Сложный выбор - медные или алюминиевые шины и провода. Что лучше проводит ток алюминий или медь

Такие металлы как алюминий и медь применяются в электропроводке гораздо чаще других металлов, поскольку являются очень хорошими и недорогими проводниками.

Но какой же конкретно материал (медь или алюминий) лучше по своим проводящим свойствам. В данной статье мы попытаемся выяснить это.

Начнем сперва с физического описания этих материалов. Медь представляет собой мягкий и ковкий металл с ярким золотисто-коричневым оттенком. Алюминий представляет собой серебристый металл, который легче и прочнее меди.

Теперь поговорим о проводимости этих материалов. Эти два металла близки по шкале проводимости, причем медь имеет более желательную характеристику. Проводимость меди составляет около 0.6 МОм/см, а алюминия – около 0.4 МОм/см.

Что же касается сопротивления проводника? Провод длиной в один метр с поперечным сечением в один квадратный миллиметр имеет сопротивление 1.7 миллиома (0,0017 Ом), если он сделан из меди, и 2.5 миллиома (0,0025 Ом), если это алюминиевый провод.

Каково же их использование в проводке? Благодаря отличным электрическим свойствам медь широко используется для электропроводки. При распределении электроэнергии иногда вместо меди используется алюминий. Впрочем, цена на алюминий несколько выше и составляет примерно одну треть от стоимости меди.

У алюминия в составе проводов есть еще один немаловажный недостаток. Алюминий когда-то очень широко использовался в домашней электропроводке, но он легко коррозировал, что могло привести к высокому сопротивлению и накоплению тепла в точках соединения. Из-за этой опасности в 1970-х годах использование алюминиевой проволоки было ограничено. Поэтому медь на сегодняшний день в электропроводке можно увидеть гораздо чаще.

.
Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.

Медь

Лекция 4. Материалы высокой проводимости

К группе проводниковых материалов принято относить проводники с удельным электрическим сопротивлением в нормальных условиях не более 10 -7 Ом×м. Наиболее распространенными среди этих материалов являются медь и алюминий.

Медь – элемент побочной подгруппы первой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Обозначается символом Cu (лат. Cuprum ). Простое вещество медь – это пластичный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). Медь на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Преимущества меди, обеспечивающие её широкое применение в качестве проводникового материала, следующие: 1) малое удельное сопротивление (из всех металлов только серебро имеет несколько меньшее удельное сопротивление, чем медь); 2) достаточно высокая механическая прочность; 3) удовлетворительная в большинстве случаев стойкость к коррозии (даже в условиях повышенной влажности медь окисляется на воздухе значительно медленнее, чем, например, железо; интенсивное окисление меди происходит только при повышенных температурах; 4) хорошая обрабатываемость: медь прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра; 5) относительная легкость пайки и сварки.

Свойства меди. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра, удельная проводимость при 20 °C 55 – 58 МСм/м). Плотность 8,96 г/см 3 , Т пл = 1083 о С,

Существует ряд сплавов меди: латуни – с цинком, бронзы – с оловом и другими элементами, мельхиор – с никелем, баббиты – со свинцом, и другие.

Удельная проводимость меди весьма чувствительна к наличию примесей и снижается в зависимости от вида примеси: Zn, Cd, Ag – на 5% ; Ni, Sn, Al ‒ на 25–40%; Be, As, Fe, Si, P – на 55%. В то же время присадки многих металлов повышают механическую прочность и твердость меди.

Получение меди. Медь получают путем переработки сульфидных руд, чаще других встречающихся в природе. После ряда плавок руды и обжигов с интенсивным дутьем, медь обязательно подвергают электролитической очистке. Можно получить различную по физическим свойствам медь:

– методом холодной протяжки получают твердую медь (ТМ), которая имеет высокий предел прочности при растяжении, твердость и упругость при изгибе; проволока из твердой меди несколько пружинит. Имеет малое относительное удлинение при изгибе;

– методом отжига получится мягкая медь (ММ), которая пластична, обладает малой твердостью и прочностью, более высокой удельной проводимостью. Также обладает весьма большим относительным удлинением при разрыве.

Применение меди. Медь применяют в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, шин распределительных устройств, обмоток трансформаторов, электрических машин, токоведущих деталей приборов и аппаратов, анодов в гальваностегии и гальванопластике. Медные ленты используют в качестве экранов кабелей. Твердую медь употребляют в тех случаях, когда необходимо обеспечить особенно высокую механическую прочность, твердость и сопротивляемость истиранию, например, для изготовления неизолированных проводов. Если же требуется хорошая гибкость и пластичность, а предел прочности на растяжение не имеет существенного значения, то предпочтительнее мягкая медь (например, для монтажных проводов и шнуров). Из специальных электровакуумных сортов меди изготавливают детали клистронов, магнетронов, аноды мощных генераторных ламп, выводы энергии приборов СВЧ, некоторые типы волноводов и резонаторов. Кроме того, медь используют для изготовления фольгированного гетинакса и применяют в микроэлектронике в виде осажденных на подложки пленок, играющих роль проводящих соединений между функциональными элементами схемы. Несмотря на большой коэффициент линейного расширения по сравнению с коэффициентом расширения стекол, медь применяют для спаев со стеклами, поскольку она обладает рядом замечательных свойств: низким пределом текучести, мягкостью и высокой теплопроводностью. Для впаивания в стекла медному электроду придают специальную форму в виде тонкого рантика, благодаря чему такие спаи называют рантовыми.

Недостатком меди является ее подверженность атмосферной коррозии с образованием окисных и сульфидных пленок. Скорость окисления быстро возрастает при нагревании, однако прочность сцепления окисной пленки с металлом невелика. Вследствие окисления медь не пригодна для слаботочных контактов. При высокой температуре в электрической дуге окись меди диссоциирует, обнажая металлическую поверхность. Металлическое отслаивание и термическое разложение вызывает повышенный износ медных контактов при сильных токах.

Алюми́ний – элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium ). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния). Простое вещество алюминий – лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия. Плотность 2,7 г/см 3 , Т пл = 660 о С.

Алюминий – второй по значению (после меди) проводниковый материал – металл серебристо-белого цвета, важнейший из так называемых легких металлов. Удельное сопротивление алюминия в 1,6 раза больше удельного сопротивления меди, но алюминий в 3,5 раза легче меди. Благодаря малой плотности обеспечивается большая проводимость на единицу массы, т. е. при одинаковом сопротивлении и одинаковой длине алюминиевые провода в два раза легче медных несмотря на большее поперечное сечение. К тому же по сравнению с медью алюминий намного больше распространен в природе и характеризуется меньшей стоимостью. Отмеченные обстоятельства обусловливают широкое применение алюминия в электротехнике. Алюминий получают электролизом глинозема Al 2 O 3 в расплаве криолита Na 3 AlF 6 .

Преимущества алюминия, которые обеспечивают ему широкое применение в качестве проводникового материала, следующие:

– малая плотность (легкий материал);

– дешевизна и доступность;

– распространенность в природе (1-е место по количеству среди металлов в земной коре).

Пленки алюминия широко используют в интегральных микросхемах в качестве контактов и межсоединений. Последние обеспечивают связь между отдельными элементами схемы и внешние присоединения. Нанесение пленок на кремниевые пластинки обычно производят методом испарения и конденсации в вакууме. Требуемый рисунок межсоединений создается с помощью фотолитографии. Преимущества алюминия как контактного материала состоит в том, что этот материал легко напыляется, обладает хорошей адгезией к кремнию и плёночной изоляции из SiO 2 , широко используемой в полупроводниковых интегральных схемах, обеспечивает хорошее разрешение при фотолитографии. Пленки алюминия широко используют в интегральных микросхемах в качестве контактов и межсоединений. Последние обеспечивают связь между отдельными элементами схемы и внешние присоединения. Преимущества алюминия как контактного материала состоят в том, что этот материал легко напыляется, обладает хорошей адгезией к кремнию.

Недостатком алюминия является значительная подверженность электромиграции, что приводит к увеличению сопротивления или даже разрыву межсоединения, также у алюминия низкая механическая прочность. Отожженный алюминий в три раза менее прочен на разрыв, чем отожженная медь.

Отдельно стоит поговорить о поверхности алюминия , так как он активно окисляется, покрываясь тонкой пленкой окиси с большим электрическим сопротивлением. Такая пленка предохраняет алюминий от коррозии, но создает большое переходное сопротивление в местах контакта алюминиевых проводов, что делает невозможным пайку алюминия обычными методами. Поэтому для пайки алюминия используют ультразвуковые паяльники или пасты-припои. Более толстый слой окисла, который создает надежную электрическую изоляцию на сравнительно высокие напряжения, получают с помощью электрохимической обработки алюминия. Наиболее широкое применение оксидная изоляция получила в электролитических конденсаторах. Ее используют также и в некоторых типах выпрямителей и разрядников. На практике важное значение имеет вопрос защиты от гальванической коррозии в местах контакта алюминия и меди. Если область контакта подвергается воздействию влаги, то возникает местная гальваническая пара с довольно высоким значением э. д. с., причем полярность этой пары такова, что на внешние поверхности контакта ток направлен от алюминия к меди, вследствие чего алюминиевый проводник может быть сильно разрушен коррозией. Поэтому места соединения медных проводников с алюминиевыми должны быть тщательно защищены от увлажнения.

Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").

Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

Представить дом или квартиру без электричества в наш век невозможно, свет поступает во все квартиры и дома. Чтобы определить какая проводка лучше медная или алюминиевая необходимо рассмотреть характеристики двух материалов и провести сравнительный анализ.

Алюминиевая проводка

Данный тип проводки получил широкое распространение в жилых домах и квартирах всей страны еще во времена СССР. Встретить алюминий можно и сейчас, в любом доме старше 15-20 лет. Связано это было с такими параметрами сплава, как:

малый вес;
дешевизна.

Так как алюминий весит намного меньше меди, его больше применяют при прокладке линий электропередач, что позволяет уменьшить нагрузку на опоры, соответственно сэкономить на их изготовлении и монтаже. Согласно ПУЭ при монтаже новой сети не применяют алюминиевые кабели сечением менее 16 мм 2 . Не стоит сбрасывать со счетов и дешевизну, так как медь стоит дороже.

Минусы

Однако даже качественный алюминиевый провод имеет больше минусов, чем плюсов. К негативным моментам относят:

меньшая электрическая проводимость, чем у меди (разница в 2 раза);
способность окисляться при контакте с воздухом (в результате окисления на поверхности провода образуется слой, который не проводит электрический ток, что уменьшает полезное сечение и увеличивает сопротивление);
меньший срок службы (составляет 20-25 лет, после чего резко возрастает вероятность пожара из-за окисления и последующего нагревания контактов);
слабая механическая прочность (после нескольких изгибаний алюминиевый кабель легко ломается);
сложность монтажа (обеспечить необходимую проводимость придется в этом случае, выбирая кабели большего сечения, с которыми крайне неудобно работать. Такие кабели выпускаются только одножильными).

Совет! Можно проверить качество алюминия на излом, для этого при покупке в магазине попробуйте 4-6 раз согнуть провод, если его поверхность быстро покрывается трещинами, значит провод хрупкий и работать с ним будет тяжело. Понятно, что лучше отказаться от такого товара.

Медная проводка

При покупке или строительстве дома, квартиры желательно использовать этот тип проводки. Однако, имейте ввиду, что, заменив проводку в квартире вы еще не получили надежную и способную выдерживать большие нагрузки сеть. Не забывайте, что вводной кабель от лестничного щитка до квартиры в старых квартирах всегда выполнен из алюминия. Следует заменить этот участок, ведь его проводимость теперь слабое место новой сети.

Достоинства медной проводки

Сравнение параметров, представленных ниже с параметрами алюминия позволит сделать правильный выбор в дальнейшем. Медь, как материал для электропроводки имеет ряд достоинств, к которым относят:

хорошую проводимость (даже после окисления пленка на поверхности не препятствует прохождению электрического тока);
срок службы доходит до 50 лет;
высокую механическая прочность (жила легко выдерживает изгибание и скручивание до 10-15 раз);
легкость монтажа (промышленностью выпускается несколько видов проводов с различными параметрами и жилами, с которыми удобно работать).

Минус домашней сети из меди, наверное, один – это ее цена, однако, когда необходимо выполнить качественную проводку отдавайте предпочтение этому материалу.

В строительных магазинах можно приобрести провода из сплавов цинка, покрытых медным напылением. Они стоят дешевле, чем медные, однако и характеристики материалов уступают проводам из чистой меди.

При нехватке средств лучше выполнить комбинированную проводку, розеточную группу отдельно запитать медными проводами, рассчитанными на большую силу тока, а цепи освещения – алюминиевыми. Однако имейте в виду, что соединение алюминий и медь выполняют только через специальные зажимы или соединительные колодки, которые препятствуют прямому контакту меди и алюминия, вызывающему сильное окисление последнего. Из-за окисления стыка вырастает удельное сопротивление контакта, происходит нагрев и обгорание в итоге.

Рассмотрев характеристики легко прийти к выводу, что лучше для выполнения монтажных работ использовать медь, однако при необходимости можно выполнить сеть и из алюминия, вот только следить за ней придется тщательнее. Выбирать тот или иной тип проводки необходимо с учетом требований электробезопасности, ведь от этого зависит как долго прослужит сеть без необходимости вмешательства специалистов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Что лучше - медная или алюминиевая проводка? Этот вопрос часто поднимается в среде специалистов и обычных людей, планирующих поменять старые провода в доме, квартире или офисе. Но чтобы принять правильное решение, важно знать преимущества и недостатки, правила эксплуатации, а также основные отличия между медной и алюминиевой коммутацией.

Плюсы и минусы

Алюминиевая проводка имеет следующие преимущества:

Небольшая масса. Эта особенность важна при монтаже линий электропередач, длина которых может достигать десятков, а то и сотен километров.
Доступность по цене. При выборе материала для проводки многие ориентируются на стоимость металла. Алюминий имеет меньшую соответственно, что объясняет более низкую цену изделий из этого металла.
Стойкость к окислительным процессам (актуальна при отсутствии контакта с открытым воздухом).
Наличие защитной пленки. В процессе эксплуатации на проводке из алюминия формируется тонкий налет, уберегающий металл от окислительных процессов.

Алюминий имеет и ряд недостатков, о которых необходимо знать:

Высокое удельное сопротивление металла и склонность к нагреву. По этой причине не допускается применение провода меньше 16 кв.мм (с учетом требований ПУЭ, 7-я редакция).
Ослабление контактных соединений из-за частых нагревов при прохождении большой нагрузки и последующего остывания.
Пленка, которая появляется на алюминиевом проводе при контакте с воздухом, имеет плохую проводимость тока, что создает дополнительные проблемы в местах соединения кабельной продукции
Хрупкость. Алюминиевые провода легко переламываются, что особенно актуально при частом перегреве металла. На практике ресурс алюминиевой проводки не превышает 30 лет, после чего ее необходимо менять.

Правила соединения меди и алюминия

Бывают ситуации, когда требуется заменить только часть проводки или добавить (перенести) несколько розеток в квартире. В такой ситуации возникает вопрос, . Чтобы избежать повышенного прогрева в местах объединения медной и алюминиевой проводки, стоит использовать следующие способы коммутации:

Рассмотренные способы соединения могут применяться для объединения проводов, выполненных из различных металлов (не только меди и алюминия). Такое исполнение гарантирует высокий уровень безопасности и возможность ухода от потенциально опасного скручивания. Но стоит помнить о важности периодической проверки и протяжки болтовых соединений и клеммников, ведь они имеют свойство ослабляться.

Какой материал для проводки лучше?

Теперь разберемся более подробно, какой провод лучше медный или алюминиевый. В этом отношении появилось множество стереотипов и заблуждений, о которых поговорим ниже:

Долговечность. Считается что срок жизни медного провода больше, чем алюминиевого. Это ошибочное мнение. Если заглянуть в специальный справочник, можно убедиться, что ресурс кабелей из обоих видов металла идентичен. Для изделий с одинарной изоляцией он составляет 15 лет, а с двойной - 30.
Склонность к окислению. Применяя кабель из алюминия, стоит помнить о его склонности к окислительным процессам. Еще в школе нам рассказывали что Al (алюминий) - металл, который активно взаимодействует с кислородом, из-за чего на его поверхности появляется тонкая пленка. Последняя защищает металл от дальнейшего распада, но ухудшает его проводимость. Если изолировать провод от окружающей среды, риск окислительных процессов сводится к минимуму. Оптимальный вариант - применение специальных клеммников с токопроводящей пастой. Особенность последней заключается в улучшении качества контактного соединения между двумя проводами и снятие пленки окисла с металла. Кроме того, специальная смазка исключает контакт алюминия с окружающим воздухом.
Прочность. Медная проводка считается более прочной и способна выдерживать многоразовые сгибания. В ГОСТе прописано, что провод, выполненный из меди, должен выдержать 80 перегибов, а из алюминия - 12. Если проводка проходит в стене, полу или спрятана под потолком, такая особенность не так важна.
Стоимость. Цена провода из алюминия ниже в 3-4 раза. Но при выборе важно помнить, что медный провод сечением 2,5 кв.мм рассчитан на ток 27 Ампер. Если отдавать предпочтение алюминиевой проводке, толщина провода должна составлять 4 кв. мм (номинальный ток 28 Ампер).
Сопротивление. Определяясь, что выбрать - алюминиевые или медные провода, стоит учесть разное удельное сопротивление. Для меди этот параметр составляет около 0,018 Ом*кв.мм/м, а для алюминия - 0,028. Но стоит учесть, что общее сопротивление (R) проводника зависит не только от упомянутого параметра, но и от длины и площади проводника. Если учесть, что для той же нагрузки применяются алюминиевые провода большего сечения, итоговое R изделий из меди и алюминия будет приблизительно идентичным. Наибольшее сопротивление возникает в местах соединения, но при следовании рассмотренным выше советам этого можно не бояться.
Легкость монтажа. Считается, что соединение проводов из алюминия - более сложная задача. Это актуально лишь при обычном объединении проводки, путем скрутки. В случае применения оконцевателей, клеммников или болтов такая проблема отпадает.

Отдельного внимания заслуживает ситуация, подразумевающая . При объединении меди и алюминия в месте контакта происходят различные процессы, из-за протекания которых увеличивается сопротивление. В результате место стыка двух проводов перегревается, изоляция разрушается и возрастает риск воспламенения.

Рассмотренная выше особенность характерна для всех металлов, имеющих различное удельное сопротивление. Кроме того, многие производители используют не «чистые» металлы, а их сплавы, что также приводит к изменению параметра сопротивления. Чтобы избежать проблем в будущем, лучше правильно соединять провода и отказаться от их скручивания.

В завершение приведем несколько советов, которые должны быть учтены при организации проводки:

В случае самостоятельного проектирования проводки в доме или квартире, лучше выбирать медные провода. При меньшем сечении они выдерживают большее токи и более стойки к частым сгибаниям. Не менее важный момент - объем. Медные провода компактны, что упрощает процесс создания штробы. Например, при подключении приемника мощностью 7-8 кВт алюминиевый провод должен иметь сечение около 8 мм. В кабеле три жилы и плюс оплетка. В итоге общий диаметр составляет около 1,5 сантиметров. Для сравнения медь может иметь сечение 4 кв.мм, а общий диаметр - не более сантиметра.
При установке розетки должен использоваться трехжильный кабель, с заземляющим проводом. Расстояние розетки от пола - 30 см. При организации осветительной цепи допускается применение кабелей с двумя жилами (заземление здесь не нужно).
Запрещено вешать всю нагрузку на одну пару проводов (тем более, если они алюминиевые). Оптимальный вариант - разделение цепи на несколько линий. Например, через один автомат питается ванная, через другой - освещение, через третий - кухня и так далее. Сечение провода для кухни и ванной должно быть 4 или 6 кв.мм, а для цепи освещения - 1,5 или 2,5 мм.

Сложнее всего обстоят дела в старых квартирах, где смонтированы алюминиевые провода, которые отжили свой ресурс и требует замены. Проводка сечением 2,5 кв.мм выдерживают нагрузку не более 20 Ампер, чего недостаточно для современных электроприемников. Кроме того, изоляция проводов со временем теряет эластичность и постепенно разрушается. В такой ситуации единственным решением является полная замена проводки на медные провода.

Подробнее, почему стоит заменить алюминиевую проводку на медную в старом доме, смотрите в этом видео:

Итоги

Какой же провод лучше? С позиции эксплуатационных качеств более предпочтительной является медь. Если исходить из стоимости, алюминиевые провода обходятся дешевле. И здесь важно принять решение - экономить на своей безопасности или нет.