Categories: РазноеAuthor alexxlabPosted on No comment on Медный алюминиевый провод: Соединяем медный и алюминиевый провода: как правильно?

Медный алюминиевый провод: Соединяем медный и алюминиевый провода: как правильно?

Содержание

На замену меди и алюминию в России разработали новые сверхпрочные термостойкие материалы для авиации

27 мая 2022 15:45 Юлия Рудый

Поперечное сечение биметаллического провода. Изображение создано с помощью сканирующего электронного микроскопа.
Фото Aleksey Nokhrin et al./Materials 2022.

Медные провода имеют большой вес, а алюминиевые – демонстрируют неважную проводимость тока. И то, и другое особенно важно для авиапромышленности. Однако учёные постоянно совершенствуют технологии, и на этот раз химики из Университета Лобачевского отчитались о создании материалов, которые решают существующие проблемы.

Алюминиевые сплавы, разработанные учёными Научно-исследовательского физико-технического института (НИФТИ) Университета Лобачевского, могут стать лучшей заменой устаревшим тяжёлым медным проводам и алюминиевым проводам, которые, будучи более лёгкими, чем медь, демонстрируют низкую электропроводность. Те и другие сегодня используются в авиации, но учёные постоянно совершенствуют технологии.

Что же сделали химики? Для начала им было необходимо получить ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы. Этот порошок затем превращают в очень тонкие проводки.

Высокая прочность (такие проводки сложнее сломать/порвать) и термостойкость (они меньше реагируют на перепады температур) обеспечивается добавками циркония, скандия или гафния. Эти химические элементы дорогостоящие, поэтому нужно было снизить их содержание в конечном материале, не ухудшив при этом его свойств.

«С помощью технологии индукционного литья мы получили алюминиевые сплавы высочайшего качества. При этом удалось значительно снизить содержание редкоземельных металлов – с 7% в промышленных сплавах до 0,25 – 0,3% в наших материалах, – рассказывает заведующий лабораторией диагностики материалов НИФТИ Алексей Нохрин, один из авторов разработки.

– [Мы] особенно старались минимизировать содержание скандия – одного из самых дорогостоящих металлов в мире».

Cплавы подвергались дополнительной деформации и отжигу, что приводило к появлению в них упрочняющих их наночастиц.

Затем из сплава изготавливали биметаллический провод – алюминиевую жилу диаметром 0,2 – 0,3 миллиметра. Её позднее покрывали тонким слоем меди.

Как утверждают российские учёные, их технология позволяет создавать провода, не уступающие мировым аналогам.

«Сейчас мировые авиагиганты, такие как Boeing и Airbus, в своих самолётах используют алюминиевые провода с нанесёнными многослойными покрытиями. Например, французская фирма FSPone разработала алюминиевый провод диаметром 0,13 – 0,16 миллиметра, который имеет серебряное или никелевое покрытие, а также медный буферный подслой», – рассказала инженер лаборатории диагностики материалов НИФТИ Яна Шадрина.

Также специалисты НИФТИ ННГУ подробно изучили, как деградирует материал биметаллических проводов. Учёные выяснили, каковы предельно допустимые температуры и период эксплуатации для изделий, в течение которых проникновение меди в алюминиевый провод не приведёт к повышению его хрупкости.

В статье журнала Materials учёные приводят рекомендации по режимам использования этих проводов в авиации. Прикладная часть разработки защищена ноу-хау.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Подписывайтесь на наши страницы в соцсетях. «Смотрим» – Telegram и Яндекс.Дзен, Вести.Ru – Одноклассники, ВКонтакте, Яндекс.Дзен и Telegram.

наука физика техника химия материалы новости Россия

Ранее по теме

  • Создан сверхпроводник, работающий при нормальных температуре и давлении
  • Новый российский асфальт продлит срок службы дорог
  • Изделие из сплава стали и бронзы создали с помощью 3D-печати в Сколтехе
  • Учёные создали алмазы из пластика и выяснили, как часто идут «алмазные дожди»
  • Удар метеорита породил удивительный кристалл.
    Теперь его хотят воссоздать в лаборатории
  • В России разработали новый материал для космоса и авиации

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

Алюминий, плакированный медью — провод MWS

Провод MWS / алюминий, плакированный медью

Алюминий, плакированный медью (CCA) представляет собой плакированный биметалл, в котором в качестве сердцевины используется алюминий электропроводного качества, а внешний слой — бескислородная медь. Процесс плакирования создает постоянный непрерывный сварной шов между двумя металлами. Композитный провод уникально подходит для электрических применений, где вопросы веса и проводимости имеют решающее значение. Медь составляет 10% или 15% площади поперечного сечения провода и обеспечивает превосходную паяемость. Проводимость по переменному току на частотах выше 5 МГц равна твердой меди. CCA производится в соответствии с требованиями ASTM B-566. Пленочная изоляция доступна на сайте CCA. Варианты эмали см. в руководстве по изоляции магнитных проводов.

Алюминий, плакированный медью

Усилители, шумоподавители, специальные гитарные кабели, громкоговорители, сабвуферы и высокопроизводительное аудио

Датчики экстремальных температур