Какие физические свойства меди и алюминия используют в электротехнике: Умоляю!!! Помогите а) теплопроводность б) ковкость в) пластичность г) электропроводность 2. При окисления лития в атмосф

alexxlab | 18.08.2020 | 0 | Разное

Алюминий в электротехнике

Алюминий для электротехнической промышленности

Так сложилось много лет назад, что большинство инженеров, конструкторов и проектировщиков в электротехнической промышленности считают медь и сталь практически единственными материалами, с которыми можно работать. Это связывают, в частности, с тем, что в конце 19-го века, когда зарождалась электрическая промышленность, доступного алюминия практически еще не было.

В настоящее время ситуация совершено другая: алюминия в мире производят где-то в два раза больше чем меди и объемы производства алюминия уступают только объемам производства стали.

В последние годы цены на сталь и медь растут значительно быстрее, чем цены на алюминий. В результате некоторые потребители, которые традиционно применяли медь, переходят на алюминий. Однако сравнение физических и экономических характеристик этих металлов «кричит» о том, что замен стали и меди на алюминий должно быть намного больше. Поэтому не удивительно, что применение алюминия в электротехнической отрасли неуклонно возрастает.

Свойства материала как электрического проводника

Для инженера-электрика наиболее важными свойствами и характеристиками материалов являются:

• плотность,
• электрическая проводимость,
• прочность,
• термическое расширение и
• коррозионная стойкость.

Сравнение алюминия, стали и меди

Плотность (г/см³):
Алюминий 1350: 2,70
Сталь: 7,86
Медь (отожженная): 8,93

Объемная проводимость (% IACS):
Алюминий 1350: 61
Сталь: 8
Медь (отожженная): 100

Удельная проводимость (на единицу массы):
Алюминий 1350: 100 %
Сталь: 4 %
Медь (отожженная): 50 %

Предел прочности (МПа):
Алюминий 1350: 125
Сталь: 300
Медь (отожженная): 235

Предел текучести (МПа):
Алюминий 1350: 110
Сталь: 170
Медь (отожженная): 104

Линейное термическое расширение (10^-6 м/м·°С):
Алюминий 1350: 22
Сталь: 13
Медь (отожженная): 17

Электрические свойства

Отожженная медь имеет проводимость 100 % IACS. Сокращение IACS – обозначает «Международный стандарт по отожженной меди» – сравнительная единица измерения электрической проводимости. Алюминий 1350-Н116 (АД0Е по ГОСТ 4784-97) имеет проводимость 61 % IACS, то есть эквивалентная меди проводимость будет достигаться при большем поперечном сечении алюминия. Однако поскольку алюминий намного легче меди этот увеличенный алюминиевый проводник будет весить в два раза меньше чем медный (8,93/2,70×0,61=2,02). В результате один килограмм алюминия будет обеспечивать ту же проводимость что и два килограмма меди. Поэтому, когда нет жестких ограничений по размерам проводника, для токопроводящих шин, кабелей и проводов вместо меди все чаще применяют алюминий.

Прочность

При одинаковых сечениях и медь, и сталь, конечно, прочнее алюминия. Однако прочность алюминия можно увеличить легированием и термомеханической обработкой, а также увеличить его толщину. Кроме того, поскольку технология прессования алюминия позволяет получать в отличие, например, от стали, поперечные сечения очень сложной формы. Поэтому алюминиевый элемент может быть сконструирован таким образом, чтобы конструкционно быть более эффективным, чем стальные элементы.

Сопротивление коррозии

В отличие от стали поверхность алюминия не нужно красить или покрывать, например, цинком, а потом следить, чтобы она не заржавела. Естественный слой оксида алюминия изолирует металл от дальнейшего контакта с воздухом и предотвращает дальнейшее окисление. При малейшем повреждении этого слоя он мгновенно сам восстанавливается.

Заблуждения и мифы

Алюминиевые проводники являются достаточно надежными. Все провода линий электропередач – алюминиевые. Они имеют многолетнюю репутацию надежной службы.

Однако еще в 60-70-е годы прошлого века сложилось мнение о проблемах с алюминиевой проводкой в жилых домах и квартирах, в частности, возможном перегреве их соединений. Тщательные исследования этого вопроса, например, в Канаде, показали, что алюминиевые провода не являются в этом смысле какими-то особенными: при неправильном обращении перегреваться могут любые провода. Более того, в сотнях тысяч домов и квартир по всему миру алюминиевые провода продолжают работать. Другое дело, в 60-70-е годы никто не предполагал, что дома и квартиры будут так «напичканы» электрическим приборами: сечения алюминиевых проводов можно было заложить и потолще.

Алюминиевые профили в электротехнике

Уличные и шоссейные осветительные столбы

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

Токопроводящие шины

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

Кабельные наконечники и гильзы

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

Каналы для прокладки кабелей

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

Шкафы электрических подстанций

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

Распределительные траверсы электрических столбов

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

Радиаторы-гребенки

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

Коаксильный кабель

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

Рисунок 5

 

Источник: P. Pollak, ET 2008.

Применение алюминия – Энергетика

Алюминий многогранен: он не только является универсальным
конструктивным материалом, но и отлично проводит электрический ток.
Сегодня именно алюминий, наряду с медью, обеспечивает передачу
электроэнергии на Земле.

Томас Эдисон
Американский изобретатель и предприниматель

Одним из важнейших открытий в истории человечества является электричество. Оно приводит в движение все на нашей планете, позволяет за доли секунды связывать континенты. Без него был бы невозможен современный научно-технический прогресс. Да и производить алюминий мы не могли бы без электричества. Любопытно, что сегодня именно этот металл отвечает за передачу электрической энергии на тысячи километров.

Среди недрагоценных металлов алюминий по электропроводности уступает только меди, и то лишь на треть, при этом алюминий обладает неоспоримым преимуществом – он легче. Чтобы пропускать ток такой же силы, что и медный, алюминиевый провод должен быть по сечению в полтора раза больше медного, но все равно будет иметь вдвое меньший вес. Для высоковольтных линий электропередач, которые осуществляют доставку электроэнергии на большие расстояния, весовые характеристики являются одним из важнейших параметров. Поэтому во всех магистральных воздушных линиях электропередач используются только алюминиевые провода.

Алюминий

Золото

Серебро

Впервые алюминиевые провода появились в конце XIX века в США. В 1880 году в Чикаго начальник железнодорожной станции заметил, что наружная медная проводка быстро разрушается, потому что медь разъедается паровозным дымом. Неизвестно, что именно подвигло его попробовать в качестве замены алюминий, но медный провод длиной несколько сот метров был заменен на алюминиевый, который оказался долговечнее, несмотря на то, что с каждым годом количество поездов на станции увеличивалось.

Сравнительно небольшой вес алюминиевых проводов позволяет снизить нагрузку на опоры электросетей и увеличить расстояние пролетов между ними, благодаря чему уменьшаются расходы и время на строительство. При прохождении через них тока алюминиевые провода нагреваются, и их поверхность покрывается прочной пленкой оксида. Она-то и служит им отличным изолятором, защищая от внешних воздействий. 

13%

---

всего производимого в мире алюминия используется в энергетике

Для изготовления алюминиевой проводки используются сплавы серий 1ххх, 6ххх, 8ххх – последние позволяют создавать продукцию со сроком службы более 40 лет.

Заготовкой для алюминиевого кабеля служит алюминиевая катанка – сплошной алюминиевый прут диаметром от 9 до 15 мм. Она легко гнется и сворачивается без появления трещин. Ее практически невозможно порвать или сломать, она легко выдерживает значительные статические нагрузки.

Катанку производят методом непрерывного литья и прокатки. Полученную литую заготовку пропускают через несколько прокатных клетей, уменьшая сечение до нужного диаметра, и формируют гибкий шнур, который затем охлаждается и сворачивается в большие круглые рулоны – «бухты». Далее, уже на кабельных заводах, катанка перерабатывается в проволоку на специальном волочильном оборудовании, волочится до диаметров от 4 мм до 0,23 мм.

Существует несколько типов проводов для высоковольтных линий электропередач.

Воздушные линии электропередач построены по принципу цепной линии. Ее же использует паук в своей паутине. В перевернутом виде она используется при строительстве арок.

Чаще всего используется алюминиевый провод со стальным сердечником (ACSR, aluminium conductor steel reinforced). Он имеет в сердечнике несколько перекрученных стальных нитей, которые «обернуты» слоями алюминиевой проволоки. Сталь используется для увеличения прочности кабеля и позволяет ему сохранять первоначальную форму при нагреве и других нагрузках. Алюминиевая часть отвечает за передачу тока.

Полностью алюминиевый провод из нелегированного алюминия (AAAC, all aluminium alloy conductor) или из алюминиевого сплава легче армированного и в отличие от него абсолютно не подвержен коррозии.

Наконец, провод с композитным сердечником (ACCC, aluminium conductor composite core) позволяет сократить эффект термопровисания провода, характерный для типа ACSR, стальной сердечник которого расширяется при нагреве. Коэффициент расширения углеродного сердечника в 10 раз ниже стального. Кроме того, он существенно легче и прочнее – это позволяет использовать в таком проводе на 28% больше алюминия без увеличения диаметра и общего веса. Дополнительный алюминий сокращает потери энергии в линии на 25-40%.

Медь и алюминий в энергетике

Процесс замены существующих медных проводов в мире происходит с разной степенью интенсивности, но при строительстве новых линий электропередач компании стремятся использовать именно алюминиевые провода, особенно в сегменте высоковольтных линий.

Например, национальный электрический кодекс США предписывает при строительстве новых зданий использовать именно алюминиевую проводку. А с введением с 1 сентября 2015 года новых стандартов в отношении использования низковольтных алюминиевых проводов в Китае использование алюминия в энергетике этой страны неминуемо возрастет.

Динамика цен на алюминий и медь (долларов США за тонну)

Использование алюминиевых кабелей имеет и значительный экономический эффект. Во-первых, алюминий существенно дешевле меди, а во-вторых, большая электропроводимость алюминия позволяет передавать больше электричества с использованием той же инфраструктуры. Энергопотребление в мире постоянно растет, сети не справляются с имеющейся нагрузкой, увеличивается количество перегрузок и аварий, а строительство новых ЛЭП – гораздо затратнее, чем замена кабеля.

Производители работают над усовершенствованием алюминиевых сплавов для
электротехнических нужд. Один из примеров – алюминиево-циркониевые провода, позволяющие удвоить пропускную способность линий электропередач без замены или строительства новых мачтовых опор. Особенно это ценится в местах густой застройки или на труднопроходимых ландшафтах. Алюминий успешно заменяет медную проводку в автомобилях, что позволяет снизить общий вес автомобиля в среднем на 12 кг.

Алюминий и алюминиевые сплавы также широко применяются в производстве электронных и микроэлектронных компонентов, в частности при производстве конденсаторов. Из него также делаются антенны, в том числе телевизионные. Этот металл применяется при строительстве радиолокаторов. А в некоторых странах из алюминия изготавливают и сами мачты-опоры для линий электропередач. Широко применяется алюминий и при производстве трансформаторов, а также роторных низковольтных двигателей.

В статье использованы фотоматериалы © Shutterstock и © Rusal.

Читайте также

Применение алюминия в других сферах

Транспорт

Строительство

Потребительские товары

Упаковка

Свойства медных и алюминиевых проводов.

Последствия их соединения

Содержание

Свойства медных и алюминиевых проводов

Когда дело доходит до использования электрических проводов, есть некоторые незначительные и незаметные ошибки, которые могут привести к электрическому мосту или разрыву потока энергии. Некоторые электрические неисправности такой категории бывает трудно отследить, несмотря на использование некоторых основных штатных инструментов для их проверки.

При электрификации здания цель состоит в том, чтобы все электрические лампочки и электроприборы получали необходимое напряжение для их ожидаемых функций.

Свойства медных и алюминиевых проводов: Оригинальная медная проволокаСвойства медных и алюминиевых проводов: катушка из медной проволоки

Между тем, отсутствие опыта и финансов для проекта электрификации заставило некоторых электриков начать манипулировать процессом, например; покупка алюминиевых проводов в сочетании с медными проводами и т. д.

Медный провод был основным проводом, используемым для электропроводки дома, из-за свойства меди как лучшего проводника электричества среди других металлов после серебра, которое является лучшим металл по электропроводности.

Причина, по которой серебряную проволоку нелегко найти на рынке, заключается в нехватке металла, но если она используется для изготовления электрических проводов, проволока будет стоить очень дорого, и лишь немногие люди захотят ее купить. между тем такой провод лучше всего подходит для проведения электричества.

В настоящее время медь доминирует на рынке проводов наряду с алюминием из-за их доступности, более низкой стоимости и хорошей электропроводности. Между тем, среди этих двух медь обладает лучшими свойствами электропроводности и стоит на рынке дороже, чем алюминий.

Свойства медных и алюминиевых проводов: Кабельный провод, изготовленный из алюминия

При электропроводке здания необходимо использовать один конкретный тип провода. В идеале лучше всего использовать медь для всей проводки, но если в целях экономии рассматривается любой другой тип провода, то этот провод также следует использовать по всей проводке, а не смешивать его с медным проводом.

РАЗНИЦА МЕЖДУ МЕДНЫМ И АЛЮМИНИЕВЫМ ПРОВОДОМ

Основное различие между медным и алюминиевым проводом с точки зрения электропроводности заключается в температуре. Медная проволока с очень маленьким диаметром, например, 1 мм, может проводить напряжение до 300 вольт без плавления, но алюминиевая проволока такого диаметра может расплавиться под таким напряжением.

СВОЙСТВА МЕДНОЙ И АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОВОДОВ

Причина вышеуказанной проблемы заключается в том, что температура в электрическом проводе пропорциональна напряжению, проходящему через него. Медь как цветной металл имеет очень высокую температуру плавления, в отличие от алюминия, который плавится при умеренных температурах.

Высокая температура плавления меди позволяет ей поглощать тепло, что является хорошим свойством для электрических проводников, но в случае алюминия дело обстоит наоборот.

Алюминий не так легко нагревается, но при постоянном воздействии тепла выше его точки плавления он плавится, что также характерно для алюминиевых проводов.

Поняв, как работают эти два провода, необходимо не соединять их вместе для завершения какой-либо электрической линии во время электрификации, кроме как для временной цели.

ЭФФЕКТ СОЕДИНЕНИЯ МЕДНОЙ И АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОВОДОВ ВМЕСТЕ

Если два провода соединить вместе, при любой подаче высокого напряжения медный провод будет нагреваться, не плавясь, а в месте соединения загнутые края меди вызовут повышение температуры до уже существующей на линии.

На этой кромке также скрученный алюминиевый провод также разделяет тепло непосредственно с медью, ситуация, которая может не продолжаться до тех пор, пока алюминиевый провод не отрежется от меди на краю, где было выполнено соединение.

Хотя достоверность того, как это происходит, не установлена, я твердо верю, что такая ситуация может привести к этому.

Свойства медных и алюминиевых проводов

Первоначально опубликовано 20 июля 2018 г., 09:07:37.

Филип Н. @ EngineeringAll.com

Филип имеет высшее образование в области машиностроения и инспектор по неразрушающему контролю с обширными практическими знаниями в других областях техники и программного обеспечения.

Он любит писать и делиться информацией, касающейся инженерных и технологических областей, науки и окружающей среды, а также технических постов. Его сообщения основаны на личных идеях, изученных знаниях и открытиях из области техники, науки и инвестиций и т. д.

Пожалуйста, подпишитесь на нашу рассылку и следите за нашими страницами в социальных сетях, чтобы получать регулярные и своевременные обновления.

Вы можете подписаться на страницы EngineeringAll в социальных сетях, набрав «@ EngineeringAlls» в любой форме поиска в социальных сетях (Facebook, Twitter, Linkedin, Pinterest, Tumblr и т. д.).

Вы можете отправить свою статью для бесплатного просмотра и публикации, используя страницу «ПУБЛИКАЦИЯ ВАШЕЙ СТАТЬИ» в кнопках МЕНЮ.

Если вам понравился этот пост, поделитесь им с друзьями, используя кнопки социальных сетей.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОДПИСАТЬСЯ НА НАШИ ОБНОВЛЕНИЯ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Теги:алюминиевый проводлучшие методы проводкиМедный проводэффекты плохой проводкиэлектропроводкаэлектрификация зданийКАК ПРОВОДИТЬ ДОМСвойства алюминиевого проводаСвойства медного проводабезопасный метод проводки дома

Электрические и физические свойства обычных металлов, используемых в производстве кабелей ~ Изучение электротехники

ниже указаны электрические и физические свойства металлов, обычно используемых при изготовлении электрических кабелей в электротехнической промышленности.