Χαλκός στην Ηλεκτρική Βιομηχανία: Αγωγιμότητα και Επιλογή

Γιατί ο χαλκός κυριαρχεί στην ηλεκτρική αγωγιμότητα

Το διεθνές πρότυπο ανοπτημένου χαλκού καθορίζει 100% IACS σε ειδική ειδική αντίσταση ίση με 58,0 MS/m και ο εμπορικά καθαρός χαλκός φτάνει σε αυτό το επίπεδο, γι' αυτό ο χαλκός παραμένει ο αγωγός αναφοράς για τα κυκλώματα καλωδίων, ζυγών, περιέλιξης μετασχηματιστή και κινητήρα. Η αγωγιμότητα είναι εξαιρετικά ευαίσθητη στις διαλυμένες ακαθαρσίες: ένα κλάσμα ενός τοις εκατό του φωσφόρου μπορεί να τραβήξει ένα προϊόν χαλκού σε περίπου 85% IACS, ενώ ο σίδηρος, το αρσενικό και το θείο έχουν παρόμοια δυσανάλογη επίδραση. Οι προσθήκες κράματος που αυξάνουν την αντοχή, όπως το βηρύλλιο ή το χρώμιο στις οικογένειες του χαλκού-βηρυλίου και του χαλκού-χρώμιου, μειώνουν περαιτέρω την αγωγιμότητα, επομένως ο σχεδιασμός του αγωγού είναι πάντα ένα εμπόριο μεταξύ της τρέχουσας ικανότητας μεταφοράς-και της μηχανικής αντοχής.

Κατηγορίες αγωγιμότητας, ιδιοσυγκρασίες και πρότυπα

Το φύλλο, η ταινία και η πλάκα για ηλεκτρικές κατασκευές παραγγέλνονται σύμφωνα με το ASTM B152, η ράβδος διαύλου για το ASTM B187, το σκληρό-σύρμα και το ανόπτηση στο ASTM B1 και το ASTM B3 και η ράβδος για το σχέδιο αγωγού σύμφωνα με το ASTM B49 ή το EN 13601. Οι χημικοί χαρακτηρισμοί και οι ονομασίες περιορισμού GBT 5231. Ο έλεγχος ιδιοτήτων αγωγού πραγματοποιείται με τη μέθοδο ειδικής αντίστασης του ASTM B193 ή IEC 60468 και η ηλεκτρική απόδοση του καλωδίου επαληθεύεται από τη σειρά GB/T 3048. Οι θερμοκρασίες κυμαίνονται από ανόπτηση έως μισή-σκληρή έως σκληρή και η επιλογή θέτει την ισορροπία μεταξύ της μορφοποίησης κατά την περιέλιξη του πηνίου και της αντίστασης στην παραμόρφωση κατά τη λειτουργία.

Μεταφορά και Διανομή Ηλεκτρικής Ενέργειας

Ο χαλκός υψηλής{0} αγωγιμότητας καταναλώνεται σε αγωγούς καλωδίων ισχύος, ζυγούς, περιελίξεις μετασχηματιστή, διαδρομές ρεύματος διακοπτών, βύσματα και βύσματα. Το μέγεθος του αγωγού εξισορροπεί πρώτα το κόστος έναντι της απώλειας αντίστασης διάρκειας ζωής και σε κυκλώματα συνεχούς φόρτωσης η οικονομικά βέλτιστη διατομή-είναι συχνά μεγαλύτερη από το ελάχιστο μέγεθος που ικανοποιεί μόνο την αύξηση της θερμοκρασίας, επειδή η ενέργεια που εξοικονομείται κατά τη διάρκεια ζωής υπερβαίνει το πρόσθετο μέταλλο. Ο χαλκός εξακολουθεί να προτιμάται σε συμφορημένες υπόγειες διαδρομές, όπου η αγωγιμότητά του επιτρέπει ένα μικρότερο εγκατεστημένο περίβλημα από ένα ισοδύναμο αλουμινίου της ίδιας ονομαστικής ισχύος.

Κινητήρες, Γεννήτριες και Μετασχηματιστές

Οι ηλεκτρικοί κινητήρες και τα συστήματα που κινούν αντιπροσωπεύουν περίπου το 60 % της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας στις βιομηχανικές οικονομίες, γεγονός που καθιστά τα μικρά κέρδη απόδοσης στον σχεδιασμό μηχανών εμπορικά σημαντικά. Οι στάτορες, οι ρότορες και τα εξαρτήματα του άξονα χρησιμοποιούν υψηλής-αγωγιμότητας, υψηλής-αντοχής χαλκό και κράματα χαλκού, και τα μεγάλα μηχανήματα χρησιμοποιούν κοίλους αγωγούς χαλκού που ψύχονται εσωτερικά με νερό ή υδρογόνο. Η αύξηση της διατομής-χάλκου μιας περιέλιξης είναι μία από τις καθιερωμένες διαδρομές για υψηλότερη κατηγορία απόδοσης και για τον ίδιο λόγο έχουν υιοθετηθεί ρότορες από χυτό χαλκό στην παραγωγή όγκου. Στην κατασκευή μετασχηματιστών κυριαρχεί η περιέλιξη από χαλκό ή αλουμίνιο. όπου επιλέγεται ο χαλκός, η τάξη αγωγιμότητας, η θερμοκρασία και η κατάσταση της ακμής της λωρίδας καθορίζονται για να διατηρούνται υπό έλεγχο οι απώλειες δινορεύματος και αδέσποτων.

Εργοστάσιο Μηχανημάτων, Μεταλλουργίας και Ηλεκτροχημικών

Έξω από την αγορά αγωγών, χάλκινα γρανάζια, ατέρμονες ρόδες, σύνδεσμοι, συνδετήρες, ρουλεμάν και χιτώνια φέρουν κινούμενα φορτία, ενώ ο μπρούτζος από πυρίτιο και ο μπρούτζος από κασσίτερο εξυπηρετούν ελαστικά στοιχεία και εξαρτήματα ανθεκτικά στη διάβρωση-. Η ηλεκτρομεταλλουργία καταναλώνει χαλκό σε υδρόψυκτα επαγωγικά πηνία-, σε ζυγούς προς κυψελωτές γραμμές και σε καλούπια συνεχούς χύτευσης από χαλκό-χρώμιο-ζιρκόνιο ή ασήμι-που φέρει χαλκό, όπου η υψηλή θερμική αγωγιμότητα πρέπει να συνδυαστεί με αντίσταση σε μαλακό. Ο χαλκός χρησιμοποιείται επίσης ως πρόσθετο κράματος: προσθήκες στην περιοχή από 0,2 % έως 0,5 % βελτιώνουν την αντοχή και την ατμοσφαιρική και θαλάσσια αντίσταση στη διάβρωση του δομικού χάλυβα χαμηλού{9}}κράματος και χρησιμοποιούνται κράματα αλουμινίου που σκληρύνουν με χαλκό{10}}στις κατασκευές μεταφοράς.

Προδιαγραφή και Επιθεώρηση Ηλεκτρικού Χαλκού

Ο ηλεκτρικός χαλκός παραγγέλνεται με την ονομασία, την ιδιοσυγκρασία, τις διαστάσεις και την ανοχή, την κατάσταση των άκρων και την απαίτηση αγωγιμότητας που αναφέρονται στην παραγγελία. Η επαλήθευση καλύπτει την ειδική αντίσταση σύμφωνα με το ASTM B193 ή το IEC 60468, την αντοχή σε εφελκυσμό και την επιμήκυνση, το μέγεθος κόκκου όπου εμπλέκεται κάμψη ή διαμόρφωση και ελέγχους διαστάσεων έναντι των ανοχών ASTM B152 ή EN 13601. Η ταινία και ο δίαυλος παρέχονται με πιστοποιητικό δοκιμής μύλου στο EN 10204 3.1 που αναφέρει τον αριθμό θερμότητας, τη χημική ανάλυση και τα ηλεκτρικά αποτελέσματα, και τα βάρη του πηνίου ή της δέσμης έχουν συμφωνηθεί έτσι ώστε να μην διακόπτονται οι αυτοματοποιημένες γραμμές περιέλιξης και διάτρησης. Η καθαριότητα μετράει όσο και η σύνθεση: η κλίμακα οξειδίου, οι λωρίδες και οι ακμές υποβαθμίζουν την αντίσταση επαφής και μπορούν να καταστρέψουν τη μόνωση κατά την περιέλιξη, επομένως η κατάσταση της επιφάνειας ελέγχεται πριν από την αποστολή.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε: Τι σημαίνει 100% IACS;

Α: Είναι το διεθνές πρότυπο ανοπτημένου χαλκού, που ορίζει ειδική αντίσταση όγκου 0,017241 ohm τετραγωνικό χιλιοστό ανά μέτρο, που ισοδυναμεί με 58,0 MS/m. Η αγωγιμότητα των προϊόντων χαλκού αναφέρεται ως ποσοστό αυτής της τιμής αναφοράς.

Ε: Ποιος χαλκός χρησιμοποιείται για ηλεκτρικές εφαρμογές;

Α: Ο ηλεκτρολυτικός χαλκός C11000 είναι το υλικό αγωγού γενικής χρήσης. Επιλέγονται-ελεύθερα οξυγόνο C10100 και C10200 για λειτουργία κενού και υψηλής-συχνότητας, ασήμι-με ρουλεμάν C10700 όπου απαιτείται μαλακωτική αντίσταση στη θερμοκρασία και φώσφορο{9}αντί για αγωγούς αγωγών{1}αποξειδωμένου φωσφόρου C12200

Ε: Γιατί ο φώσφορος μειώνει την ηλεκτρική αγωγιμότητα τόσο απότομα;

Α: Ο φώσφορος παραμένει σε στερεό διάλυμα στον χαλκό και διασκορπίζει ηλεκτρόνια αγωγιμότητας. Ακόμη και ένα υπολειπόμενο επίπεδο μερικών εκατοστών του τοις εκατό είναι αρκετό για να μειώσει την αγωγιμότητα σε περίπου 85 % IACS, γι' αυτό ο αποοξειδωμένος χαλκός χρησιμοποιείται για μεταφορά θερμότητας και όχι για αγωγούς.

Ε: Πώς επαληθεύεται η αγωγιμότητα του αγωγού;

Α: Με τη μέτρηση της ειδικής αντίστασης σε ένα κατεργασμένο ή σχεδιασμένο δείγμα χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ASTM B193 ή IEC 60468 και μετατρέποντας το αποτέλεσμα σε ένα ποσοστό της αναφοράς IACS. Τα αποτελέσματα αναφέρονται μαζί με δεδομένα εφελκυσμού και επιμήκυνσης στο πιστοποιητικό δοκιμής μύλου.

Ε: Εξακολουθεί ο χαλκός να είναι ο καλύτερος αγωγός για μεγάλα καλώδια;

Α: Ο χαλκός προσφέρει την υψηλότερη αγωγιμότητα από τα εμπορικά διαθέσιμα μέταλλα αγωγών, επομένως επιτρέπει τη μικρότερη διατομή-για ένα δεδομένο ρεύμα. Το αλουμίνιο είναι ελαφρύτερο και χαμηλότερο σε κόστος ανά μονάδα μάζας και παραμένει ανταγωνιστικό σε μεγάλα γενικά ανοίγματα όπου το βάρος διέπει.

Ε: Τι προκαλεί τα κέρδη απόδοσης κινητήρα από την περιεκτικότητα σε χαλκό;

Α: Οι απώλειες χαλκού είναι ανάλογες της πυκνότητας ρεύματος. Η μεγέθυνση της διατομής-περιέλιξης μειώνει την αντίσταση και συνεπώς την ενέργεια που χάνεται ως θερμότητα, γι' αυτό χρησιμοποιούνται αυξημένοι ρότορες πλήρωσης και χυτού χαλκού για την επίτευξη υψηλότερων κατηγοριών απόδοσης.