Проводимость меди: Электротехническая медь, основные характеристики
alexxlab | 02.03.2023 | 0 | Разное
Кабель алюминий или медь – какой лучше?
Буквально еще лет 20-30, вся проводка была алюминиевой, а в современных стройках и ремонтах таких уже и не встретишь. Но чем медь лучше алюминия? Какую проводку лучше использовать для дома: медную или алюминиевую? Где лучше применить алюминий, а где медь? Рассказываем, почему материал проводов так быстро и безповоротно изменился в лучшую сторону. На сегодняшний день оптимальным решением, для прокладки электрической проводки, является использование медных проводов.
Алюминиевые провода
Использование алюминия было оправдано в основном за счет низкой стоимости этого материала. Алюминиевые провода легче меди, но они более слабый проводник электричества. Проводимость алюминия примерно в 1,5 раза ниже, чем проводимость меди. Также алюминий, в сравнении с медью, менее устойчив к растяжению.
Алюминиевая проводка не позволяет использовать энергоемкие электроприборы, такие как индукционные варочные поверхности, печи, автоматические стиральные машины и т.
В настоящее время алюминиевые провода успешно используются, в основном с большими поперечными сечениями, обычно выше 10 мм². В этом случае важным преимуществом алюминиевых проволок является то, что они на 70% легче, чем медь. Это повышает удобство при прокладке длинных и толстых кабелей.
Медные провода
Решающим фактором при использовании медных проводов является очень хорошая электропроводность меди. Также установка медных проводов легче чем алюминиевых, главным образом из-за их большей гибкости и механической прочности. Медные провода не повреждаются при изгибе или скручивании.
Медь превосходит алюминий по электропроводности. Удельное электрическое сопротивление меди составляет 0,017 Ом*мм2/м в то время, как у алюминия 0,028 Ом*мм2/м. То есть электропроводность алюминия составляет 65-70% электропроводности меди, поэтому для одной и той же нагрузки алюминиевый провод придется брать сечением выше чем меди.
Например, необходимо запитать нагрузку в 5 кВт. Для нее нужно будет взять или медный провод сечением 2,5 мм2, например, ввг 3х2,5, или алюминиевый аввг сечением 4 мм2.
Превосходство меди над алюминием для проводки
И медь, и алюминий окисляются в процессе эксплуатации под действием воздуха. Однако у меди окисление происходит значительно медленней, и сама по себе пленка (зеленоватый налет) довольно легко разрушается, поэтому неплохо проводит ток (хотя проходимость немного ухудшается).
У алюминия же окисление происходит гораздо быстрее, а сама оксидная пленка очень плотная и плохо проводит ток. Окисленные соединения на скрутках, сжимах или клеммах чаще всего становятся причиной горения контакта.
Если брать механическую прочность то медный провод более гибкий и прочный, чем алюминиевый. В процессе монтажа жилы приходится изгибать, например, для соединения в распределительных коробках и розетках. Медные жилы могут выдержать многоразовое изгибание без повреждения, а вот алюминиевые лишь 5 — 10 изгибаний, и после этого ломаются.
Особые проблемы алюминиевая проводка создает, когда нужно ремонтировать соединения в распредкоробках — старый алюминий уже имеет микротрещины, поэтому при одном неверном движении жила может обломаться и придется снимать часть штукатурки, чтобы вытащить хоть немного провода.
Что касается способности проводника рассеивать тепло. Чем выше коэффициент теплопроводности, тем лучше металл рассеивает тепло. У меди коэффициент теплопроводности составляет 389,6 Вт/м* °С, а у алюминия 209,3 Вт/м* °С. То есть медь почти в два раза лучше рассеивает тепло, чем алюминий. Особенно это важно в местах соединений, где провод греется сильнее всего. При одной и той же нагрузке медь в два раза быстрее будет отводить тепло (точнее не нагреваться).
Превосходство алюминия над медью для линий электропередач (ЛЭП)
Если рассматривать алюминий для воздушных линий электропередач то есть существенное преимущество, их по-прежнему выполняют из этого металла.
Вес во многом определяется исходя из плотности металла.
Чем выше плотность, тем тяжелее проводник. Плотность меди составляет 8900 кг/м3, а алюминия 2700 кг/м3. То есть при равном объеме медный провод будет весить в 3,3 раза больше алюминиевого. Для домашней проводки это не критично, так как провод лежит в штробах, а для воздушной линии электропередач это важный показатель. Именно поэтому для воздушных линий электропередач используют алюминиевый провод.
Что же касается цены, то алюминий имеет явное преимущество. Все минусы алюминия сказались на относительно невысокой цене, которая примерно в несколько раз ниже цены на медь, поэтому воздушные линии, а также вводы в дом выполняют исключительно алюминиевым проводом.
Специалисты часто спорят, что лучше использовать в проводах и кабелях, алюминий или медь. Эти два металла обладают лучше, в отличие от других металлов, электропроводностью при относительно невысокой стоимости. Говорить о том, что какой-то из материалов лучше другого просто не корректно, хотя оба вида проводов имеют определенные преимущества и недостатки.
Совокупно все факторы настолько важны, что алюминиевые провода и кабели повсеместно применяются для передачи электроэнергии на большие расстояния (например, между станциями и подстанциями, для подключения конечных потребителей к общим электрическим сетям т.д.). Благодаря низкому весу алюминиевых проводов уменьшается загрузка на электрические опоры и изоляторы. Отсюда можно сделать вывод, что алюминиевый кабель повышенного диаметра выгоднее применять, чем медный. Однако алюминий имеет и ряд отрицательных свойств — это:
- невысокая прочность;
- пониженная эластичность;
- плохая свариваемость;
- низкая технологичность дальнейшей переработки и употребления;
- низкий срок эксплуатации;
- невысокая ремонтопригодность, и высокочастотные свойства такого кабеля не на высшем уровне.
- Алюминиевый провод мало используется в тех местах электрических машин, где большую важность имеет не только вес, но и габариты.
Что касается меди, то как уже говорилось, ее электропроводность в полтора раза выше, чем алюминия.
Соответственно и тепловые потери (и потери напряжения) в медных проводниках будут в полтора раза меньше, чем у алюминия такого же поперечного сечения. Кроме того медь менее повержена коррозии.
Конкуренция по использованию алюминия или меди существует в мире давно (особенно для промышленной и бытовой электропроводки), поэтому выбор между ними должен осуществляться квалифицированным специалистом в зависимости от конкретной ситуации.
Также не стоит забывать, что алюминиевый и медные провода нельзя соединять непосредственно друг с другом, потому что образуется гальваническая пара, в которой алюминий в следствие электрокоррозии очень быстро разрушается, что ухудшает электрический контакт. Место с плохим контактом будет нагреваться, искрить. В результате этого надежность контактов будет уменьшаться, что может привести и к пожару. Поэтому при необходимости соединения медного и алюминиевого проводов используют стальные клеммы, разъемы и переходники, которые предотвращают непосредственный контакт алюминия и меди.
Если у вас дом старше 20 лет, при этом в нем алюминиевая проводка – замените ее, потому что срок действия алюминия как раз 20 лет. С ходом времени этот металл теряет пластичность и в любое время может быть разрушен под действием внешних факторов. Новую проводку лучше делать при помощи медного кабеля с учетом потребления электроэнергии техники.
Как правило, стандарты проводки для светильников и люстр требуют медного двухжильного кабеля, более сложные приборы (требующие заземления, к примеру, стиральные машины, компьютер, водонагреватель) требуют применения трехжильного медного кабеля. Отдельной проводки требуют кухонные электроприборы. Для нее целесообразно использовать медный трехжильный кабель до 4 квадратных миллиметров.
Если вы определились с типом кабеля, который подходит именно вам, и хотите получить безупречное качество товара и высококвалифицированую консультацию наших специалистов, перед тем как купить кабель, обращайтесь к Запорожскому заводу кабельной продукции МПКА.
Хотите знать больше, быть в курсе всех событий, знать о новинках в ассортименте кабельной продукции МПКА, и получать информацию об уникальности и особенностях той или иной кабельной продукции?
Обязательно подпишитесь на наши страницы в соцсети:
Facebook Instagram
Электрическое сопротивление и проводимость металлов
К важнейшим характеристикам металлов относится их электрическая проводимость. Способность металлопроката проводить ток обуславливается электронным строением атомов элементов и температурными условиями эксплуатации. В зависимости от показателей проводимости тока различается и сфера применения конкретного вида металла.
Характеристики электрического сопротивления и проводимости металлов
Свойство материала противостоять прохождению сквозь него тока выражается в величине электрического сопротивления. Зависит оно от показателя удельного сопротивления металла. Параметр возрастает по мере увеличения температуры, что обуславливает интенсивное колебание атомов внутри кристаллической решетки и затрудняет тем самым движение заряда тока.
Обратной сопротивлению выступает величина удельной проводимости, характеризующая способность атомов пропускать заряженные частицы тока. Проводимость тока металлов обуславливается наличием в их атомах валентных электронов – свободных и подвижных частиц, расположенных на внешнем слое оболочки. Чем больше свободных электронов у металла, тем лучше его проводимость.
По характеристикам электропроводности металлы разделены на группы:
- проводники – обладают высоким числом хаотично движущихся свободных электронов;
- полупроводники – отличаются наличием пустых пространств в местах валентных электронов;
- диэлектрики – характеризуются низким количеством свободных частиц и минимальной электропроводностью.
В применении металлопроката учитывается зависимость проводимости металлов от температуры. При нагревании проводника колебания атомов возрастают, что снижает электропроводность вещества. В полупроводниках и диэлектриках рост температуры приводит к увеличению числа заряженных частиц и пустых пространств, что отражается на повышении показателя проводимости.
Таблица удельных сопротивлений и проводимости металлов и сплавов
|
Разновидность металла |
Показатель удельного сопротивления, (Ом*мм2/2), t=20 С |
Показатель удельной электропроводности, (См*м), t=20 С |
Температурный коэффициент сопротивления α, (1/°С)*10-3 |
|
Железо |
0,098 |
9,93*106 |
6 |
|
Сталь |
0,103-0,137 |
1,36*106 |
1-4 |
|
Медь |
0,016 |
58*106 |
4,3 |
|
Алюминий |
0,028 |
37,7*106 |
4,2 |
|
Никель |
0,087 |
1,43*107 |
6,5 |
|
Олово |
0,121 |
9,11*106 |
4,4 |
|
Цинк |
0,059 |
1,69*107 |
4,2 |
|
Молибден |
0,054 |
18,7*106 |
4,5 |
|
Титан |
0,417 |
2,38*106 |
3,5 |
|
Литий |
0,928 |
1,08*107 |
4,5 |
|
Свинец |
0,192 |
4,55*106 |
3,8 |
|
Вольфрам |
0,053 |
19*106 |
5 |
|
Золото |
0,023 |
45,2*106 |
4 |
|
Серебро |
0,016 |
62*106 |
4,1 |
|
Платина |
0,107 |
9,43*106 |
3,9 |
|
Висмут |
1,2 |
0,77*106 |
4,5 |
|
Иридий |
0,047 |
21,2*106 |
4,1 |
|
Латунь |
0,029 |
15,5*106 |
0,2 |
|
Ртуть |
0,940 |
1,03*106 |
1,0 |
|
Натрий |
0,047 |
20,9*106 |
5,4 |
|
Магний |
0,045 |
22,8*106 |
3,9 |
|
Чугун |
0,5-1,0 |
1,5-4,0*107 |
0,001 |
|
Хромель (сплав хром и никеля) |
1,01 |
3,2*108 |
0,0001 |
|
Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца) |
1,1 |
9,9*106 |
0,00016 |
|
Манганин (сплав меди марганца и никеля) |
0,5 |
2,06*106 |
0,00005 |
|
Константин (сплав никеля, меди, марганца) |
0,49 |
2,04*106 |
0,000005 |
|
Фехраль |
1,2-1,3 |
0,83*106 |
0,0008 |
Свойства проводников обладают первостепенным значением в электронной технике.
Металлы широко применяются в изготовлении деталей приборов, служат покрытиями для диэлектриков и присадками в припоях. Элементы с высокой электропроводностью используются в производстве контактного оборудования – рубильников, реле, электрических выключателей. Отдельные виды металлов выступают компонентами красок и клеевых составов, обеспечивая их проводимость тока.
Популярные материалы в электротехнике
К востребованным в производстве электрических кабелей металлам относятся медь и алюминий. Они характеризуются прочностью, малым весом, простотой литья и обработки. Но для длительной эксплуатации лучшим вариантом признаны медные провода.
Это обуславливается следующими факторами:
- электропроводность меди выше, чем у алюминия;
- электрическое сопротивление меди меньше.
Кабели, изготовленные из меди, лучше пропускают электричество. Особенностью выступает независимость характеристик металла от температуры. Но цена медных комплектующих выше, что объясняет распространенность алюминиевых аналогов.
Стандартные значения величин удельного сопротивления рассчитываются для средней комнатной температуры в 20 градусов Цельсия. Однако специфика приборостроения и точной электроники требует применения резистивных материалов, характеризующихся высоким стабильным сопротивлением вне зависимости от температурных изменений. К ним относятся твердые сплавы манганин, фехраль, нихром, константин, хромель. Свойства резистивных материалов позволяют использовать их в изготовлении проволочных резисторов и электронагревательных деталей.
Медные сплавы с высокой проводимостью – JX Metals
Лента из медного сплава
Сравнение функций и типовых приложений
Сплавы с высокой проводимостью
| Название сплава | Состав | Характеристики | Приложения |
|---|---|---|---|
| Cu-0.1Zr | Медный сплав с высокой проводимостью и высокой термостойкостью | Разъемы, клеммы аккумулятора, переключатели |
| Cu-0,12Sn | Высокая проводимость и термостойкость | Соединители, аккумуляторные клеммы, шины, фотогальванические соединители |
Сравнить состав и свойства
Состав и свойства медного сплава с высокой проводимостью
Химический состав (мас.
%)
| Название медного сплава | Сплавы с высокой проводимостью | |
|---|---|---|
| НКЕ012 | НКЭ010 | |
| Химический состав (мас.%) | Cu : Бал. Sn: 0,12 | Cu : Бал. Zr: 0,1 |
Физические свойства
| Название медного сплава | Сплавы с высокой проводимостью | |
|---|---|---|
| НКЕ012 | НКЭ010 | |
| Удельный вес (г/см 3 ) | 8,92 | 8,70 |
| Модуль упругости (ГПа) | 128 | Ш:123 ЭШ:113 |
| Электропроводность (%IACS@20℃) | 90 | Ш:93 ЭШ:85 |
| Теплопроводность (Вт/м·К) | 350 | Ш:363 ЭШ: 337 |
| Коэффициент Пуассона | 0,33 | 0,33 |
Механические свойства
| Название медного сплава | Сплавы с высокой проводимостью | ||
|---|---|---|---|
| НКЕ012 | НКЭ010 | ||
| Прочность на растяжение (МПа) | Х | 375-475 | – |
| ЕН | 410-600 | – | |
| Ш | – | 400-540 | |
| ЭШ | – | 480-620 | |
| 0,2% Предел текучести (МПа) | Х | (420) | – |
| ЕН | (490) | – | |
| Ш | – | 380-530 | |
| ЭШ | – | 460-600 | |
| Удлинение (%) | Х | 1 мин | – |
| ЕН | (2) | – | |
| Ш | – | 2 мин | |
| ЭШ | – | (8) | |
| Твердость по Виккерсу (Hv) | Х | 95-160 | – |
| ЕН | 105-175 | – | |
| Ш | – | (140) | |
| ЭШ | – | (150) | |
- Стандартные характеристики.
(Типичные значения)
(Типичные значения)| Пояснения к техническим терминам |
|
|---|
Может ли графен конкурировать с медью по электропроводности?
Эта статья является частью исследовательского блога Bosch
Откройте для себя всю серию
Соавтор: Лео Рицци Графен, атомарно тонкий углеродный слой с гексагональным расположением атомов углерода, известен своими выдающимися электрическими свойствами на наноуровне. . Электропроводность чистого однослойного графена может быть на 70% выше, чем у меди. В течение многих лет я задавался вопросом, что возможно в макромасштабе для графеновых пленок и волокон. Поэтому мой аспирант Лео Рицци тщательно исследовал эту тему за последние 3 года с помощью моделирования и экспериментальной проверки.
Результат его работы открывает новые пути увеличения электропроводности графена в макроскопическом масштабе до 70-80% его электропроводности в наномасштабе.
В 1962 г. Böhm et al. опубликовали снимки углеродной фольги, полученные с помощью электронной сканирующей микроскопии, и назвали однослойную углеродную фольгу «Графен». В 2004 г. Гейм и соавт. опубликовали о синтезе однослойного графена с помощью скотча для удаления графена слой за слоем графена с графитовой чешуйки, пока не останется только один слой графена. С тех пор графен стал одной из самых горячих научных тем, привлекающих значительный интерес и финансирование во всем мире.
Уже проведено множество исследований наноразмерных применений графена. В последние годы также растет интерес к исследованиям для макроскопических приложений. Отправной точкой для синтеза макроскопического графена обычно является порошок графена, диспергированный в жидкости. Волокна или пленки получают из такой дисперсии путем специальной обработки, такой как мокрое прядение или фильтрация.
Соответствующее легирование увеличивает электропроводность от прибл. 1 МС/м до прибл. 15 мс/м. Это все еще значительно ниже 100 MS/м для одного слоя графена. Эта разница является источником моей мотивации понять, что может быть возможно в лучшем случае.
Мы смоделировали небольшие фрагменты графеновой пленки как слоистый материал, состоящий из случайно распределенных, но параллельных в плоскости слоев графена. Наша модель позволяет нам манипулировать средним размером и распределением по размерам, а также использовать произвольную плотность упаковки. Важным параметром является пространственное распределение внутри слоя, которое варьируется от полностью однородного до сильно сгруппированного графена. Каждая чешуйка приобрела индивидуальную, но равномерную электрическую проводимость в плоскости.
Затем мы рассмотрели перекрытие между чешуйками, введя электрическую проводимость вне плоскости и настроив электрическую сеть с узлами и ребрами, как показано на рисунке ниже. В исследованиях систематических параметров мы определили, что минимально необходимый размер системы составляет 30 слоев и 40 000 графеновых чешуек всего.
Наши результаты показывают, что есть два основных параметра для получения высокой электропроводности макроскопического графена. Крайне важно иметь высокую электрическую проводимость в плоскости большинства чешуек графена. Значение электропроводности в плоскости определяет максимально возможную проводимость. Конечно, также необходимо достичь приемлемой внеплоскостной электропроводности. Тем не менее, латеральный размер чешуек графена в определенной степени компенсирует меньшую внеплоскостную проводимость из-за большей площади перекрытия и меньшего контактного сопротивления, как показано на диаграмме ниже. Предполагаемая проводимость в плоскости, используемая в расчетах диаграммы, составляет 100 МС/м.
На диаграмме показаны зависимости между размером латеральных чешуек, внеплоскостной проводимостью и общей электропроводностью.
Соответствующая настройка этих трех основных параметров позволит превзойти все проводники на металлической основе.
Экспериментальная проверка в диапазоне низкой электропроводности показывает хорошее соответствие результатам моделирования, как показано на диаграмме ниже. Линии представляют результаты моделирования, а кружки — экспериментальные результаты.
На диаграмме показана экспериментальная проверка в диапазоне низкой электропроводности. Линии представляют результаты моделирования, а кружки — экспериментальные результаты. (Риззи Л., Виджая А.Ф., Паланисами Л.В., Шустер Дж., Кёне М. и Шульц С.Е. (2020). Количественная оценка влияния наноструктуры графеновой пленки на макроскопическую электропроводность. Nano Express, 1( 2), 020035, DOI:10.1088/2632-959x/abb37a) При соответствующем легировании обеспечивается проводимость в плоскости 100 МС/м для чешуек графена с размером чешуек в десятки микрометров, макроскопический графен может достигать электропроводность до 80 мСм/м.