Алюминий и его сплавы, используемые в электротехнике (фото Daniel Richert @ Flickr)
Введение
Алюминий используется в течение многих лет в качестве материала для проводников практически во всех отраслях электротехники. В дополнение к чистому алюминию несколько его сплавов также являются отличными проводниками, сочетающими структурную прочность с вполне приемлемой проводимостью.
Алюминий используется везде в электротехнической промышленности. Двигатели намотаны им, с ним производятся линии высокого напряжения, и падение от линии электропередач до коробки выключателя вашего дома, вероятно, является алюминиевым.
Материал легче, чем медь (около одной трети плотности), и поэтому его легче обрабатывать; он также дешевле.
Другое преимущество заключается в том, что его цена не подвержена широким колебаниям, как медь. В 1960-х и 1970-х годах во всем мире наблюдался резкий рост цен на медь. Это привело ко многим случаям использования алюминия в ситуациях, когда медь ранее была нормой.
В некоторых приложениях, например, в отечественной электропроводке и обмотках трансформаторной фольги, описанных ниже, алюминий оказался менее подходящим, чем изначально надеялся, так что в конце 1990-х годов было некоторое возвращение к меди, и использование алюминия, как правило, ограниченный теми приложениями, для которых он явно превосходит.
Существуют две группы британских стандартных спецификаций для алюминия:
- Один покрывающий алюминий для электрических целей, который относится к алюминию высокой чистоты с упором на электрические свойства и
- Второй вопрос касается алюминия для общего машиностроения.
Алюминий для электрических целей охватывает марки с удельной проводимостью между 55% и 61% Международным стандартом медного проката (IACS) и включает чистый алюминий.
Ниже приведены соответствующие британские стандарты:
- BS 215 Часть 1: (IEC 207) Алюминиевые многожильные проводники для воздушных линий электропередачи.
- BS 215 Часть 2: (IEC 209) Алюминиевые проводники, армированные сталью для воздушных линий электропередачи.
- BS 2627. Кованый алюминий для электрических целей - провод.
- BS 2897. Кованый алюминий для электрических целей - полоса с нарисованными или свернутыми краями.
- BS 2898. Кованый алюминий для электрических целей - стержни, экструдированные круглые трубы и секции.
- BS 3242. (IEC 208) Многожильные проводники из алюминиевого сплава для воздушной передачи энергии.
- BS 3988. Кованый алюминий для электрических целей - сплошные проводники для изолированных кабелей.
- BS 6360. Технические характеристики для проводников в изолированных кабелях и шнурах.
Эта группа спецификаций включает чистый алюминий класса 1350 (ранее 1E) с проводимостью 61% IACS и классом 6101A (ранее 91E), который является термообработанным сплавом с умеренной прочностью и проводимостью 55% IACS.
Алюминий для общего машиностроения включает марки с удельной проводимостью до 30% IACS, но с высокой прочностью конструкции, до 60% от уровня стали, с большим вниманием к механическим свойствам.
Это распространяется на следующие британские стандарты:
- BS 1471 Кованые алюминиевые и алюминиевые сплавы - вытяжная трубка.
- BS 1472 Кованые алюминиевые и алюминиевые сплавы - ковка и поковки.
- BS 1473 Кованые алюминиевые и алюминиевые сплавы - заклепка, болт и шток.
- BS 1474 Кованые алюминиевые и алюминиевые сплавы - стержни, экструдированные круглые трубы и секции.
- BS 1475 Кованые алюминиевые и алюминиевые сплавы - проволока.
- BS 1490 Алюминиевые слитки и отливки (основанные на ISO, но не идентичные ISO 3522).
- BS EN 485 Алюминий и алюминиевые сплавы - лист, полоса и плита.
Эта группа спецификаций включает класс 1050A (ранее 1B) с проводимостью 61, 6 IACS, класс 1080A (ранее 1A), также с проводимостью 61, 6 IACS и сорт 1200 (ранее 1C) с проводимостью 59, 5% IACS. Эти марки обычно используются в листовой форме толщиной до 10 мм или плите толщиной более 10 мм.
Более подробную информацию о сортах алюминия и технических характеристиках можно получить в Федерации алюминия.
Применение алюминия
Шинопроводы
Алюминий используется для сборных шин более 60 лет, а с 1960 года все больше используется для широкого спектра применений сборных шин из-за его легкого веса и долговечности.
Трубчатый алюминий используется исключительно для шин подстанций под напряжением 275 кВ и 400 кВ (газоизоляционная линия передачи - GIL) и все чаще используется на 132 кВ для реконструкции подстанций и реконструкции.
Алюминий используется на крупных промышленных предприятиях, таких как плавильные и электрохимические заводы, из-за наличия больших секций литых полос (до 600 мм × 150 мм). Алюминий также используется в распределительных устройствах и растущих основных системах из-за его более легкого веса по сравнению с медью.
Основная проблема с алюминием заключается в быстроте, с которой он окисляется, когда поверхность подготовлена для болтового соединения. В исследование была включена большая часть исследований, особенно с сильными токами, возникающими между генератором и связанным с ним повышающим трансформатором. Это привело к значительному улучшению методов соединения.
Болтовые соединения в алюминиевых шинах, которые подвергаются частым демонтажам, часто гальванизируются с использованием серебра или олова.
кабель
Алюминий широко используется в качестве проводников с поперечным сечением 16 мм 2 для силовых кабелей до 66 кВ. Алюминий обычно не обнаруживается в бытовых электроустановках из-за специальных методов соединения и оконечной нагрузки, необходимых для обеспечения долговечности безотказного обслуживания.
Воздушные линии
Арматурные проводники acsr (с алюминиевым проводником) используются во всем мире для систем распределения электроэнергии.
Acar (армированный алюминиевым сплавом из алюминиевого проводника) все чаще используется с 1960 года из-за устранения риска биметаллической коррозии и повышенной проводимости для данного поперечного сечения. Проводники Acar для поддержки контактного провода также находят поддержку железнодорожным властям для схем электропередачи на верхнем пределе из-за их меньшего веса и уменьшенного риска кражи по сравнению с медью.
Моторы
В роторах сердечника для асинхронных двигателей часто используются алюминиевые стержни. Корпуса также изготавливаются из материала, как и вентиляторы, используемые для охлаждения двигателя.
Обмотки фольги
Алюминий является нормой для обмоток конденсаторов от наименьших типов, используемых в осветительной арматуре, к конденсаторам большой мощности.
Обмотки фольги подходят для некоторых трансформаторов, реакторов и соленоидов. Толщина фольги колеблется от 0, 040 мм до 1, 20 мм за 34 шага. Получается лучший коэффициент пространства, чем для медной катушки с проволочной намоткой, алюминиевый проводник занимает около 90% пространства против 60% для медной проволоки.
Нагрев и охлаждение обеспечивается лучшим пространственным фактором и меньшим количеством изоляции, необходимой для обмотки фольги. Быстрый радиальный теплообмен обеспечивает ровный температурный градиент.
Недостатком алюминия является его более низкая механическая прочность, особенно с точки зрения изготовления концевых соединений обмоток.
Поэтому тенденция заключалась в том, чтобы обратиться к использованию медной фольги для обмоток низкого напряжения с воздушной изоляцией.
Алюминиевая фольга, однако, почти исключительно используется для обмоток HV трансформаторов с литой смолой, так как она имеет коэффициент теплового расширения, близкий к коэффициенту теплового расширения, чем медь, которая, таким образом, уменьшает термические напряжения, возникающие при нагрузке.
Константы и физические свойства алюминия очень высокой чистоты
| Описание | Стоимость |
| Атомный номер | 13 |
| Атомный объем | 10 см 3 / г-атом |
| Атомный вес | 26, 98 |
| валентность | 3 |
| Кристальная структура | ГЦК |
| Межатомное расстояние (координационный номер 12) | 2, 68 kX |
| Теплота сгорания | 200 k кал / г-атом |
| Скрытая теплота плавления | 94, 6 кал / г |
| Температура плавления | 660, 2oC |
| Точка кипения | 2480oC |
| Давление паров при 1200 ° C | 1 × 10 -2 мм рт. Ст. |
| Средняя удельная теплоемкость (0-100 ° C) | 0, 219 кал / г ° C |
| Теплопроводность (0-100 ° C) | 0, 57 кал / см с ° C |
| Температурный коэффициент линейного расширения (0-100 ° C) | 23, 5 × 10 -6 на ° C |
| Электрическое сопротивление при 20 ° C | 2, 69 мкмч |
| Температурный коэффициент сопротивления (0-100 ° C) | 4, 2 × 10 -3 на ° C |
| Электрохимический эквивалент | 3, 348 × 10 -1 г / А |
| Плотность при 20 ° C | 2, 6898 г / см 3 |
| Модуль упругости | 68, 3 кН / мм 2 |
| Модуль кручения | 25, 5 кН / мм 2 |
| Коэффициент Пуассона | 0, 34 |
Отопительные элементы
Агрегаты из алюминиевой фольги были разработаны, но в настоящее время широко не используются. Применения включают обои пленочной пленки, отверждение бетона и, возможно, почвенное потепление.
Охладители
Высокая теплопроводность алюминия и простота экструдирования или отливки в твердые или полые формы с помощью интегральных ребер делают материал идеальным для радиаторов.
Полупроводниковые приборы и трансформаторные емкости иллюстрируют широкое разнообразие приложений в этой области. Его легкий вес делает его идеальным для стационарных трансформаторных резервуаров, и он имеет дополнительное преимущество в том, что материал не реагирует с трансформаторным маслом с образованием осадка.
Ресурс: Newnes Electrical Pocket Book - EA Reeves; Martin J. Heathcote
(получите эту книгу в Амазонке)