Всё дело в том, что четыре первых позиции в списке самых проводящих металлов занимают поочерёдно: серебро (удельное электрическое сопротивление 15.9 нОм∙м при температуре 20 °C), медь (16.8 нОм∙м), золото (22.1 нОм∙м), алюминий (26.5 нОм∙м).
Очевидно, что самыми доступными и распространёнными в приведённом списке являются именно алюминий и медь.
Медь действительно хорошо проводит электричество, но в качестве проводника в линиях электропередач всё же используют алюминий.
Для того, чтобы убедиться в правильности сделанного выбора стоит сопоставить оба металла по всем ключевым, в данном случае, факторам.
Можно сказать, что проводимость алюминия очень близка по своему значению к проводимости меди, однако при эквивалентном размере проводов алюминий теряет на 63% больше мощности нагрев, вычисляемой как I²R.
Но алюминий обладает свойствами, которые выводят его в лидеры при очном споре с медью за право использоваться в линиях электропередач. Кроме того необходимо учитывать практическую составляющую.
Соотношение плотности Al (2.7 г/см³) к плотности Cu (8.96 г/см³) составляет примерно 1 к 3. А это даёт серьёзное техническое преимущество.
Можно увеличить площадь поперечного сечения алюминиевой проволоки в 2 раза (увеличив диаметр провода в 1.41 раза). При таких показателях потери мощности на нагрев уже будут меньше, чем у меди на 20%, а относительный вес, за счёт меньшей плотности, ниже примерно на 30%.
Поэтому строительство опор будет дешевле, они не должны быть настолько прочными и могут находиться дальше друг от друга,
чем при использовании Cu.
Второй ключевой пункт это стоимость. Самым дорогим металлом из самых проводящих является Au, более чем в 9000 раз дороже Cu за один килограмм. Цена серебра за аналогичный вес превосходит цену меди приблизительно в 100 раз. В то время как алюминий дешевле раза в 4 (цены на металлы колеблются, поэтому соотношения примерные).
То есть, даже если использовать соотношение веса 2 к 3, как в примере выше, то удельная стоимость Al не будет доходить даже до 17% стоимости меди.
Стоит отметить, что средняя стоимость высоковольтных линий электропередач за один километр составляет свыше десятка миллионов рублей, речь идёт, вероятно, об алюминиевых проводах.
Если бы использовалась медь, то стоимость легко может увеличиться,
как минимум, вдвое.
Итак, если использовать алюминиевую проволоку в 1.4 раза толще,
чем в случае применения медной:
• сопротивление снижается на 20%, потери мощности на нагрев снижаются с 6% до 5%, экономя 1% всей генерируемой и передаваемой электроэнергии на долгие годы
• за счёт меньшего веса, ниже затраты на строительство опор, с точки зрения материала минимум на 30%
• экономия более 80% за счёт разницы стоимости самой проволоки Al и Cu
Но на практике не всё так однозначно. Алюминиевые провода в линиях электропередач обычно имеют стальной сердечник для большей прочности. За счёт скин-эффекта ток течёт преимущественно
в поверхностном слое.
Существуют обширные расчёты, целью которых является поиск оптимального количества алюминия, наиболее рационального, обеспечивающего быструю окупаемость. Затраты на строительство разовые, а эффективность работы постоянна.
Обязательно подписывайтесь, Вам также понравится:
• Самый распространённый металл на Земле Самый твёрдый металл
• Самый плотный элемент Самый прочный металл на Земле
• Почему мы используем в домах переменный ток, а не постоянный?
• Почему видно различные цвета, если закрыть глаза?
• Почему некорректно утверждать, что электричество это исключительно поток электронов?
• Математика действительно существует во Вселенной или её просто придумал человек?