Алюмомедные провода: что это?

Большинство людей знает, что в электрике не принято допускать контакт между алюминиевыми и медными проводниками. Вместе с тем, многим полезно будет узнать, что существует специальный композитный материал – алюмомедь, который вобрал в себя всё лучшее от двух «предков» и представляет собой довольно интересный с электротехнической точки зрения проводник. На самом деле, появился он далеко не вчера: в разных справочниках и ГОСТах алюмомедь фигурировала с 80-х годов ХХ-го века. При этом материал позиционировался как новаторский и чрезвычайно перспективный с точки зрения эксплуатационных характеристик. Сегодня мы постараемся как можно полнее рассказать читателям о том, что это за материал, как он изготавливается и где используется, а также почему мы не видим кабели и провода из него на полках магазинов.

Для рядового потребителя разница в работе обычной кабельной продукции и алюмомеди заметна не будет. Другое дело, что на молекулярном уровне данный композит имеет интересные свойства, которые в своё время и привлекли внимание советских учёных-изобретателей. Если смотреть на алюмомедь сугубо формально, то доминирующим веществом в таких проводниках выступает алюминий – потому он и стоит первым в названии. Обычно его около 70-90% в объёме сечения, и причём всё это расположено «внутри», в центральной части провода. Алюминиевый сердечник лишь покрыт оболочкой, или, как её ещё называют, рубашкой из 10-30% меди, которая обеспечивает контакт жилы с внешними токопроводящими частями.

В глобальном представлении данный композит неплохо сочетает в себе положительные качества меди и алюминия, однако ни в коем случае не лишён их недостатков. Справедливым будет сказать, что алюмомедь по целому ряду характеристик уступает своим сырьевым материалам, однако всё же имеет преимущество в экономическом плане: композит выходит дешевле цельных проводников из составляющих его металлов. В условиях определённого дефицита сырья и снижения себестоимости подобное решение действительно выглядит неплохой альтернативой более привычной кабельно-проводниковой продукции. По крупному счёту, и человеку, и люстре всё равно, чем именно подводится питание к светоприбору – главное, чтобы его работа оставалась безопасной и долговременной.

Медь и алюминий

Совершенно невозможно полноценно рассматривать какие бы то ни было свойства композитного материала, не понимая, из каких веществ он состоит. Потому здесь мы предлагаем кратко проанализировать медь и алюминий с точки зрения применимости в электротехнической отрасли. В данном случае приведённые характеристики нельзя называть субъективными, поскольку упоминаться будет лишь то, что действительно имеет реальное влияние на общее качество проводника, выполненного из конкретного металла и его эксплуатационные характеристики.

Медь

1. Молекулярная структура меди обеспечивает хорошую проводимость за счёт небольшого собственного сопротивления материала прохождению электрического тока. Многие другие металлы в тех же условиях создавали бы определённые препятствия и требовали наличия большего сечения для прохождения того же количества тока.
2. При нормальной длительной эксплуатации на поверхности медного проводника может образовываться плёнка окиси, которая в целом не препятствует протеканию тока через толщу проводника. Материал имеет низкое переходное сопротивление и за счёт площади сечения жилы отлично справляется с задачей проведения тока даже в присутствии плёнки на наружной стороне.
3. Механическая прочность меди играет решающую роль в том, что её можно (и удобно!) использовать в электротехнических целях. Даже при том, что материал поддаётся небольшому растяжению, он всё равно сохраняет монолитность каждой жилы. При этом за счёт своей упругости медные проволоки можно по нескольку раз сгибать в любом направлении, не опасаясь, что они отломаются.
4. Доказанное минимальное механически прочное сечение медного проводника составляет 0,3 кв. мм. Не так много веществ в форме длинного тонкого изделия с малым сечением смогли бы выдержать разнородные механические нагрузки (см. п. 3), а после этого ещё и обеспечивать прохождение тока.
5. Обрабатывать медные жилы также довольно просто: этот металл хорошо лудится, легко спаивается при правильно созданных условиях, при необходимости допускает сварку с другими металлами. При всём этом не требуется ни специальный термоинструмент, ни исключительные навыки работы с материалом.
6. При монтаже разборных соединений медные проводники в меру податливы. До того, как были изобретены клеммы быстрого монтажа современного типа, длительное время уже существовали различные клеммные колодки. Зажимая в них медную моножилу или многопроволочный проводник, можно было не сомневаться в надёжности соединения в течение определённого длительного времени (до плановой ревизии).
7. В процессе коммутации и оконцевания медные проводники не нуждаются в специальной смазке, а обрабатываются насухую.
8. Вместе с тем, медь представляет собой достаточно тяжёлый металл, что означает не только увеличение веса конечной кабельной продукции, но и больший удельный массовый расход металла на производстве.
9. Процесс производства проводников из меди весьма технологичен, он требует многостадийной обработки сырьевого металла и его тщательной очистки от примесей. В пересчёте на объёмы промышленного выпуска, себестоимость кабеля из меди выходит довольно высокой.

Алюминий

1. Молекулярная структура алюминия в значительной мере похожа на кристаллическую решётку меди, однако проводимость материала всё же отличается. Алюминий в 1,5-2 раза хуже проводит электрический ток, а потому при использовании такого проводника мастера вынуждены применять проводники повышенного сечения.
2. Возникновение окислов на поверхности алюминиевого проводника приводит к существенному ухудшению токопроводимости. Какое-то время на заре развития электротехники оксид алюминия вообще рассматривался как изолятор для повсеместного применения и от этой идеи отказались лишь потому, что получить плёнку с нужными характеристиками в промышленных масштабах было бы крайне непросто. Даже сегодня при условии увеличения толщины плёнки алюминий переходит из разряда проводников в категорию условных диэлектриков.
3. Механическая прочность жилы из чистого алюминия (а для протекания электрического тока нужен именно как можно более чистый металл) чрезвычайно мала. Это довольно хрупкий металл, который с трудом выдерживает многократные сгибы и крайне чувствителен к сильному излому. Многие электрики знакомы с тем, насколько сложно заводить в распределительный щиток квартиры алюминиевые жилы из подъезда, не перегнув их в ту или иную сторону.
4. Кабельно-проводниковая продукция из алюминия начинает основной ряд своих типоразмеров с сечения в 2,5 кв. мм. Всё, что ниже этой величины, скорее всего не вынесет даже процесса монтажа, не говоря уж о длительной эксплуатации.
5. Обработка алюминия требует подготовки специальных условий. К примеру, сваривать его можно только в особой среде инертного газа или смеси газов, а паять необходимо исключительно с припоями и флюсами для этого металла. Хотя в целом сложность работ вполне сравнима с обработкой меди, необходимость в целом ряде дополнительных факторов снижает общую привлекательность такого материала и его удобство для мастера.
6. Чтобы создать надёжное разборное соединение алюминиевого проводника с клеммой прибора или аппаратом, необходимо тщательно зачистить жилу от возможных оксидных плёнок и обработать место присоединения смазочными материалами (техническим вазелином и другими негорючими веществами). При несоблюдении этих правил контакт может оказаться плохим, время снижения его токопроводимости уменьшится, а сама фиксируемая жила рискует обломаться в процессе монтажа.
7. Тем не менее, алюминий в три раза легче меди, что соответствующим образом влияет на вес кабеля с определённым метражом и на себестоимость единицы длины.

Приняв во внимание все позитивные стороны обоих металлов, учёным удалось изобрести подход, который если и не нивелирует, то хотя бы в максимальной степени перекрывает особые «уязвимые места» каждого материала. Алюминий, который с лёгкостью окисляется на воздухе, должен быть экранирован от него другим металлом. При этом ломкость внутреннего слоя компенсируется податливостью наружного из меди. Совокупный вес композита лишь немногим выше, чем чистый алюминий, зато потребители получают множество достоинств применения меди при себестоимости такого решения в два с лишним раза ниже.

Технология производства

Процесс покрытия алюминиевого сердечника кольцевой оболочкой из меди называется плакированием. Это особый термомеханический процесс, который намного проще всех родственных ему способов покрытия одного вещества другим. Точность процентного соотношения меди и алюминия в данном случае регулируется довольно просто, а сам процесс производства позволяет считать себестоимость продукции вполне конкурентоспособной на общем рынке.

На начальном этапе из специально очищенной электротехнической меди изготавливается полоса или лента с заранее определёнными размерами. Параллельно с этим на другом оборудовании довольно тривиальным способом изготавливается алюминиевый проводник-моножила. На определённом этапе в специальный станок подаётся полоса меди и круглая жила из алюминия. Тонкий наружный слой оборачивается вокруг сердечника и прочно к нему прижимается. В некоторых случаях, особенно при большом диаметре композитного проводника, также производится сварка стыка краёв медной полосы.

Полученная заготовка подвергается нагреву и протягивается через некоторое число вальцов, приобретая таким образом необходимую прочность и монолитность. Композит может формоваться под стандартные диаметры прокатным или вытяжным способом – это уже никак не влияет на пропорцию веществ в проводнике. Важно отметить, что при подобном заводском производстве с использованием термомеханического сращивания двух разнородных материалов вредные переходные сопротивления на границе раздела металлов чрезвычайно малы. При этом изделие имеет все проводящие свойства обоих сырьевых веществ, но оксидная плёнка на поверхности почти не образуется, ведь там находится медь.

Дешевизна и малый вес делают алюмомедные изделия довольно неплохим решением для широкого круга задач. Хотя в быту всё же не принято подключать с их помощью розетки, светильники и выключатели, такие материалы могут быть полезны там, где вес конструкции довольно важен. К примеру, такие композитные проводники нередко используют в авиации и автомобилестроении. За счёт применения алюмомеди масса кабельно-проводниковых изделий снижается на 40-60% в сравнении с обычной медью, а себестоимость решения удешевляет продукт.

На основе алюмомедных материалов также производят принципиально другие типы проводников. К примеру, высокочастотные, коаксиальные и сетевые кабели часто имеют экраны из подобного композита. Локальные компьютерные сети также могут использовать алюмомедь, но в таком случае не стоит надеяться на чересчур высокую скорость передачи данных. Оптимальная сфера применения в области цифровых технологий и электроники – низкоуровневая заводская автоматизация.

Что касается применения алюмомеди в быту, то здесь имеются свои особенности. К примеру, заменить алюминиевый провод композитным того же сечения вполне допустимо, а вот для замены медного придётся использовать следующий больший типоразмер алюмомеди. При должном навыке и понимании электротехнического дела подобные манипуляции помогут немного сэкономить совершенно без потери в качестве и надёжности коммуникаций.

Есть у алюмомеди и совершенно неожиданное свойство – она весьма непопулярна у расхитителей проводов ради металла. Всё дело в том, что скупщики неохотно принимают композит, ведь последующее разделение на компоненты – довольно сложный и дорогой процесс. Сегодня найти этот материал в продаже может оказаться непросто, поскольку его обычно в больших масштабах закупают промышленные предприятия. Тем не менее, если Вам хочется поэкспериментировать с композитом, его всегда можно приобрести через интернет.