Почему свойства медного провода имеют значение
Медный провод является эталонным проводником в электротехнической промышленности, и его поведение описывается небольшим количеством измеримых свойств: удельным сопротивлением и проводимостью, прочностью на разрыв, удлинением, характеристиками изгиба и изменением сопротивления с температурой. Понимание этих свойств позволяет выбрать правильный тип, правильный диаметр и правильную основу для испытаний кабеля, обмотки, шинного соединения или заземляющего проводника.
Сопротивление прямо пропорционально длине и обратно пропорционально-площади поперечного сечения. Это простое соотношение объясняет, почему длинный отрезок тонкого провода имеет гораздо большее сопротивление, чем короткий отрезок толстого провода, и почему размеры проводников выбираются с учетом требований по пропусканию тока, а не из соображений удобства.
Проводимость и справочник IACS
Проводимость меди обычно выражается в процентах от Международного стандарта отожженной меди, сокращенно IACS. Стандарт определяет 100 % IACS как удельное сопротивление 0,017241 мкОм·м, что соответствует 1/58 Ом на метр проводника с поперечным-сечением в один квадратный миллиметр под углом 20 градусов. Проводимость и удельное сопротивление находятся в обратной зависимости: чем меньше удельное сопротивление, тем выше показатель проводимости.
Коммерческая медная проволока поставляется в соответствии с минимальными требованиями к проводимости, обычно указанными как минимальный процент IACS в сертификате завода, а также с пределами растяжения и удлинения соответствующего стандарта на продукцию. Мягкая или отожженная медная проволока соответствует стандарту ASTM B3, а твердая-медная проволока соответствует стандарту ASTM B1, причем GB/T 3953 охватывает круглую медную проволоку для электрических целей.
Механические свойства медной проволоки
Механическое поведение медной проволоки контролируется закалом. Твердое натяжение проволоки повышает прочность на разрыв и уменьшает удлинение; отжиг после волочения восстанавливает пластичность и доводит проводимость до максимума. При испытании на растяжение фиксируется максимальная нагрузка, которую испытывает образец до разрушения, а предел прочности рассчитывается как нагрузка, деленная на первоначальную площадь поперечного-сечения. Удлинение измеряется на определенной расчетной длине и выражается как увеличение длины после разрушения в процентах от исходной длины.
Характеристики изгиба проверяются путем зажима одного конца одной проволоки, подвешивания груза на свободный конец так, чтобы проволока висела вертикально, и сгибания проволоки вперед и назад на 180 градусов до тех пор, пока она не сломается. Количество изгибов, зарегистрированных до выхода из строя, является практическим показателем гибкости и полезной проверкой провода, который во время установки приходится прокладывать через крутые изгибы.
Обзор недвижимости
| Свойство | Как это выражается | Практическое значение |
|---|---|---|
| Удельное сопротивление | Ом на метр на квадратный миллиметр или микроом-метр. | Определяет падение напряжения и нагрев при заданном токе |
| Проводимость | Процент IACS при 20 градусах | Более высокий показатель означает меньшие потери в проводнике. |
| Предел прочности | Сила на единицу площади при переломе | Устойчивость к вытягиванию и повреждениям при обращении |
| Удлинение | Процент от указанной расчетной длины | Пластичность; низкие значения предупреждают о хрупкой,-перетянутой проволоке |
| Сопротивление изгибу | Количество обратных изгибов до перелома | Гибкость при установке и для многожильных сборок |
| Температурный коэффициент сопротивления | Изменение сопротивления на градус Цельсия | Сопротивление возрастает по мере нагревания проводника при эксплуатации. |
| Плотность | Около 8,89 г/см³ | Используется для преобразования веса и длины при заказе. |
Сопротивление и температура
Сопротивление проводника указывается при базовой температуре, обычно 20 градусов, а иногда и 25 градусов, поскольку сопротивление увеличивается с повышением температуры. Медь имеет положительный температурный коэффициент сопротивления примерно 0,00393 на градус Цельсия при 20 градусах, поэтому повышение температуры проводника всегда означает увеличение сопротивления и, следовательно, потерь. Вот почему при расчете тока учитывается максимально допустимая температура проводника и почему перегруженные кабели постепенно нагреваются.
Для обеспечения точности измерения сопротивления корректируются на эталонную температуру перед сравнением с пределом спецификации. Кусок провода, который не прошел проверку сопротивления при высокой температуре в цеху, вполне может соответствовать требованиям после исправления, и обратное также верно.
Выбор подходящего темперамента и размера
Мягкая отожженная проволока для гибких шнуров, намоточной проволоки и любых применений, где требуется сильный изгиб.
Полу-жёсткая проволока, где необходим баланс гибкости и механической прочности.
Твердотянутый-провод для воздушных проводов, пружинных контактов и устройств, подверженных напряжениям.
Луженая проволока, где важны паяемость или защита от коррозии во влажных условиях.
Площадь поперечного-сечения выбирается исходя из требований-по токопроводимости и допустимого падения напряжения, а затем проверяется на соответствие механическим требованиям установки. Состояние поверхности также имеет значение: оксиды, смазка для волочения и продольные царапины уменьшают эффективную площадь проводимости и являются частыми причинами локального перегрева выводов.
Точки проверки и распространенные ошибки
Прежде чем судить о соответствии, убедитесь, что измеренное сопротивление приведено к эталонной температуре.
Проверьте диаметр микрометром в двух направлениях в нескольких точках вдоль катушки.
Убедитесь, что прочность на разрыв и удлинение соответствуют характеристикам, указанным в заказе.
Осмотрите поверхность на наличие царапин, окалины, медной пыли и остатков масла.
Убедитесь, что во время намотки или упаковки проволока не имеет разного качества или диаметра.
Наиболее распространенной ошибкой является представление проводимости и прочности на разрыв как независимых друг от друга. Они связаны между собой закалом: термообработка, которая повышает проводимость до максимума, также смягчает проволоку, а проволока, сильно натянутая для прочности, будет иметь более низкую проводимость, пока ее не отожгут. Поэтому в спецификациях должны быть указаны как требования к проводимости, так и температурный режим, а не только один из них.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Что означает 100 % IACS?
Это эталонная проводимость отожженной меди, определяемая как удельное сопротивление 0,017241 микроом-метра, что эквивалентно 1/58 Ом на метр проводника размером один квадратный миллиметр при 20 градусах.
Вопрос: Почему сопротивление всегда указывается на уровне 20 или 25 градусов?
Потому что сопротивление меди увеличивается с температурой. Установление эталонной температуры позволяет сравнивать измерения, полученные в разных лабораториях и в разных условиях работы.
Вопрос: Какая закалка лучше всего подходит для гибких жил кабеля?
Используется мягкая отожженная проволока, покрытая стандартом ASTM B3, поскольку она выдерживает многократные изгибы без наклепа до точки разрушения.
Вопрос: Что измеряет испытание на изгиб?
Количество обратных изгибов, которое выдерживает один провод, прежде чем он порвется. Более высокое число указывает на более пластичную проволоку, которую легче устанавливать на узких радиусах.
Вопрос: Могу ли я увеличить токовую мощность, используя более твердый закал?
Нет. Допустимый ток зависит главным образом от площади поперечного-сечения и допустимой рабочей температуры, а не от состояния. Более твердый закал только повышает механическую прочность.
Вопрос: Как качество поверхности влияет на производительность?
Царапины, окалина и остатки смазки уменьшают площадь токопроводимости и могут вызвать локальный нагрев. Чистые, блестящие поверхности проводов необходимы для надежных заделок и эмалирования.
