Что предпочтительнее — медный либо алюминиевый силовой кабель? Такой вопрос довольно часто поднимается и в кругу квалифицированных специалистов, и обыкновенных пользователей, планирующих заменить устаревшие силовые линии. Для того чтобы принять профессиональное решение, необходимо знать достоинства и недостатки, правила использования, а также базовые различия медной и алюминиевой коммутации.
История развития кабелей
Медь — один из древнейших известных металлов. Ее пластичность и электропроводность были использованы первыми экспериментаторами электричества, Бенджамином Франклином и Майклом Фарадеем. Она была использована в таких изобретениях, как телеграф, телефон и электродвигатель.
Медь является наиболее распространенным металлическим проводником. Международный стандарт отожженной меди (IACS) был принят в 1913 году. Согласно этому мировому стандарту коммерчески чистая отожженная медь характеризуется проводимостью 100% IACS. При этом такая медь, производимая сегодня, имеет более высокие значения проводимости IACS, потому что технология обработки с тех пор значительно улучшилась. Сегодня отожженный медный провод, используемый в электрических цепях, соответствует международным стандартам ASTM B3.
В 1960-х и 1970-х годах из-за высокой цены на медь стали использоваться алюминиевые силовые кабеля для подключения к электрическим сетям промышленных и жилищно-коммунальных объектов. Алюминиевые проводники состоят из различных сплавов, известных как серии AA-1350 и серии AA-8000. Серия AA-1350 содержит, как минимум, 99,5% алюминия. Алюминиевые сплавы серии AA-8000 соответствуют международному стандарту ASTM B800 и были разработаны, чтобы придать алюминию свойства ползучести и удлинения более близкие к характеристикам меди.
Кабель из алюминия или меди: в чем разница
Исключительно два металла — медь и алюминий получили массовое распространение для передачи электричества. Их применение в данном качестве объясняется набором физических параметров и стоимостью. В современных системах электроснабжения для подключения жилых, общественных и промышленных объектов применяется в основном медь. Исключения составляют варианты, когда для подсоединения мощной нагрузки требуется большое сечение жилы - в этом случае используется алюминиевый силовой кабель. Трудно сразу однозначно сказать, что лучше для применения алюминиевый или медный кабель, нужно сравнивать в комплексе все характеристики:
- Ценовые преимущества;
- Физические свойства;
- Условия эксплуатации и безопасности.
Ценовые преимущества
Алюминий практически в три раза дешевле меди. Это делает его более желанным для использования, особенно в мощных проектах, большой протяженностью. Затраты на медь в этих вариантах могут значительно увеличить стоимость проекта электроснабжения.
Сравнительный анализ тенденций роста цен на эти два металла за последние сто лет, отчетливо демонстрирует, что цены на алюминий растут гораздо ниже чем на медь. Специалисты считают, что эта тенденция сохраниться и в ближайшем будущем. С начала 2020 года цена меди на Лондонской бирже достигла до 5 675 долларов за тонну, при этом для алюминия - 1 725 долларов за тонну. Перечисленное сопряжено с эффективностью производства и ростом выпуска алюминия, при доступном и дешевом сырьевом материале. При производстве кабелей, алюминий в цене окончательного продукта, достигает 25%.
Для меди — ситуация противоположная. Рудные запасы меди сокращаются, процент меди в руде уменьшается, также бедны чистой медью новые месторождения, которые становятся труднодоступными. По этой причине, затраты на медь в цене конечного продукта уже составляют более 50 % и продолжают расти. Всё перечисленное, говорит в пользу применения алюминия.
Весовые характеристики
Алюминий является легким материалом и очень гибким, что облегчает работу с ним. Эта характеристика полезна для быстрой установки, а при протяженных пролетах линий электропередач проволочные алюминиевые модификации монтируются намного быстрее. В качестве сырья алюминий примерно на 70 процентов легче по весу, чем медь. Это полезно в областях, где требуется снижение веса всех компонентов электрической сети.
Естественно, при использовании в электрических кабелях, меньший вес облегчает их установку. Поэтому высоковольтные линии уже давно прокладывают из алюминия. Низкий вес значительно уменьшает растягивающее усилие, прикладываемое к кабелю и мачте. Для схем электроснабжения, требующих гибких кабельных соединений, медь больше не является преимущественным выбором.
Проводимость кабелей и прочность на разрыв
Проводимость алюминия по сравнению с медью составляет только 61%, что приводит к тому, что при использовании алюминиевого кабеля требуются токопроводящие жилы большего диаметра, что естественно повышает вес линии.
Медь не подвержена высокому циклическому расширению/сжатию по сравнению с алюминием. Прочность на растяжение у меди позволяет ей выдерживать напряжения на износ длительное время без разрушительных последствий, как у алюминия.
Благодаря своим высоким пластическим свойствам, медь может выпускаться в форме очень тонкой жилы. Это добавляет универсальность медному силовому кабелю. Медь обладает высокой прочностью на разрыв, может подвергаться чрезвычайному напряжению, при этом проявляет минимальные признаки износа, поэтому такой силовой кабель практически не требует обслуживания.
Безопасность кабелей
Для плавления медной жилы требуется высокая температура - 1083 C. Поэтому с точки зрения безопасности, медный силовой кабель является одним из безопасных вариантов организации электроснабжения объектов. Даже если он перегружен, то вряд ли расплавится или сгорит. Это означает, что шансы возникновения пожара, при проблемах с питанием, будут значительно меньше.
Алюминиевый силовой кабель повышает потенциальный риск пожара на объекте, особенно, если не будет смонтирован в соответствие с ПУЭ. Циклы расширения и сжатия присущие алюминию, оказывают большое влияние на безопасность соединений, по сравнению с использованием меди.
Алюминий также подвержен окислению, особенно, когда он в контакте с влагой и разнородными металлами. В поврежденной зоне возникает сильное сопротивление провода, которое приводит к нагреву, способного расплавить защитную изоляцию и вызвать пожар.
Для предупреждения этих негативных явлений в алюминиевом силовом кабеле используют антиокислительные соединения. Такие линии требуют более высокого уровня обслуживания, чем медные силовые кабеля, что включает в себя проверку проводников на герметичность и наличие окисления.
Наконец, повышенная термотекучесть алюминия — это то, что необходимо учитывать при монтаже. Алюминий является более мягким металлом, чем медь, и имеет тенденцию расширяться или растягиваться с течением времени, особенно при воздействии более высокого давления и температуры. Классические обжимные соединения, страдающие от утечки, теряют прочность и перестают быть надежными.
Как правильно выбрать кабель по ПЭУ
В СССР большая часть жилищного фонда оснащались алюминиевыми силовыми кабелями, это было нормой, действующего стандарта. Это совершенно не означало, что страна бедствовала, и не могла позволить себе массово применять медь в электротехнике, скорее наоборот. Просто проектировщики электросетей решили, что экономически выгодно, применение алюминия, а не меди.
Надо признаться, что в то время темпы строительства были такими огромными, что электротехническая промышленность была обеспечена заказами на пятилетку вперед. В этот период были выстроены всем хорошо известные хрущевки, в которых до сих пор проживает значительная часть россиян. Поэтому экономический эффект от такой массового использования алюминиевой кабельной продукции действительно был существенным. Сегодня совершенно иные реалии, и алюминиевый силовой кабель в новых жилых домах не используют, а только исключительно медную кабельную продукцию, что соответствует п. 7.1.34 ПУЭ.
Для алюминиевого силового кабеля вышеназванный раздел ПУЭ оставил другую область применения. Так линии питающие распред. сети, предпочтительно, выполнять с алюминиевыми жилами, в проектах когда их проектное сечение будет равняться 16 мм2 и выше. Кроме того, большая область приемников тока, которая относится к обслуживанию электрооборудования объектов: насосные, вентиляторные и калориферные электроустановки могут запитывать кабеля с алюминиевыми жилами сечением более 2.5 мм2.
Подводя итог вышесказанному, можно с уверенностью заявить, что существующие нормы четко разделили области применения алюминиевых и медных силовых кабелей с учетом всех их технических и стоимостных характеристик. Тем не менее, сегодня конструкторы, архитекторы, инженеры электрики, работающие с проектами электроснабжения должны преодолеть тенденциозность по отношению к использованию алюминиевой продукции, тем более что эта технологии шагнули далеко вперед по качеству этого металла. Такой подход даст возможность использовать экономичный алюминий при монтаже, что обеспечит значительную экономию в масштабах всей страны.