Aluminiumdrähte

Aluminium für die Elektroindustrie

Es geschah vor so vielen Jahren, dass die meisten Ingenieure, Designer und Konstrukteure in der Elektroindustrie betrachten Kupfer und Stahl als fast die einzigen Materialien, mit wem Sie arbeiten können. Es ist gefesselt, insbesondere, Also, das Ende des 19. Jahrhunderts, Wann wurde die Elektroindustrie geboren?, verfügbar Aluminium es gab praktisch keine.

Derzeit sieht die Situation völlig anders aus: Aluminium wird irgendwo auf der Welt doppelt so viel produziert wie Kupfer, und die Aluminiumproduktion wird nur noch von der Stahlproduktion übertroffen..

Die Stahl- und Kupferpreise sind in den letzten Jahren deutlich schneller gestiegen, als die Aluminiumpreise. Als Ergebnis einige Verbraucher, die traditionell Kupfer verwendet haben, auf Alu umsteigen. Ein Vergleich der physikalischen und wirtschaftlichen Eigenschaften dieser Metalle „schreit“ dies jedoch, dass der Ersatz von Stahl und Kupfer durch Aluminium viel mehr sein sollte. Daher ist es nicht verwunderlich, Was Aluminium Anwendung in der Elektroindustrie nimmt stetig zu.

Materialeigenschaften als elektrischer Leiter

Für einen Elektrotechniker das Wichtigste Eigenschaften und Materialeigenschaften sind:

• Dichte,
• elektrische Leitfähigkeit,
• Stärke,
• Wärmeausdehnung u
• Korrosionsbeständigkeit.

Aluminium, Stahl und Kupfer

Vergleich der Aluminiumeigenschaften, Stahl und Kupfer [1]:

• Dichte (g/cm³):
  Aluminium 1350: 2,70
  Stahl: 7,86
  Kupfer (geglüht): 8,93
• Volumenleitfähigkeit (% InVeKoS):
  Aluminium 1350: 61
  Stahl: 8
  Kupfer (geglüht): 100
• Leitfähigkeit (pro Masseneinheit):
  Aluminium 1350: 100 %
  Stahl: 4 %
  Kupfer (geglüht): 50 %
• Zugfestigkeit (MPa):
  Aluminium 1350: 125
  Stahl: 300
  Kupfer (geglüht): 235
• Streckgrenze (MPa):
  Aluminium 1350: 110
  Stahl: 170
  Kupfer (geglüht): 104
• Lineare Wärmeausdehnung (10^-6 m/m °С):
  Aluminium 1350: 22
  Stahl: 13
  Kupfer (geglüht): 17

Vergleich der Reflexionseigenschaften verschiedener Metalle [3]

Geglühtes Kupfer hat eine Leitfähigkeit 100 % IACS. Abkürzung IACS steht für „International Standard for Annealed Copper“ – Vergleichsmaßeinheit der elektrischen Leitfähigkeit Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium nach Reinheit 99,99 % beim 200 °C ist 63,8 % Internationaler Standard für geglühtes Kupfer (IACS). Aufgrund des geringen spezifischen Gewichts ist die elektrische Masseleitfähigkeit von reinem Aluminium mehr als doppelt so hoch., als geglühtes Kupfer, und höher, als jedes andere Metall (Abb. 1). Widerstand bei 200 °C ist 2,69 μΩ cm [2].

Elektrische Leitfähigkeit, reziproker Widerstand, ist eine der empfindlichsten Eigenschaften von Aluminium, die von beiden Zusammensetzungsänderungen betroffen ist, und Wärmebehandlung. Die Zugabe anderer Metalle zu Aluminiumlegierungen verringert die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium, Dies sollte also durch zusätzliche Vorteile ausgeglichen werden, die erhalten werden können, wie erhöhte Kraft. Die Wärmebehandlung beeinflusst auch die Leitfähigkeit, da Legierungselemente in fester Lösung elektrischen Strom mehr Widerstand entgegensetzen, als im ungelösten Zustand.

Aluminium 1350-H116 hat Leitfähigkeit 61 % IACS, d.h. mit einem größeren Aluminiumquerschnitt wird eine kupferäquivalente Leitfähigkeit erreicht. Da Aluminium jedoch viel leichter als Kupfer ist, wiegt dieser erhöhte Aluminiumleiter nur halb so viel wie Kupfer (8,93 / 2,70 × 0,61 = 2,02). Als Ergebnis wird ein Kilogramm Aluminium die gleiche Leitfähigkeit wie zwei Kilogramm Kupfer liefern.. deshalb, wenn es keine strengen Beschränkungen für die Größe des Leiters gibt, für Stromschienen, Kabel und Leitungen statt Kupfer wird zunehmend Aluminium verwendet [2].

Stärke

Mit gleichen Querschnitten und Kupfer, und Stahl, sicher, stärker als Aluminium. Die Festigkeit von Aluminium kann jedoch durch Legieren und thermomechanische Bearbeitung erhöht werden., und seine Dicke erhöhen. Außerdem, da die Aluminium-Extrusionstechnologie es ermöglicht, im Gegensatz zu zu erhalten, z.B, aus Stahl, sehr komplexe Querschnitte. Daher kann ein Aluminiumelement auf diese Weise gestaltet werden, strukturell effizienter zu sein, als Stahlelemente.

Korrosionsbeständigkeit

Im Gegensatz zu Stahl muss die Oberfläche von Aluminium nicht lackiert oder beschichtet werden., z.B, Zink, und dann folgen, damit es nicht rostet. Die natürliche Schicht aus Aluminiumoxid isoliert das Metall vor weiterem Kontakt mit Luft und verhindert eine weitere Oxidation.. Bei der geringsten Beschädigung dieser Schicht erholt sie sich sofort..

Irrtümer und Mythen

Aluminiumleiter sind ziemlich zuverlässig. Alle Drähte von Freileitungen sind aus Aluminium. Sie haben einen langjährigen Ruf für zuverlässigen Service..

In den 60er und 70er Jahren des letzten Jahrhunderts gab es jedoch eine Meinung zu den Problemen mit Aluminiumverkabelungen in Wohngebäuden und Wohnungen., insbesondere, mögliche Überhitzung ihrer Anschlüsse. Gründliche Recherche zu diesem Thema, z.B, In Kanada, zeigte, dass Aluminiumdrähte in diesem Sinne nichts Besonderes sind: Jeder Draht kann bei falscher Behandlung überhitzen. Außerdem, In Hunderttausenden von Häusern und Wohnungen auf der ganzen Welt funktionieren Aluminiumdrähte weiterhin. Etwas anderes, in den 60er und 70er Jahren hat sich das niemand vorgestellt, dass Häuser und Wohnungen so mit Elektrogeräten "vollgestopft" werden: Abschnitte von Aluminiumdrähten könnten dicker verlegt werden.

Elektrische Leiter aus Aluminium

Die sehr guten elektrischen Eigenschaften von Aluminium haben es zu einer naheliegenden Wahl für Anwendungen in der Elektroindustrie gemacht., insbesondere in der Energieverteilung, wo es fast ausschließlich für Freileitungen und Stromschienen verwendet wird. Die erste große Aluminium-Übertragungsleitung wurde fertiggestellt 1898 Jahr in den USA: eine dreiphasige Leitung mit einer Länge von 46 Meilen für Standard Electric Company of California von Blue Lakes nach Stockton.

Später wurde seine Verwendung viel häufiger., als entdeckt wurde, dass es möglich ist, das Kabel zu verstärken (normalerweise aus einer Legierung 1350) verzinkter Stahldraht, die die Spannweiten ohne zu viel Durchhang vergrößerten. Obwohl dieses Produkt immer noch in Gebrauch ist, hochfest (leg 6061) Vollaluminium-Litzenkabel werden derzeit für einige Leitungen bevorzugt, weil eine höhere Leinenspannung erreicht werden kann, was angewendet werden kann, um den Abstand zwischen den Stützen zu vergrößern oder, Alternative, ihre Höhe zu reduzieren [2] (Abb. 2).

Feige. 2 – Die Verwendung von Aluminiumdrähten in den USA und Kanada [3]

Elektrische Anwendungen von Aluminium-Extrusion

Straßen- und Autobahnbeleuchtungsmasten

Aluminium-Strangpressstangen haben Vorteile gegenüber, z.B, Stahlmasten, aufgrund ihres geringeren Gewichts, geringeres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, gutes Aussehen, langfristige Korrosionsbeständigkeit, geringer Wartungsaufwand, sowie mehr Sicherheit, insbesondere bei Verwendung spezieller sicherer Substrate. Wenn ein Auto mit hoher Geschwindigkeit auf einen solchen Mast auffährt, Diese Basis bricht zusammen und ermöglicht es dem Pfosten, sich mit dem Auto zu bewegen. Dies reduziert die Aufprallkraft auf das Auto und das Ausmaß des Schadens für Fahrer und Passagiere.. Diese Basis ist so clever gestaltet, dass es durch einen Schlag auf eine Stange zerstört wird, hält aber den auf den Mast einwirkenden Windlasten stand.

Leitfähige Stäbe

Für alle Arten von Reifen wird dort stranggepresstes Aluminium verwendet, wo der Platz ihre Platzierung zulässt, weil sie, Erstens, viel billiger, und sie lassen sich auch viel leichter biegen (Abb. 3).

Feige. 3 – Stromschienen aus Aluminium

Körper von elektrischen Steckverbindern

Kabelschuhe und Hülsen aus stranggepressten Aluminiumrohren haben Festigkeitsvorteile gegenüber Analoga aus Stahl oder Kupfer, Leitfähigkeit, kosten, Korrosionsbeständigkeit und leichte Bearbeitbarkeit (Abb. 4).

Feige, 4 – Körper von elektrischen Steckverbindern

Kabelkanäle

Kabelkanäle zunehmend verwendet extrudiertes Aluminium, statt Stahl oder Kunststoff, da sie ausreichend Festigkeit bieten, haben ein geringes Gewicht, haben eine hohe Korrosionsbeständigkeit, sind nicht magnetisch und schwer entflammbar (Abb. 5).

Feige. 5 – Ein elektrischer Kanal

Schaltschränke für elektrische Umspannwerke

Aluminiumprofile werden bevorzugt, z.B, verzinkter Stahl, aufgrund minimaler Wartung, Stärke, Korrosionsbeständigkeit, geringes Gewicht (insbesondere bei Feld- und Höhenmontage). Aluminiumprofile und -bleche lassen sich einfach vor Ort schneiden und bohren, und am wichtigsten, sie müssen zum Schutz vor Korrosion nicht lackiert werden.

Verteilertraversen von Strommasten

Verteilertraversen von Strommasten (jene, die horizontal sind) extrudiertes Aluminium sorgen für die nötige Festigkeit, aber gleichzeitig wiegen sie wenig und benötigen keine Wartung.

Kammheizkörper

Extrudierte Aluminiumplattenkühlkörper zur Wärmeableitung ("Kämme") sind aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit sehr effizient, Leicht, kostengünstig. Der Hauptvorteil von Aluminium – Fähigkeit, in viele sehr dünne Rippen gepresst zu werden (Abb. 6).

Feige. 6 – Ein Kühlkörper aus Aluminium

Außenleiter des CATV-Kabels

Außenleiter eines koaxialen Fernsehkabels meistens nicht aus Kupferrohr, und aus billigerem Aluminium. Die Herstellungstechnologie eines solchen Kabels ist in der Abbildung dargestellt. 5.

Feige. 7 – Die Herstellungsschritte des Außenleiters des CATV-Kabels

 

Quellen:

1. P. Pollak / UND 2008.
2. TALAT 1501
3. Stabiloy, Aluminium oder Kupfer? / Alex Mak – Alkan – 2008