Світ сучасних матеріалів - струмопровідні жили
Для струмопровідних жил використовується мідна, алюмінієва і сталевий дріт, а також дріт із сплавів низького і високого опору.
Основні вимоги до матеріалів струмопровідних жил. ви-сокие електропровідність, механічні характеристики і кор-розіонная стійкість, а також технологічність, економічність і недефіцитних. Висока електропровідність і розмір (площа перетину) - це параметри, які мають вирішальний вплив на допустимий струм навантаження при передачі енергії або на загасання сигналів (втрати) в інформаційних кабелях. Значення електропровідності визначає вибір перетинів жил. Високі механічні характеристики провід-ників матеріалів забезпечують працездатність кабельних виробів при розтягуванні, вигині, крученні, вібрації. Висока корозійна стійкість обумовлює їх збереження при воз-дії кліматичних і хімічних чинників. Під технологи-чностью розуміють можливість напів-чення дротів великим будівельним довжини, а також їх надійність-ного з'єднання шляхом пайки або зварювання. З огляду на те, що кабель-ва промисловість є одним з основних споживачів кольорових металів, економічність і недефіцитних провідника-вих матеріалів також важливі.
Мідь має найбільшу електропровідність серед всіх метал-лов (виключаючи срібло) - γCu = 0,017 мкОм · м, а γAg = 0,015 мкОм · м. Вона також має гарну здатне-стю до прокатці і волочіння, що забезпечує можливість по-одержанні дроту великої довжини (практично будь-який).
Алюміній по електропровідності поступається лише міді (і сріблу), γ Al = 0,026 мкОм · м і з цієї причини (а також через його порівняну дешевизну, легкості і необмежених запасів в природі) він є основ-ним матеріалом, який заміняє дефіцитну мідь.
Механічні характеристики алюмінію невисокі. Низька в порівнянні з міддю стійкість алюмінієвих дротів до багато-кратним перегинів обмежує область їх застосування умови-ми нерухомою (фіксованою) прокладки.
На повітрі алюміній покритий (внаслідок хімічної Корекція зії) найтоншої оксидною плівкою, яка перешкоджає даль-кро окислення металу. Ця плівка є діелектриком, що створює труднощі при зрощуванні тонкої алюмінієвої про-волоки і призводить до недостатньої надійності таких з'єднань.
Через низьку механічної міцності алюмінію в кабелях використовується дріт з діаметром вище 0,67 мм, оскільки менший діаметр не забезпечує необхідної технологічності при виготовленні. Тонка алюмінієвий дріт використовується тільки в емальованих проводах.
Електропровідність алюмінію в 1,65 рази менше, ніж у міді. однак і щільність його в 3,3 рази менше щільності міді, що дозволяє отримати алюмінієві жили з однаковим електричним опором в 2 рази легше мідних. Тому з-ляция і захисні покриви кабелів з алюмінієвими жилами виконуються з недефіцитних і не-дорогих матеріалів. В даний час 85% силових кабелів з просоченою паперовою і пластмасовою ізоляцією на напругу 1 кВ і вище виготовляються з алюмінієвими жилами.
У деяких випадках застосовується сталь-ва дріт (в неізольованих проводах повітряних ліній передачі або повітряних ліній зв'язку, польових проводах зв'язку, мініатюрних кабельних виро-ліях і ін.). Найчастіше сталевий дріт застосовують в сталемедний або сталеалюмінієвих жилах, в яких мідна або алюмінієва дріт несе електричне навантаження, а сталь-ва - забезпечує підвищену механічну міцність.
Дріт з мідних сплавів високої провідності застосовує-ся для зміцнення струмопровідних жил малих перетинів. При цьому вона має більш низьку провідність в порівнянні з проволо-кою з міді.
Дріт із сплавів високого опору застосовується в ка-честве провідників обмотувальних проводів, призначений-них для намотування магазинів опорів, електровимірюваль-них приладів, реостатів, нагрівальних приладів і нагрівальних кабелів. Це такі сплави, як манганин (сплав марганцю, нікелю та міді), константан (сплав нікелю і міді з присадкою марганцю) і ніхром.
При розгляді характеристик струмопровідної жили необхідно відзначити два електричних ефекту: поверхневий ефект і ефект близькості.
Поверхневий ефект пов'язаний з витісненням електричного струму до поверхні провідника, в результаті чого щільність струму поблизу поверхні перевищує щільність струму в центрі. Цей ефект збільшується зі збільшенням перетину.
Існує два типи жил кабелю: круглі і секторні.
1. Круглі складаються з декількох шарів дротів, розташованих концентрично і гвинтоподібно. Так як електричний опір між дротами, з яких складається жила, мало, то поверхневий ефект і ефект близькості практично ідентичні тим, які мають місце в монолітному провіднику великого перерізу.
2. Секторні збираються з декількох елементів секторного перерізу (рис. 1).
Мал. 1. Конструкція сегментированной струмопровідної жили Milliken (фірма Nexans)
Провідник великого перерізу розділений на кілька окремих секторної форми. Вони ізольовані один від одного.
Спіральна конструкція виключає постійне проходження одних і тих же провідників поруч один з одним, що сприяє зниженню ефекту близькості.
Такі конструкції використовуються для жив великого перерізу (не менше 1200 мм 2 з алюмінію і не менше 1000 мм 2 з міді).
Конструкція типу «Milliken» дозволяє значно знизити поверхневий ефект і ефект близькості.
Для мідних жил з перетин більше 1600 мм 2 типу «Milliken» використовуються емальовані діелектричним лаком провідники, приблизно 2/3 загальної кількості (рис. 2).
Мал. 2. Схема токопроводящей емальованому жили (Nexans)
Ефект близькості практично усувається, бо кожен провідник проходить як на зовнішніх, так і за внутрішніми областям жили. Поверхневий ефект зменшується завдяки невеликому перетину використовуваних дротів, які електрично ізольовані один від одного.