Tipos e características dos materiais condutores principais

1. Material condutor para cobre (Cu) chang

Propriedades elétricas

• Resistência baixaA resistência a 20 ° C é de aproximadamente 1,72 x 10-8 Ω · m, apenas superior à prata (1,59 x 10-8 Ω · m), o fluxo de carga é grande, adequado para a transmissão de alta potência.

• Boa estabilidade elétricaO coeficiente de temperatura (0,00393 / ℃) é moderado e a mudança de temperatura tem menos efeito na resistência.

Propriedades mecânicas

• Excelente extensibilidadePode ser laminado em folha de cobre extremamente fina (por exemplo, 0,01 mm) ou puxado em fios finos (por exemplo, fios de pintura de 0,02 mm), com um raio de curvatura de mais de 10 vezes o diâmetro.

• Resistência à tração moderadaA resistência à tração do cobre puro é de cerca de 220 a 250 MPa, após o cozimento cai para 190 MPa, adequado para cabos flexíveis (como cabos macios de carvalho).

Resistência à corrosão

• Resistência à corrosão atmosféricaQuase não oxida no ar seco, gerando uma camada densa de oxidação (carbonato de cobre alcalino) na superfície em ambientes úmidos, impedindo mais corrosão.

• Máis resistência ao ácido alcalinoA reação química ocorrerá quando o ácido enxofreático, ácido nítrico e outros meios corrosivos são encontrados, e é necessária uma capa isolante especial.

Custo e processabilidade

• Custo mais altoCerca de 3 a 4 vezes o preço do alumínio (cerca de 80.000 yuans / tonelada de cobre em 2025 e cerca de 22.000 yuans / tonelada de alumínio).

• Bom processamento Ji: Pode ser facilmente conectado por pressão a frio, solda (como solda por ultra-som, solda de estanho) e outros meios, a resistência da junção é baixa.

2. Alumínio (Al) custo-benefício material escolhido

Propriedades elétricas

• Alta resistênciaA resistência a 20 ° C é de cerca de 2,83 × 10-8 Ω · m, 1,67 vezes o cobre, o mesmo fluxo de carga precisa aumentar a área de corte transversal (cerca de 1,5 vezes).

• Coeficiente de temperatura ligeiramente maior0,00403 / ℃, a resistência à alta temperatura aumenta mais rápido, deve prestar atenção à redução do fluxo de carga.

Propriedades mecânicas

• Pequena densidade (2,7 g/cm³)Peso: apenas 1/3 do cobre, adequado para linhas aéreas (como linhas de transmissão de alta tensão) para reduzir a carga da torre do pólo.

• Resistência à tração baixaA resistência à tração de alumínio puro é de cerca de 90 a 120 MPa, fácil de dobrar, mas com baixa capacidade de resistência à fadiga vibratória, é necessário equipar o núcleo de aço (como o ACSR).

Resistência à corrosão

• Facilidade de oxidação da superfícieA temperatura normal gera a película fina de óxido de alumínio (Al₂O3), embora isolada (resistência 10¹²Ω·m), mas aumentará a resistência de contato da conexão, que precisa ser melhorada por meio do processo de esmalte ou pressagem.

• Resistência ácido-alcalina melhor do que cobreMelhor estabilidade em ambientes neutros ou fracamente alcalinos, como o solo.

Custo e processabilidade

• Custo baixoO preço das matérias-primas é baixo e o mesmo peso pode produzir condutores mais longos, o custo agregado é de cerca de 1/2 a 1/3 do cobre.

• Restrições de processamentoA alta dificuldade de soldagem (requer soldante de alumínio especial), a junção de pressão a frio requer maior força de pressão, e é fácil causar mau contato devido à deslização.

Outros materiais condutores (aplicações especiais)

Tabela de comparação das principais características dos condutores de cobre e alumínio

Impacto das propriedades dos materiais no cenário de aplicação

1. Cenário dominado pelo desempenho elétrico

• Alta potência e transmissão de curta distânciaComo o cabo de base da estação de substância e o cabo de conexão de equipamentos industriais, escolha o condutor de cobre como prioridade para reduzir a perda de resistência (a perda de fio de cobre é 40% menor do que o alumínio).

• Transmissão de alta tensão de longa distânciaComo linhas elevadas acima de 110kV, escolha o núcleo de alumínio (como o núcleo de aço) para reduzir os custos de instalação usando as vantagens da sua leveza, ao mesmo tempo que compensa as desvantagens da alta resistência aumentando a área de corte transversal (por exemplo, acima de 500 mm²).

2. Cenário dominado por propriedades mecânicas

• Cabos para dispositivos móveisPor exemplo, máquinas de engenharia, cabos minerais, selecionar o condutor de cobre (multi-linhas finas), aproveitando a sua flexibilidade e capacidade de resistência à fadiga de dobradura (a taxa de ruptura do condutor de alumínio após 100 dobraduras é 3 vezes maior do que o cobre).

• Linhas aéreas de grande distânciaComo a linha de transmissão trans-rio, selecionar o núcleo de aço de alumínio (núcleo de aço envolvido em alumínio), o núcleo de aço fornece resistência à tração (resistência à tração ≥ 1200MPa), a camada de alumínio é responsável pela condução elétrica.

3. Cenários dominados pela adaptação ambiental

• Ambiente húmido / corrosivoPor exemplo, plataformas marítimas, oficinas químicas, escolha o condutor de cobre e combina com uma camada de estaño (a antioxidação do estaño é melhor do que o cobre), ou escolha o condutor de liga de alumínio (adicionando magnésio, silício e outros elementos para melhorar a resistência à corrosão).

• Ambiente de alta temperaturaComo o cabo ao lado do forno metalúrgico, escolha o condutor de cobre + isolamento resistente a altas temperaturas (como a faixa de nuvem), devido ao ponto de fusão do cobre (1083 ° C) muito maior do que o alumínio (660 ° C), a segurança é maior.

Cenários sensíveis ao custo

• Fiação de construção civilComo iluminação, tomada comum, é possível usar um cabo de núcleo de alumínio (por exemplo, tipo BVL), mas note:

• Os conectores devem usar terminais de transição de cobre e alumínio (para evitar corrosão eletroquímica em contato com cobre e alumínio);

• A área de corte transversal deve ser maior do que o cabo de cobre (por exemplo, cobre 2,5 mm², alumínio 4 mm²).

Tendências de desenvolvimento de materiais condutores

1. Liga de cobre de alta condutividadeAdicionando elementos como prata e magnésio (como ligas Cu-Ag) para aumentar a resistência à tração (até 300 MPa) sem aumentar significativamente a resistência, para cabos com necessidades de alta resistência mecânica.

2. Condutores de liga de alumínioMelhore a flexibilidade do alumínio através de processos de tratamento térmico, como a recolha, ao mesmo tempo que reduz a resistência ao contato do conector (como o condutor de liga de alumínio AA8030 dos EUA, com uma resistência 10% menor do que o alumínio puro).

3. Tecnologia de condutores compostosPor exemplo, "cobre embalado com alumínio + fibra de carbono reforçada", combinando condutividade elétrica e leveza para cabos aeroespaciais.

Resumo: "Quadro de decisão tridimensional" para a seleção de materiais

1. Necessidades elétricasTamanho da potência, distância de transmissão determina a prioridade da resistência;

2. Condições mecânicas e ambientaisA mobilidade, a temperatura e a corrosão afetam a resistência e a resistência do material;

3. Limitação de custosQuando a dispersão de cobre e alumínio é superior a 3 vezes, o cabo de núcleo de alumínio é mais econômico em cenários com grandes áreas de corte transversal (por exemplo, mais de 16 mm²).