Можна провідник мідний. Переваги та недоліки алюмінієвої проводки

Тільки два метали - мідь та алюміній знайшли широке застосування як провідники електричного струму. Їх використання у цій якості обумовлюється комплексом фізичних властивостей самих металів та його ціною.

Фізичні основи протікання електричного струму у провідниках

Як відомо з фізики, електричний струм - це впорядкований рух електричних зарядів у провіднику під дією сил електричного поля. При переміщенні електричних зарядів у провіднику вони піддаються протидії, яку оцінюють величиною електричного опору та яка вимірюється в омах (Ом).

Електричний опір для циліндричних провідників визначається формулою r=ρ *l/s, де r - електричний опір провідника, Ом, ρ - питомий електричний опір матеріалу провідника, Ом*мм2/м, l - довжина провідника, м, s - площа поперечного перерізу провідника, мм 2

Тому в електротехніці для виготовлення проводів використовуються матеріали з низьким. питомим опором(мідь, алюміній, сталь).

Наприклад: Питомий опір міді - 0, 0175 ом * мм 2 / м, питомий опір алюмінію - 0, 0294 ом * мм 2 / м

Іноді замість електричного опору r використовують зворотну величину - провідність g = 1/r, а замість питомого опору - питома провідність γ = 1/ρ. Електрична провідність вимірюється в сименсах.

При переміщенні електричних зарядів у провіднику електричний опір викликає нагрівання провідника. Це нагрівання є шкідливим і, під час експлуатації провідника, має бути обмежене, з урахуванням фізичних властивостей провідника та класу ізоляції.

Температура провідника зі струмом, що встановилася, залежить від щільності струму, яка визначається за формулою: δ=I/s, де δ - щільність струму, а/мм 2 , I — величина струму, а s — площа поперечного перерізу провідника, мм 2

Що ж вигідніше застосовувати як електричні дроти — мідь чи алюміній?

При порівняльному розгляді тенденцій зростання вартості алюмінію та міді протягом ХХ і початку ХХI століть очевидно, що вартість алюмінію зростає повільніше, ніж міді. Ця різниця особливо помітна на початку ХХI століття. З 2006 року вартість міді на Лондонській біржі металів сягала 8500 дол/тонну, тоді як алюмінію—2500 дол/тонну. Це пов'язано з удосконаленням та збільшенням виробництва алюмінію, за доступної та недорогої сировини для виробництва кабельної продукції, яка, у вартості кінцевого продукту, становить 25%.

Для міді – ситуація інша. Мідні рудні запаси погіршуються, вміст міді руде падає, нові родовища бідні на метал і складніше у його витягуванні. Крім того, ці родовища є географічно більш важкодоступними. Тому, витрати на сировину у вартості кінцевого продукту, становлять понад 50% і ще зростають.

Ці тенденції не змінюються, як і порівняльна динаміка цін, а зміни не передбачаються. Все це каже на користь використання алюмінію.

Наукове та її промислове застосування поки що недосяжні для світової практики. У світлі того, що електрична провідність алюмінію нижча, ніж у міді, переріз алюмінієвого дротуі, отже його обсяг, повинні бути більшими ніж у мідного, причому діаметр алюмінієвого дроту, для тієї ж щільності струму, повинен бути більше ніж мідного на 25%.

Однак збільшення обсягу, а отже маси алюмінієвого дроту, нівелюється невисокою щільністю металу (2,7 т/м 3 -алюміній, 8,9 т/м 3 -мідь). Тому маса алюмінієвого дроту, для тієї ж щільності струму, втричі менша за мідний.

Однак виграшу по масі, при застосуванні алюмінієвого дроту замість мідного, через вимоги СНІПу, немає. Наприклад, маса міді у прокладених проводах та кабелях, у панелях сучасної трикімнатної квартири, становить 10 кг. Маса трижильного кабелю довжиною 1000метрів кабелю ВВГ (мідь) перетином 1,5 мм 2 становить 93 кг, а маса еквівалентного йому кабелю АВВГ (алюміній) перетином 2,5 мм 2 становить 101 кг. Вигода від застосування алюмінієвих проводіввиходить через набагато менші ціни на алюміній.

За існуючих на сьогодні цін, застосування алюмінієвих проводів у кілька разів вигідніше, ніж мідних!

Для високовольтних ліній та підвісних кабельних систем алюміній використовується вже давно. Але в ізольованих дротахзбільшення діаметра жили потребує збільшення витрати кабельного ПВХ пластикату, ціна якого (1800 дол/тонну) наближається до ціни алюмінію. Чим тонша жила дроти, тим більші порівняльні витрати на електроізоляцію, а вигоди від переходу з міді на алюміній – нижчі. Проте, за поточних цін, економія все одно виходить значною!

Проектувальники, архітектори, електрики повинні подолати упередженість щодо застосування алюмінієвих дротів під час нового будівництва. Це дозволить застосовувати вигідний, але трудомісткий алюміній при розводках в панелях і підводах до точок зовнішнього навантаження (розетки і вимикачі), що дасть значну економію.

Алюмінієві обмотувальні дроти, можуть з помітною вигодою застосовуватися у виробництві малопотужних трансформаторів, електродвигунів та інших електричних машин.

Все це визначить великий попит на алюміній на світовому ринку та використання «крилатого металу» на землі.

А що ви думаєте з цього приводу? Залишіть свій коментар до статті!

При протіканні струму кабелю існують втрати енергії. Ці втрати виражаються як нагрівання самих проводів і викликані опором електронів протіканню струму проводах. Чим менший внутрішній опір кабелю, що більше потужності у ньому можна передати. Найменший опір має надпровідник, але на сьогоднішній день по технічним умовамвін не підходить. Наступним серед металів з маленьким опором йде срібло, але воно дороге, тому найбільш прийнятними є мідь та алюміній.

Алюміній - легкий метал, дешевший за мідь, але ламкий і з більш високим внутрішнім опором. У радянському союзі більшість внутрішньобудинкових мереж були протягнуті алюмінієм, логіка проектантів була зрозуміла – дешево і раз усі штукатурили та ховали у стіни, то жодних проблем із подальшою експлуатацією не було, про заземлення побутових приладіввзагалі не замислювалися.

З розвитком електроніки в далекому зарубіжжі і до нас стали доходити прилади та апарати, що потребують великої електричної потужності. При цьому стали змінюватися норми та правила прокладання мереж електропостачання. Тепер мало хто виконує електропостачання будинку дюралевими проводами. Всі прагнуть прокласти товстий мідний кабель, заштробити все в стіни або запакувати всю електрику в сталеві труби. Варіантів багато.

Суть вибору дротів у тому, щоб не переплатити і не втратити блага, які обіцяє зручність електропостачання будинку. Провід та кабелі покриті шарами ізоляції. У проводах навколо жили металу йде пластикове покриття, а кабелях навколо кількох сплетених проводів йде шар захисної оболонки.

Струм, протікаючи по дроту, нагріває його. Температура плавлення алюмінію та міді велика. Наприклад, мідний дрітдіаметром 1,16 мм плавиться, якщо нею пропустити струм 100 ампер, тоді як провід діаметром 1,13 мм - лише 15 ампер. Це пояснюється тим, що пластикова ізоляція дроту плавиться при нагріванні дроту понад 65°C. Отже, вибір перерізу проводів та кабелю необхідно проводити, виходячи з температури нагрівання дроту тривалим струмом.

При виборі дроту простіше перейти від діаметра дроту до величини квадратного перерізу дроту. Провід у своєму перерізі не обов'язково є колом, так само він може бути квадратом і прямокутником і навіть трикутником. При трикутному перерізі дроту важко визначити діаметр, тому прийнято вважати дроти як площу поперечного перерізу.

Площа круглої жили: S=п*r 2 =пd 2/4

Площа трикутної жили при трьох дротах у кабелі: S=п*r 2 /3

Площа трикутної жили при чотирьох дротах у кабелі: S=п*r 2 /4

Площа квадратної жили: S=a*а

Площа прямокутної жили: S=a*b

де S – площа;

r – радіус круглої жили;

d – діаметр круглої жили;

а - Довжина перерізу жили;

b – ширина перерізу жили;

Проводи, прокладені разом, гріються і підігрівають один одного, тому для вибору дроту або кабелю за таблицею «Допустимі тривалі струми для дротів і кабелів» вибираємо тип дроту або кабелю, знаходимо відповідну потужність (перша цифра) і струм (друга цифра), знаходимо перетин жили дроти чи кабелю.

Струм не залежить від напруги, а лише від потужності споживача. Тому, не має значення напруга, якою живиться споживач. Тільки струм.

Не треба враховувати провід, яким при нормальному режимі роботи устаткування струм не тече - провід заземлення. Якщо таблиці значиться струм під час прокладання трьох ПВ-1, то третій провід не провід заземлення, ще одна фаза чи нуль. У таблицях наведено гранично допустимі потужність та струми. Потужність розрахована для приладів працюючих від 220 В (фаза та нуль). Не можна перевищувати ці значення. Бажано залишати невеликий запас за потужністю – про всяк випадок. Кожне з'єднання в щитку, в коробці є споживачем енергії, правда дуже невеликим, але під нього потрібно залишити запас.

У продажу зустрічаються кабелі з маркуванням ГОСТ та ТУ. Зазвичай ГОСТ - нормальні перерізи, тобто переріз відповідає площі, тоді як ТУ - заниженого перерізу, наприклад кабель ВВГ 3*6 ТУ має переріз жили відповідної кабелю ВВГ 3*4. Саме тому купувати дроти краще зі штангенциркулем у руках.

Допустимі тривалі струми для проводів та кабелів з мідними жилами в залежності від їх кількості при прокладанні разом

Допустимі тривалі струми для проводів та кабелів з алюмінієвими жиламив залежності від їх кількості при прокладанні разом

Наприклад, потрібно підключити пральну машинудо мережі через подовжувач. Пральна машина споживає 3,5 квт. За таблицею знаходимо, що при однофазному навантаженні велика найближча потужність для «Два дроти ПВ-1 або ПВ-3 при прокладанні разом, кВт/А» 3,52 кВт, пральна машина підключається до трипровідної мережі із заземленням, тому в таблиці струм для двох одножильних проводів 16 ампер та переріз кожної жили виходить 1,5 кв. мм. Разом отримуємо кабель ПВС 3X1,5. Потрібно враховувати, що потужність, що передається кабелем, обрана впритул, тому при завантаженому режимі роботи (кип'ятіння) кабель буде трохи теплим. Щоб забезпечити запас потужністю, можна взяти кабель ПВС 3X2,5. Такий кабель дозволяє передавати 4,84 кВт зі струмом 22 ампери. На підтвердження сказаному зауважу, що у будинках зі старою проводкою пральні машини працюють нормально. Алюміній 2,5 кв.мм витримує струм 18 ампер та передає потужність 3,96 кВт. До речі, в інструкції до пральної машини сказано, що пральну машину підключати через подовжувач не можна. Це з тим, що за правилами провід заземлення нічого не винні комутуватися на штепсельних вилках і розетках. Тоді сама пральна машина не повинна мати роз'єм, але роз'єм є і незрозуміло припис не включати пральну машину через подовжувач.

Необхідно підключити пару бра з кріпленням на стіну до розподільної проводки із заштроблюванням дроту у стіну. Кожне бра на дві лампочки споживає приблизно 120 Вт. Разом споживання 2X120 = 240 Вт. За таблицею знаходимо, що при однофазному навантаженні велика найближча потужність 1,98 кВт при струмі 9 ампер. Бра підключається до двопровідної мережі, кожній жилі виходить 0,5 кв. мм. Прокладку виконуємо дротом ПВ-3 перетином 0,5 кв.мм

Промисловість випускає велику кількість дротів та кабелів. Доступно в магазинах порівняно невелика кількість, якої вистачає для електропостачання будинку. Пробивна напруга ізоляції – напруга, при якій може зруйнуватися ізоляція дроту або кабелю, тому чим вище цей показник, тим надійніший і довговічніший кабель.

ВВГнг – кабель, кожна жила з міді у вінілхлоридній ізоляції та оболонка кабелю з вінілхлориду, кабель не поширює горіння, пробивну напругу 0,66 кВ. Жили все однодротяні, тобто. цілісні. Кабель орієнтований на промислове користування.

АВВГнг – кабель, кожна жила з алюмінію у вінілхлоридній ізоляції та оболонка кабелю з вінілхлориду, кабель не поширює горіння, пробивну напругу 0,66 кВ. Жили все однодротяні, тобто. цілісні. Кабель орієнтований на промислове користування.

ПВС – кабель, кожна жила з міді у поліетиленовій ізоляції та оболонка кабелю з вінілхлориду, пробивна напруга 0,4 кВ. Жили всі багатодротяні, тобто. складаються з кількох зволікань. Кабель орієнтований побутове використання.

ПУНП - кабель, кожна жила з міді в поліетиленовій ізоляції та оболонка кабелю з поліетилену, пробивна напруга 0,25 кВ. Жили всі багатодротяні, тобто. складаються з кількох зволікань. Кабель орієнтований побутове використання.

ПВ-1 – провід, що жила з міді в полівінілхлоридній ізоляції, пробивна напруга 0,66 кВ. Жила однодротяна, провід орієнтований на розведення електросхеми у щитку.

ПВ-3 – провід, що жила з міді в полівінілхлоридній ізоляції, пробивна напруга 0,66 кВ. Жила багатодротяна, провід орієнтований на протяжку в труби, короби, кабель-канали, металорукава тощо.

Проводи та кабелі по нагріванню вибирають із невеликим запасом. Самі дроти вибирають за умовами прокладання залежно від матеріалу стін.

При виборі способу прокладання кабелів керуються насамперед логікою. За радянських часів можна було прокладати дроти в штробах. Тепер прокладання проводів без захисної оболонки є неприпустимим. Це можна пояснити тим, що потрібно збільшити продаж промислового кабелю, або тим, що після прокладки забивають цвях прямо у дріт і подвійна ізоляція кабелю збереже життя.

Спосіб прокладання кабелів та проводів залежно від матеріалу стін зведені в таблицю.

Буває, що необхідно поставити "жучок" замість запобіжника, що перегорів. Можна скористатися цвяхом, але це неправильно. Дана таблиця демонструє залежність діаметра дроту від струму, що витримується.

Прочитавши цю статтю, ви дізнаєтесь про такі питання:

У будь-якій сфері нашого життя ми активно використовуємо електрику. Звичайно, наявність електрики в будинку є однією з головних вимог нашого існування. Ця електрика подається по дротах. Причому вони підходять як до будинку або квартири, так і проходять по всіх кімнатах нашого будинку. Для передачі електричного струму використовують різні типи проводки. Найбільш популярною є проводка алюмінієва. Власне на такій проводці ми зупинимося в цій статті. Спочатку хочеться відзначити, що проводка з алюмінію не може похвалитися відмінними експлуатаційними характеристиками. Тобто її не можна назвати найпридатнішою або найдосконалішою. Однак вона зустрічається практично у кожному будинку. І це факт обумовлений особливостями самого алюмінію.

Переваги

Цей метал має малу вагу. Ця перевага сильно дається взнаки в тих ситуаціях, коли потрібно використовувати велику кількість алюмінієвого кабелю. Так, легкість цього металу робить алюмінієвий кабель лідером під час прокладання ЛЕП. Варто зазначити, що алюміній - це дуже поширений метал, і він коштує менше за мідь. Власне ці два фактори і стали причиною використання алюмінієвої проводкипри будівництві житла у СРСР.

Ще однією рисою, яку можна зарахувати до переваг, є стійкість до корозії. Хоча тут є свої нюанси. Справа в тому, що поверхня алюмінію при контакті з повітрям одразу (майже миттєво) окислюється. Зверху утворюється плівка, яка надалі захищає решту дроту від окислення. Мінус полягає у поганій здатності плівки проводити струм. У результаті місцях з'єднання кабелів виникають проблеми у проходженні струму.

Недоліки

Алюмінієве проведення характеризується високим питомим електричним опором. Цей опір дорівнює 0,0271 Ом x кв.мм/м. З огляду на цей факт, у новітніх редакціях ПУЕ зазначається, що у квартирі чи будинку можна використовувати лише ту алюмінієву проводку, поперечний переріз якої перевищує 16 кв. міліметрів.

Зрештою виходить так, що для забезпечення необхідного рівня пропускної спроможності потрібно використовувати кабель з великим перетином. Тобто необхідно монтувати проводку, яка має велику товщину. Якщо порівнювати проводку з міді, то вона має такий питомий електричний опір, який дорівнює 0,0175 Ом х кв.мм/м.

Таке проведення більш ефективне і для використання в будинку можна брати мідний кабель з меншим поперечним перетином. Як було зазначено вище, алюміній здатний окислюватися і плівка, що утворюється під час цього процесу, має погану струмопровідність. Тут є ще один нюанс: ця плівка утворюється із верхньої частини дроту. В результаті відбувається невелике зменшення поперечного перерізу, а в результаті зростає опір.

Так як плівка на алюмінієвій проводці має високий опір, то в місцях з'єднання окремих частин дроту зростає перехідний опір. Внаслідок цього проявляється у нагріванні проводки у таких місцях. У тих ситуаціях, коли зростає навантаження на алюмінієве проведення, воно починає нагріватися. Якщо провід має достатній поперечний переріз, то нічого страшного немає. Однак якщо проводка не розрахована на таке навантаження або використовується більше свого нормованого терміну експлуатації, це обов'язково призводить до її нагрівання.

Останній факт можна назвати дуже поганим для місць з'єднання. Справа в тому, що при нагріванні алюмінію відбувається зміна його форми та пластичності. Звісно, ​​дріт розширюється. Після того, як навантаження зникло і кабель охолонув, він набирає звичної форми. Однак після неодноразового повторення таких процесів відбувається ослаблення контакту кінців електропроводів.

Алюміній також має високу крихкість. Вона сильно зростає після того, як він перегрівається. Щодо терміну служби, то для алюмінієвої проводки він становить 25 років. Після цього необхідно встановлювати інший тип проводки.

Правила використання алюмінієвої проводки

Як видно, проводку, зроблену з алюмінію, не можна назвати оптимальним варіантом для використання в будинку. Однак її можна використовувати, якщо дотримуватись певних вимог:

1. Поперечний переріз має бути не менше 16 кв. міліметрів.
2. Для з'єднання окремих частин необхідно використовувати затискні контакти. При цьому слід використовувати спеціальне мастило, завдяки якому не здійснюватиметься окислення контактів, і зберігатиметься низький рівень перехідного опору.

Також з'єднання можна виконати іншим способом. Він полягає у зварюванні алюмінієвих електропроводів в розподільних коробках. Цей спосіб вимагають більших витрат та більше часу. Тому багато електриків намагаються уникнути його. З огляду на це кожен, хто монтує алюмінієву проводку у своєму будинку, повинен спостерігати за роботою електриків.

Порівняння з мідною проводкою

Таблиця порівняння алюмінію та міді у проводці

Зазначимо, що набагато простіше та безпечнішим буде використання мідної проводки. Вище ми вказували, що мідна проводка характеризується меншим питомим опором. Іншими словами мідний кабель з тим же перетином, що і алюмінієвий, може пропустити більшу кількість струму. Крім цього мідний електропровід:

• є стійкішим до фізичних впливів (він не ламається після кількох згинань);
• має великий термін придатності;
• не втрачає своїх струмопровідних властивостей під час окиснення.

Помітним фактом є й те, що алюміній та мідь окислюються. Проте плівки, що утворилися, мають різні властивості. Насамперед це стосується струмопровідності. Як ми вже зазначали, окислювальна плівка алюмінієвої проводки має слабку струмопровідність. Аналогічна плівка на мідної проводкимає високу струмопровідність. Електропроводи, виготовлені з алюмінію, окислюються значно швидше, ніж мідні дроти.

Мідь окислюється при кімнатній температурі, проте плівка, що з'являється на поверхні міді, дуже слабка і легко зруйнована. Для цього досить міцно скрутити два кабелі. Сильне окислення міді починається тоді, коли температура стає більше 70 градусів Цельсія. Можна зробити висновок, що якіснішим і, головне, безпечнішим є мідний кабель. Причина популярності алюмінію криється у його дешевизні.

Чому не можна скручувати алюмінієвий та мідний кабелі?

Звичайно, якщо ви плануєте здійснити заміну електропроводки в будинку і не можете встановити всі електропроводи, виготовлені з міді, то можете поєднати ці два типи проводки. Іншими словами, ви можете використовувати алюмінієві кабелідля подачі струму на освітлювальні приладита мідні дроти для подачі струму до розеток або потужних електроприладів. При цьому в деяких місцях виникне необхідність з'єднання мідної та алюмінієвої проводки.

З самого початку слід зазначити, що прямий контакт міді та алюмінію як мінімум не рекомендується. Це означає, що скручувати електропроводи з двох металів не можна. Чому? Причина полягає у їх фізичних властивостях. Ці два метали мають різні величиниструмопровідності та в результаті місця їх з'єднання нагріватимуться. Також цьому сприяє наявність окисних плівок.

Якщо говорити про окисну плівку на мідній проводці, то вона може проводити струм і тому не сильно впливає на нагрівання. А ось така ж плівка на алюмінієвому електропроводі має сильний опір і, відповідно, пропускає менше струму. Цей факт посилює нагрівання. У процесі нагрівання кабелі розширюються. Оскільки мідь - це твердіший метал ніж алюміній, то мідний електропровід призводить до деякої деформації алюмінієвого дроту. В результаті, коли відбувається охолодження, саме з'єднання виглядає дещо по-іншому.

Після кількох разів нагрівання та охолодження з'єднання послаблюється, а це призводить до появи проблем у вигляді перегріву, іскріння та горіння. Також має місце та поява гальванічної пари. Однак вона з'являється лише тоді, коли на з'єднання потрапляє волога. Інакше ця пара не утворюється. Гальванічна пара з'являється тому, що в місці з'єднання таких проводок, які ми називаємо мідною та алюмінієвою, починається дисоціація оксидів електропроводів. Цей процес полягає у розпаді окису на заряджені іони.

Після цього заряджені іони оксидів міді та алюмінію стають безпосередніми учасниками процесу руху струму. В результаті вони переносять заряд і також рухаються. Це особливість призводить до руйнування металу. Зрештою у проводці утворюються порожнечі та раковини. Вони у свою чергу зменшують поперечний переріз та здатність проводки пропускати струм.

Кінцевий результат - перегрів місць з'єднання. Як ми вже зазначили, цей процес виникає лише за наявності вологи. І що більше вологи у місці скручування, то швидше стає дисоціація. Думаю, ви вже зрозуміли, що допускати влучення вологи на з'єднання, а також допускати прямий контакт мідного і алюмінієвого проводів не можна.

Способи з'єднання різних типів проводки

Однак, що ж робити, якщо в будинку встановлена ​​проводка, яка складається з мідних та алюмінієвих проводів, та їх обов'язково потрібно з'єднати. У цьому випадку потрібно використовувати болтові та клемні з'єднання. Розглянемо особливості використання таких сполук. Найчастіше в будинках можна зустріти з'єднання типу горішок. Їх так називають тому, що їх зовнішній виглядсхожий на горіх. Це з'єднання утворюють три пластини.

Перед монтажем потрібно відкрутити нижню та верхню пластини. Далі між середньою та верхньою пластиною встановлюють один провід і прикручують верхню пластину. Аналогічно робиться з другим дротом. Коли нижня пластина є прикрученою, процес з'єднання є закінченим. Дещо схожим на «горішок» є болтове з'єднання. В даному випадку до одного болта примотуються два дроти. Проте між ними вставляється анодована шайба. Далі за допомогою гайки закріплюють обидва дроти.

У тій ситуації, коли в будинку відбувається заміна проводки, то мідну та алюмінієву можна з'єднати за допомогою пружинних клем. Вони ще називаються сполуками типу WAGO. Перед використанням пружинних клем потрібно зачистити дроти. Зачистити треба перші 15 мм. Після цього їх вставляють в отвори та фіксують за допомогою маленьких важелів. У середині таких клем знаходиться змащувальна речовина. Її дія така, що обидва метали не окислюються.

Корисна порада: використовувати пружинні клеми можна тільки для дротів, які є частиною освітлювальної системи. Використання в силових ланцюгах не рекомендовано з тієї точки зору, що сильні навантаження нагрівають пружинні контакти. Наслідком є ​​поганий контакт і погана провідність струму.