррозии и механическим нагрузкам (особенно к знакопеременным);
• технологичность.

Понятно, что наиболее важными характеристиками являются низкая стоимость и высокая электропроводность. Чем меньше электрическое сопротивление, тем меньше нагревается жила при протекании номинального тока (именно нагрев имеет решающее значение для вычисления токовой нагрузки). Весь смысл в том, что диэлектрические свойства изоляции быстро теряются при высоких температурах. Например, изоляционный поливинилхлоридный пластикат выдерживает нагрев до +70°С; резиновая изоляция функциональная до +80°С; кремнийорганическая изоляция (специальный материал) работоспособна до +180°С. Неизолированные высоковольтные провода и электротехнические шины допускается нагревать до +90°С (изоляции нет, а ограничение присутствует).
Для примера, поливинилхлоридный пластикат имеет электрическое сопротивление около 10 мОм / км при температуре +20°С и всего 5 кОм / км при нагреве до +70°С (не спутать мегаомы с килоомами).

Теперь немного о цене: мировая цена 1 тонны меди более чем в 3.5 раза дороже 1 тонны алюминия. Электрическое сопротивление алюминия уступает меди в 1.64 раза, то есть именно на это значение возрастёт сечение алюминиевой жилы для проведения той же силы тока (экономический выигрыш налицо).
Механические свойства алюминия оставляют желать лучшего. Имеет низкую стойкость к постоянным изгибам (быстро ломается), поэтому проводники с такими жилами применяются только для стационарной прокладки. Алюминиевые жилы возможно изготовить с минимальным сечением 2.5 мм 2 (технологическое оборудование развивает усилия, сравнимые с механической прочностью алюминиевой проволоки малого диаметра). При контакте с атмосферным кислородом или озоном на алюминии образуется оксидная плёнка, которая имеет высокое электрическое сопротивление.
Медь имеет самое низкое сопротивление (не учитывая серебро и другие дорогие материалы), довольно технологична (поддаётся волочению и прокатке).

Материалы для токопроводящих жил

Основными материалами для создания токопроводящих жил служат медь (Cu) и алюминий (Al). Такой выбор определяется низким электрическим сопротивлением, умеренной стоимостью (по сравнению с серебром) и достаточными прочностными характеристиками.

Медная токопроводящая жила

Жилы кабелей и проводов производятся из электролитической меди М0 и М1, которая отличается определённой чистотой - 99,95% и 99,9% доля меди соответственно.
Различные добавки к меди могут снижать её проводящую способность, увеличивать прочность либо придавать определённый комплекс изменения свойств.

Кислород (O) одна из вредных примесей в меди, который приводит к ухудшению механических характеристик и способности к обработке, вызывает затруднения при сваривании или пайке. Медь, не содержащая кислорода, имеет лучшую пластичность по сравнению с марками М1 и М0. Для борьбы с негативным влиянием кислорода добавляют мышьяк, но он снижает электрическую проводимость.

Водород (H) приводит к увеличению прочности, но при наличии кислорода делает металл хрупким.
Содержание сурьмы вызывает падение теплопроводности, электропроводимости и пластичности.
Серебро защищает медь от окисления, но отличается высокой стоимостью.

Медные токоведущие жилы могут быть мягкими и твёрдыми - отожжённые и неотожжённые соответственно. Маркируются согласно с аббревиатурой ММ и МТ.
Ввиду влияния коррозии медные жилы следует обязательно покрывать слоем олова толщиной 1,5 - 4 мкм. Олово защищает медь от окисления, а также улучшает пайку. Причём предпочтительней использовать методику горячего лужения, а не гальваническую. При горячем лужении образуется переходной сплав меди с оловом, который надёжно привязывает нанесённый слой олова. Во время пайки верхняя часть олова надёжно связывается с припоем. Для тропического исполнения лужение ещё более необходимо, так как влияние высоких температур и влажности сказывается на скорости окисления.

Для получения более толстого и неравномерного защитного слоя используется свинцово-оловянистый сплав (ПОС) с различным содержанием свинца.
Для получения нагревостойкости 200⁰С применяют серебрение гальваническим путём с дальнейшим волочением и отжигом. Получаемая толщина слоя серебра 6 - 12 мкм скрывает медь от воздействия факторов приводящих к окислению при t ≤ 250⁰C.

Алюминиевая токопроводящая жила

Для электрических проводников применяют алюминий (Al) марок А1 и А2, в котором подмешаны десятые доли процента железа и кремния. Эти примеси ухудшают проводимость, к другим нежелательным элементам относят: титан, ванадий, марганец и магний.

Если первым недостатком алюминия считают низкую электропроводность, то второй - это определённая хрупкость, которая усугубляется в температурных условиях свыше 150⁰C. При упрочнении алюминиевой проволоки (например, волочением) единовременно понижается её проводимость (всё взаимосвязано).

По механическим параметрам различают несколько видов проволоки:

• АТ (алюминий твёрдый неотожжённый);
• АПТ (алюминий полутвёрдый с частичным отжигом);
• АМ (алюминий мягкий отожжённый).

Характеристики алюминия АПТ занимают промежуточное положение в сравнении с АТ и АМ.
Если алюминиевый проводник сравнивать с медным, той же проводимости, то окажется, что его сечение выше на +60%, а масса меньше на -48%.
Повышенным пределом прочности при разрыве обладает алюминиевый сплав алдрей. В алюминий добавляют менее половины процента магния, до 0,7% кремния и менее 0,3% железа. Соединение Mg 2 Si упрочняет материал, но растворяется в ограниченном количестве.

Сравнительные характеристики меди и алюминия

Физико-технические свойства металлов	Медь		Алюминий		Алдрей (сплав Al)
	ММ (мягкая отожжённая медь)	МТ (твёрдая неотожжённая медь)	АМ (мягкий алюминий с отжигом)	АТ (твёрдый алюминий без отжига)
Плотность, г/см 3	8,890	8,890	2,703	2,703	2,700
Температура плавления, °С	1083	1083	657	657
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град)	385,2	385,2	945	945	188
Удельная теплоёмкость, Дж/(кг·град)	385	385	945	945	188
Температурный коэффициент линейного расширения, град -1 х10 -6	16,4	16,4	23	23	23
Предел прочности на разрыв, Н/мм 2	197-276	246-492	79-108	148-246	314-364
Удлинение, %	40-50	1-6	32-40	4-8	6-9
Предел пропорциональности, Н/мм 2	21,6
Предел текучести, Н/мм 2	69-90	230-280	49-79	118-216	286-324
Модуль упругости, Н/мм 2	106 200	128 000	59 000	68 800	68 800
Предел упругости, Н/мм 2	25	295	30-39	118-138
Предел усталости при переменном изгибе, Н/мм 2	28-42	88-118	40	50	95
Предел ползучести, Н/мм 2	50	70	27	50	260
Ударная вязкость, Н/мм 2	56	53
Сопротивление срезу, Н/мм 2	190	430	60	100
Удельное сопротивление, Ом·мм 2 /м	0,017241	0,01752	0,02828	0,0283	0,03-0,33
Температурный коэффициент удельного сопротивления, град -1	0,00393	0,00393	0,00403	0,00403	0,0036

Токопроводящие жилы из других материалов

В кабельно-проводниковой продукции могут применяться другие материалы, которые берут за основу из-за меньшей стоимости или соответствия другим необходимым свойствам. Для получения общего видения приведём таблицу, в которой электропроводность Cu (меди) принимается равной 100%, а остальные характеристики указаны в числовых значениях.

Параметры металлов для сравнения

Металл	Температура плавления, °С	Плотность, г/см 3	Электрическое сопротивление		Электропроводность		Температурный коэффициент электросопротивления, х10 -3 °С
			объёмное, мкОм/см 2	массы, мкОм/см 2	объёмная, %	массы, %
Серебро	961	10,490	1,59	16,69	108,5	92,0	4,10
Медь	1083	8,890	1,724	15,33	100,0	100,0	3,93
Золото	1063	19,320	2,22	42,90	77,7	35,8	3,94
Алюминий	660	2,700	2,80	7,62	61,2	201,5	4,03
Кальций	850	1,550	3,74	5,80	46,1	264,0	4,57
Бериллий	1280	1,816	4,20	7,63	41,1	201,1	6,70
Натрий	98	0,970	4,30	4,17	40,1	368,0	5,50
Магний	650	1,740	4,46	7,75	38,7	198,0	4,20
Цинк	420	7,140	5,91	42,20	29,2	36,4	4,19
Калий	63	0,860	6,70	5,76	25,7	266,0	52,00
Никель	1455	8,900	6,84	60,90	25,2	25,2	6,70
Кадмий	321	8,650	7,00	60,50	24,6	25,35	4,20
Литий	186	0,536	8,50	4,55	20,3	337,0	4,50
Железо	1539	7,870	9,71	76,30	17,75	20,1	6,51
Платина	3224	21,450	10,61	227,50	16,25	6,8	3,93
Олово	232	7,300	11,50	84,00	15,00	18,25	4,40
Хром	1890	7,120	13,10	93,20	16,45	8,5	3,50
Свинец	327	11,340	20,65	234,00	8,36	6,6	3,90

Одними из интересных направлений могут стать натрий, малоуглеродистая сталь, комбинирование нескольких материалов в одной жиле.

Список использованной литературы
Белоруссов Н. И. Электрические кабели и провода. - М.: Энергия, 1971 - 512с.