Главная › Новости

Мир современных материалов

Опубликовано: 08.11.2018

 

Для токопроводящих жил  используется медная, алюминиевая и стальная проволока, а также проволока из сплавов низкого и высокого сопротивления.

 

Основные требования к материалам токопроводящих жил : вы­сокие электропроводность, механические характеристики и кор­розионная стойкость, а также технологичность, экономичность и недефицитность. Высокая электропроводность и размер (площадь сечения) — это параметры, которые оказывают решающее влияние на допустимый ток нагрузки при передаче энергии или на затухание сигналов (потери) в информационных кабелях. Значение электропроводности определяет выбор сечений жил. Высокие механические характеристики провод­никовых материалов  обеспечивают работоспособность кабельных изделий при растяжении, изгибе, кручении, вибрации. Высокая коррозионная стойкость обусловливает их сохранность при воз­действии климатических и химических факторов. Под технологи­чностью понимают возможность полу­чения проволок большой строительной длины, а также их надеж­ного соединения путем пайки или сварки. Ввиду того, что кабель­ная промышленность является одним из основных потребителей цветных металлов, экономичность и недефицитность проводнико­вых материалов также важны.

Медь имеет наибольшую электропроводность среди всех метал­лов  (исключая серебро) – γCu=0,017   мкОм·м, а γAg= 0,015   мкОм·м. Она также обладает хорошей способно­стью к прокатке и волочению, что обеспечивает возможность по­лучения проволоки большой длины (практически любой).

Алюминий по электропроводности уступает лишь меди (и серебру), γ Al =0,026   мкОм·м и по этой причине (а также из-за его сравнительной дешевизны, легкости и неограниченных запасов в природе) он является основ­ным материалом, заменяющим дефицитную медь.

Механические характеристики алюминия  невысоки. Низкая по сравнению с медью стойкость алюминиевых проволок к много­кратным перегибам ограничивает область их применения условия­ми неподвижной (фиксированной) прокладки.

На воздухе алюминий покрыт (вследствие химической корро­зии) тончайшей оксидной пленкой, которая препятствует даль­нейшему окислению металла. Эта пленка является диэлектриком, что создает трудности при сращивании тонкой алюминиевой про­волоки и приводит к недостаточной надежности таких соединений.

Из-за низкой механической прочности алюминия в кабелях используется проволока с диаметром выше 0,67 мм, поскольку меньший диаметр не обеспечивает необходимой технологичности при изготовлении. Тонкая алюминиевая проволока используется только в эмалированных проводах.

Электропроводность алюминия в 1,65 раза меньше, чем у меди , однако и плотность его в 3,3 раза меньше плотности меди, что позволяет получить алюминиевые жилы с одинаковым электрическим сопротивлением в 2 раза легче медных. Поэтому изо­ляция и защитные покровы кабелей с алюминиевыми жилами   выполняются из недефицитных и не­дорогих материалов. В настоящее время 85% силовых кабелей с пропитанной бумажной и пластмассовой изоляцией на напряжение 1 кВ и выше изготовляются с алюминиевыми жилами .

В некоторых случаях применяется сталь­ная проволока (в неизолированных проводах воздушных линий передачи или воздушных линий связи, полевых проводах связи, миниатюрных кабельных изде­лиях и др.). Чаще стальную проволоку применяют в сталемедных или сталеалюминиевых жилах, в которых медная или алюминиевая проволока несет электрическую нагрузку, а сталь­ная — обеспечивает повышенную механическую прочность.

Проволока из медных сплавов высокой проводимости применяет­ся для упрочнения токопроводящих жил малых сечений. При этом она имеет более низкую проводимость по сравнению с проволо­кой из меди.

Проволока из сплавов высокого сопротивления применяется в ка­честве проводников обмоточных проводов, предназначен­ных для намотки магазинов сопротивлений, электроизмеритель­ных приборов, реостатов, нагревательных приборов и нагреватель­ных кабелей. Это такие сплавы, как манганин (сплав марганца, никеля и меди), константан (сплав никеля и меди с присадкой марганца) и нихром.

При рассмотрении характеристик токопроводящей жилы  необходимо отметить два электрических эффекта: поверхностный эффект и эффект близости.

Поверхностный эффект связан с вытеснением электрического тока к поверхности проводника, в результате чего плотность тока вблизи поверхности превышает плотность тока в центре. Этот эффект увеличивается с увеличением сечения.

Существует два типа жил кабеля: круглые и секторные.

1. Круглые состоят из нескольких слоев проволок, расположенных концентрически и винтообразно. Так как электрическое сопротивление между проволоками, из которых состоит жила, мало, то поверхностный эффект и эффект близости практически идентичны тем, которые имеют место в монолитном проводнике большого сечения.

2. Секторные   собираются из нескольких элементов секторного сечения (рис. 1).

Рис. 1. Конструкция сегментированной токопроводящей жилы Milliken (фирма Nexans )

 

Проводник большого сечения разделен на несколько отдельных секторной формы. Они изолированы друг от друга.

Спиральная конструкция исключает постоянное прохождение одних и тех же проводников рядом друг с другом, что способствует снижению эффекта близости.

Такие конструкции используются для жил  большого сечения (не менее 1200 мм2 из алюминия и не менее 1000 мм2 из меди).

Конструкция типа « Milliken » позволяет значительно снизить поверхностный эффект и эффект близости.

Для медных жил с сечение более 1600 мм2 типа « Milliken » используются эмалированные диэлектрическим лаком проводники, приблизительно 2/3 общего количества (рис. 2).

Рис. 2. Схема токопроводящей эмалированной жилы ( Nexans )

Эффект близости практически устраняется, потому что каждый проводник проходит как по наружным, так и по внутренним областям жилы. Поверхностный эффект уменьшается благодаря небольшому сечению используемых проволок, которые электрически изолированы друг от друга.

Использование конструкции с эмалированными проволоками позволяет уменьшить сечение жилы  при той же пропускной способности. Например, медный кабель сечением 2000 мм2 такой конструкции позволяет заменить медный кабель сечением 2500 мм2, в котором используются проволоки без эмалевой изоляции. Формирование жилы  с эмалированными проводниками выполняются с помощью специальной технологии, разработанной фирмой Nexans .

 

Вас также может заинтересовать: