​Токопроводящие жилы

10 апреля 2016

Токопроводящая жила (ТПЖ) кабеля или провода представляет собой обыкновенную проволоку, изначально изготовленную из специального материала с низким электрическим сопротивлением, которая способна выдерживать заданные механические и температурные условия.

Различают 2 вида токопроводящих изделий:
1) Жесткий проводник (это может быть какой-либо одинарный провод, предназначенный для неподвижной (стационарной) прокладки в долгосрочной перспективе)
2) Гибкий проводник (представляет собой несколько проволок, свитых вместе в один пучок. Обычно применяется для обеспечения подвижный присоединений)

Далее перечислены обязательные условия, требуемые для токопроводящих жил:

- низкое электрическое сопротивление и высокая электропроводность (самое главное требование);

- доступная цена для покупателя (обычно для изготовления токопроводящий жил используются легкодобываемые металлы, поэтому и цена на них должна быть соответственная);

- повышенное сопротивление и стойкость к коррозии и различным механическим нагрузкам;

- технологичность.

Из данных требований легко понять, что наиболее важными являются высокая электропроводность и оптимальная цена.
Поговорим немного о пропускной способности жил. Любому человеку, имевшему дело с различными проводами, известно, что чем меньше электрическое сопротивление, тем меньше будет нагреваться жила при протекании тока по ней. Но ведь смысл в том, что диэлектрические свойства провода быстро теряются при появлении больших температур. Различные материалы выдерживают определенный диапазон температур. Ниже приведен список наиболее популярных проводников и допустимая температура их нагревания:
- Изоляционный ПВХ пластикат (+70°С);
- Резиновая изоляция (+80°С);
- Неизолированные высоковольтные провода (+90°С);
- Кремнийорганическая изоляция (+180°С).

Далее речь пойдет о наиболее интересующем критерии для любого покупателя – цене. Здесь мы сравним наиболее популярные материалы для токопроводящих жил, коими являются медь и алюминий.
Средняя мировая стоимость 1 тонны меди практически в 3,5 раза превышает стоимость алюминия, но при этом электрическое сопротивление алюминия меньше практически в 1.7 раза.
Также и механические свойства алюминия оставляют желать лучшего. Он очень быстро ломается и склонен к постоянным изгибам. Поэтому его применяют только в случаях стационарной прокладки, а минимально сечение алюминиевой жилы не должно быть менее 2,5 мм2. Ещё важно знать, что при контакте алюминия с атмосферным кислородом или озоном, на его поверхности образуется оксидная пленка, обладающая повышенным электрическим сопротивлением.
Медь же, в отличии от своего «конкурента» по электропроводке, имеет наиболее низкое сопротивление (если не брать в счет серебро и другие дорогостоящие металлы), довольно технологична и легко поддается волочению и прокатке.
Но всё-таки, решать какой материал использовать, и для каких целей, решать только покупателю.


Медные токопроводящие жилы

Такие жилы для кабелей и проводов производят из электролитической меди марок М0 и М1, которые имею частоту 99,95% и 99,9% соответственно.
Если же к производству медных жил применяют различные добавки (для увеличения прочности либо для других целей), то они могут снижать её токопроводящую способность.
Одной из вредных примесей в меди является кислород (О), который может привести к ухудшению механического сопротивления провода, повысить сложность его обработки или же привести к затруднению при пайке. Медь, не содержащая кислород в своем составе, намного практичней и пластичней меди марок М1 и М0. В большинстве случаев для снижения вредных свойств кислорода в медь добавляет мышьяк, но тем самым снижается электрическая проводимость.
Далее, водород (Н). Наличие водорода в меди приводит к увеличению прочности материала, но при контакте с водородом делает металл наоборот хрупким.
Сурьма уменьшает теплопроводность, пластичности и электропроводимости медной жилы.
Серебро предотвращает окисление жилы, но имеет высокую стоимость.

Медные токопроводящие жилы бывают двух типов:
1) Мягкие (ММ);
2) Твердые (МТ).

С целью предотвращение процесса коррозии, медную токопроводящую жилу покрывают тонким слоем олова (около 3 мкм). Олово благоприятно влияет на процесс пайки, а также защищает от окисления.
Во время пайки используют 2 методики: методику горячего лужения и гальваническую. Причем, рекомендуется всё е использовать методику горячего лужения, так как при пайке образуется сплав олова и меди, тем самым надежно прикрепляя медь в олову.
Также для получения защитного слоя часто используют свинец. Свинцово-оловянистый сплав (ПОС) придает жиле более толстый, но тут же неравномерный защитный слой.
Если же существует необходимость придать жиле более высокую сопротивляемость к температурным условиям (до 200-250 °С), то используют серебрение гальваническим путем (до 12 мкм).

Алюминиевые токопроводящие жилы

Для изготовления электрических проводников применяется алюминий марок А1 и А2 с добавлением небольшой доли процента смеси кремния и железа. К сожалению, эти добавки ухудшают электропроводимость жилы, но при изготовлении без них не обойтись.
К сравнительно низкой с медью электропроводимостью алюминия можно добавить и хрупкость данного металла, которая только ухудшается при достижении температуры отметки 150 °С. Конечно же, есть возможность повысить прочность алюминиевой проволоки путем волочения, но тут же и уменьшится её проводимость.
Но всё же, на фоне всех недостатков, алюминий отличается низкой стоимостью (в 3,5 раза дешевле меди), поэтому при возникновении поломки, его легко можно заменить.

Алюминиевую токопроводящую проволоку по механическим параметрам можно разделить на 3 вида:
1) Алюминий твердый неотожженный (АТ)
2) Алюминий полутвердый с частичным отжигом (АПТ)
3) Алюминий мягкий отожженный (АМ)

При выборе проволоки, стоит обратить внимание на алюминий полутвердый с частичным отжигом, так как его характеристики являются чем-то средним между характеристиками твердого и мягкого алюминия.
Если же сравнивать медный и алюминиевый проводники одинаковой проводимости, то окажется, что сечение алюминиевого выше на 60% при меньшей массе на 48%.
Также, для уменьшения шанса разрыва в алюминий добавляют сплав «алдрей» (добавляют менее 0,5% магния, кремния и железа). Такой сплав укрепит металл, но будет растворим в ограниченном количестве.

Далее, для более понятной наглядности, представим таблицу сравнения алюминия и меди, а также добавим и алдрей.


Другие токопроводящие жилы

Помимо описанных выше главных токопроводящих жил (медь и алюминий), существуют и другие проводники, которые используются в связи со своими особыми свойствами или для определенных целей. Для их представления и сравнения приведем таблицу, в основе которой возьмем медь, проводимость которой будем принимать в 100%, а характеристики других металлов будем принимать в числовых значениях.

Смотрите также:

Один из двух самых длинных подводных кабелей недавно был выгружен на канадском...

Дорогие друзья! Как известно, наша компания ElectroTorg специализируется на продаже...

В современном мире существует бесчисленное количество разнообразных электроприборов,...

Учеными одного из австралийских университетов была спроектирована и проходит финальные...