Печать
Опубликовано: 02 апреля 2014 02 апреля 2014
Просмотров: 5279 5279

 

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), γAl=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.