В качестве проводниковых материалов в электрических установках используют различные металлы, главным образом алюминий, медь, сталь и их сплавы с другими металлами.
Алюминий — металл сравнительно легкий (удельная масса 2,7) и недорогой, он хорошо противостоит атмосферным воздействиям. Получают его электролизом из окиси алюминия, находящейся в неисчерпаемых количествах в ряде пород земной коры.
По электропроводности алюминий занимает третье место после серебра и меди. Удельное сопротивление алюминия при 20°С составляет 0,295 Ом-мм 2/м, что в 1,6 раза больше электрического сопротивления меди.
Несмотря на меньшую (более чем вдвое) по сравнению с медью прочность и худшую проводимость, алюминиевые провода вследствие меньшей дефицитности, легкости и меньшей стоимости почти совершенно вытеснили медные провода на воздушных линиях, в электропроводках и в значительной степени — медные шины на подстанциях.
Удельная масса (или, как раньше называли, удельный вес) алюминия в 3,3 раза меньше удельной массы меди. Таким образом, если применить алюминиевые провода даже более толстые, чем медные, но такой же проводимости (для чего сечение алюминиевых проводов принять в 1,6 раза больше медных), то они все равно вдвое легче и при этом дешевле медных.
Алюминиевые провода непрочны, поэтому на воздушных линиях бывают аварии из-за их обрыва. Более прочны сталеалюминиевые провода, состоящие из стального сердечника, обвитого снаружи алюминиевыми проволоками.
Существенное повышение надежности работы электрических сетей может быть достигнуто внедрением высокопрочных проводов из алюминиевых сплавов. Удачное сочетание высоких механических свойств без заметного снижения электропроводности получают, применяя алюминиевые сплавы со следующим химическим составом: алюминий — от 98 до 98,6% и магний, кремний и железо по 0,45—0,65%. Отечественная промышленность изготавливает из алюминиевого сплава АВ-Е (табл. 2) неизолированные провода марок АН (провод из алюминиевого сплава без термообработки) и АЖ (термообработанный). Конструкция проводов АН и АЖ аналогична конструкции проводов марки А (алюминиевых).
Таблица 2
Некоторые физические свойства неизолированных проводов из алюминия
Показатели | Провода из алюминиевого сплава | Алюминиевые | Сталеалюминиевые провода АС | |
АЖ | АН | |||
Удельная масса, г/см3 | 2,7 | 2,7 | 2,7 | 3,47 |
Предел прочности при растяжении, Н (кгс)/мм2 | 294—314 | 216—236 | 137—147 | 284—294 |
Удлинение при разрыве, % | 2—3 | 1,5 | 1 | 1 |
Удельное сопротивление, Ом-мм2/м | 0,032 | 0,03 | 0,029 | 0,029 (алюминиевая часть) |
Провода из алюминиевого сплава (особенно АЖ) имеют ряд преимуществ. Они прочнее алюминиевых; поверхность их тверже, что уменьшает повреждения при монтаже и эксплуатации; они имеют большее удлинение при разрыве, что улучшает перегрузочную способность; обладают большей стойкостью против коррозии по сравнению со сталеалюминиевыми и большей стойкостью к вибрации. Прочность и сравнительная легкость проводов позволяют увеличить пролеты и уменьшить число опор на линии, что ведет к значительной экономии.
Медь. Преимущества меди — малое удельное сопротивление (0,0175 Ом-мм2/м), сравнительно большая сопротивляемость истиранию, твердость и прочность — до 394 Н/мм2 (40 кгс/мм2), стойкость против коррозии. Медь широко применяется в электротехнике для изготовления троллейных и обмоточных проводов и токоведущих частей различных электрических аппаратов.
Бронза — сплав меди с оловом, кадмием, бериллием, фосфором и другими элементами. Кадмиевая бронза устойчива против трения, поэтому ее применяют для контактных проводов и коллекторных пластин особо ответственного назначения. Из бериллиевых и фосфористых бронз изготовляют контактные пружины, детали выключателей и др.
Латунь — сплав меди и цинка — применяется для деталей электрических аппаратов и приборов, в которых нужны повышенные (по сравнению со свойствами меди) механические и физические свойства.
Сталь проводниковая является наиболее дешевым материалом для проводов и обладает, кроме этого, большой механической прочностью. Но удельное электрическое сопротивление стальных проводов относительно велико (0,1—0,14 Ом-мм2/м), вследствие чего стальной провод в 15—16 раз тяжелее алюминиевого провода такой же проводимости. Увеличение массы проводов требует соответствующего повышения прочности опор, а следовательно, удорожает установку.
При прохождении по стальному проводнику переменного тока сказывается явление поверхностного эффекта, то есть возрастания плотности тока у поверхности провода, что еще больше увеличивает сопротивление. Кроме того, возникают потери мощности на перемагничивание. Наконец, стальные провода подвержены коррозии (ржавлению), от которой их не вполне защищает оцинковка.
В силу всех этих причин стальные провоза применяют лишь для некоторых второстепенных линий малой мощности, а также на ответвлениях к вводам в здания.
Стальные токопроводящие шины применяют на подстанциях. При устройстве заземлений также используют стальные проводники (полосовую и круглую сталь) и стальные электроды заземления.
