Прочность растяжения медной жилы
Содержание статьи
Токопроводящие жилы кабелей и проводов
Токопроводящая жила (ТПЖ) из алюминия и меди, применяемые добавки, сравнительные табличные характеристики, другие материалы для кабельно-проводниковой продукции (КПП)
Кабель АПвБВ
Кабель АПвБВ может использоваться в районах с умеренным и холодным климатами. Изделие выдерживает различные механические нагрузки и воздействие коррозии. Товар нельзя подвергать сильному растягиванию. Может монтироваться в местах с наличием блуждающих токов.
ЗАКАЗАТЬ Кабель АПвБВ
Для сокращения применяется аббревиатура ТПЖ – токопроводящая жила
Токопроводящая жила для кабеля либо провода – это проволока (или скрутка проволок) изготовленная из материала с низким электрическим сопротивлением, способная свободно пропускать электрический ток и выдерживающая заданные механические нагрузки и температурные режимы.
Жёсткий проводник – это кабель либо провод выполненный на базе моножилы (одной проволоки), такие проводники применяются для стационарной (неподвижной) прокладки на долгосрочный период.
Гибкий проводник – это провод или кабель изготовленный на базе нескольких проволок, свитых в общий пучок, применяется для обеспечения подвижных присоединений различных энергопотребителей.
Требования к жилам:
- низкое электрическое сопротивление;
- умеренная цена и доступность добычи металла;
- стойкость к коррозии и механическим нагрузкам (особенно к знакопеременным);
- технологичность.
Понятно, что наиболее важными характеристиками являются низкая стоимость и высокая электропроводность.
Чем меньше электрическое сопротивление, тем меньше нагревается жила при протекании номинального тока (именно нагрев имеет решающее значение для вычисления токовой нагрузки).
Весь смысл в том, что диэлектрические свойства изоляции быстро теряются при высоких температурах.
Например, изоляционный поливинилхлоридный пластикат выдерживает нагрев до +70°С; резиновая изоляция функциональная до +80°С; кремнийорганическая изоляция (специальный материал) работоспособна до +180°С.
Неизолированные высоковольтные провода и электротехнические шины допускается нагревать до +90°С (изоляции нет, а ограничение присутствует).
Кабель NYY
Кабель NYY для подачи электропитания на устройства и распределения электрической энергии в цепях повсеместно задействуется кабель NYY, цена которого демократична, а эксплуатационные параметры высокие.
ЗАКАЗАТЬ Кабель NYY
Для примера, поливинилхлоридный пластикат имеет электрическое сопротивление около 10 мОм / км при температуре +20°С и всего 5 кОм / км при нагреве до +70°С (не спутать мегаомы с килоомами).
Теперь немного о цене: мировая цена 1 тонны меди более чем в 3.5 раза дороже 1 тонны алюминия. Электрическое сопротивление алюминия уступает меди в 1.64 раза, то есть именно на это значение возрастёт сечение алюминиевой жилы для проведения той же силы тока (экономический выигрыш налицо).
Механические свойства алюминия оставляют желать лучшего. Имеет низкую стойкость к постоянным изгибам (быстро ломается), поэтому проводники с такими жилами применяются только для стационарной прокладки.
Алюминиевые жилы возможно изготовить с минимальным сечением 2.5 мм2 (технологическое оборудование развивает усилия, сравнимые с механической прочностью алюминиевой проволоки малого диаметра).
При контакте с атмосферным кислородом или озоном на алюминии образуется оксидная плёнка, которая имеет высокое электрическое сопротивление.
Медь имеет самое низкое сопротивление (не учитывая серебро и другие дорогие материалы), довольно технологична (поддаётся волочению и прокатке).
Материалы для токопроводящих жил
Основными материалами для создания токопроводящих жил служат медь (Cu) и алюминий (Al).
Такой выбор определяется низким электрическим сопротивлением, умеренной стоимостью (по сравнению с серебром) и достаточными прочностными характеристиками.
Медная токопроводящая жила
Жилы кабелей и проводов производятся из электролитической меди М0 и М1, которая отличается определённой чистотой – 99,95% и 99,9% доля меди соответственно.
Различные добавки к меди могут снижать её проводящую способность, увеличивать прочность либо придавать определённый комплекс изменения свойств. К кабелям с медной жилой относятся, например, кабель NYY или ВВГнг Кислород (O) одна из вредных примесей в меди, который приводит к ухудшению механических характеристик и способности к обработке, вызывает затруднения при сваривании или пайке.
Кабель NYY
Кабель NYY для подачи электропитания на устройства и распределения электрической энергии в цепях повсеместно задействуется кабель NYY, цена которого демократична, а эксплуатационные параметры высокие.
ЗАКАЗАТЬ Кабель NYY
Медь, не содержащая кислорода, имеет лучшую пластичность по сравнению с марками М1 и М0. Для борьбы с негативным влиянием кислорода добавляют мышьяк, но он снижает электрическую проводимость.
Водород (H) приводит к увеличению прочности, но при наличии кислорода делает металл хрупким.
Содержание сурьмы вызывает падение теплопроводности, электропроводимости и пластичности.
Серебро защищает медь от окисления, но отличается высокой стоимостью.
Медные токоведущие жилы могут быть мягкими и твёрдыми – отожжённые и неотожжённые соответственно. Маркируются согласно с аббревиатурой ММ и МТ. Ввиду влияния коррозии медные жилы следует обязательно покрывать слоем олова толщиной 1,5 — 4 мкм.
Олово защищает медь от окисления, а также улучшает пайку. Причём предпочтительней использовать методику горячего лужения, а не гальваническую.
При горячем лужении образуется переходной сплав меди с оловом, который надёжно привязывает нанесённый слой олова. Во время пайки верхняя часть олова надёжно связывается с припоем.
Для тропического исполнения лужение ещё более необходимо, так как влияние высоких температур и влажности сказывается на скорости окисления.
Для получения более толстого и неравномерного защитного слоя используется свинцово-оловянистый сплав (ПОС) с различным содержанием свинца.
Для получения нагревостойкости 200⁰С применяют серебрение гальваническим путём с дальнейшим волочением и отжигом. Получаемая толщина слоя серебра 6 — 12 мкм скрывает медь от воздействия факторов приводящих к окислению при t ≤ 250⁰C.
Алюминиевая токопроводящая жила
Для электрических проводников применяют алюминий (Al) марок А1 и А2, в котором подмешаны десятые доли процента железа и кремния.
Эти примеси ухудшают проводимость, к другим нежелательным элементам относят: титан, ванадий, марганец и магний. К кабелям с медной жилой относятся, например, Кабель АВВГ или АПвБВ
Кабель АПвБВ
Кабель АПвБВ может использоваться в районах с умеренным и холодным климатами. Изделие выдерживает различные механические нагрузки и воздействие коррозии. Товар нельзя подвергать сильному растягиванию. Может монтироваться в местах с наличием блуждающих токов.
ЗАКАЗАТЬ Кабель АПвБВ
Если первым недостатком алюминия считают низкую электропроводность, то второй – это определённая хрупкость, которая усугубляется в температурных условиях свыше 150⁰C.
При упрочнении алюминиевой проволоки (например, волочением) единовременно понижается её проводимость (всё взаимосвязано).
По механическим параметрам различают несколько видов проволоки:
- АТ (алюминий твёрдый неотожжённый);
- АПТ (алюминий полутвёрдый с частичным отжигом);
- АМ (алюминий мягкий отожжённый).
Характеристики алюминия АПТ занимают промежуточное положение в сравнении с АТ и АМ.Если алюминиевый проводник сравнивать с медным, той же проводимости, то окажется, что его сечение выше на +60%, а масса меньше на -48%.
Повышенным пределом прочности при разрыве обладает алюминиевый сплав алдрей. В алюминий добавляют менее половины процента магния, до 0,7% кремния и менее 0,3% железа.
Соединение Mg2Si упрочняет материал, но растворяется в ограниченном количестве.
Источник: https://n-kabel.ru/article/tokoprovodyasshie-zhily-kabelej-i-provodov/
Источник
Механические свойства меди
Механические свойства меди Механические свойства различных марок меди при стандартных статических Механические свойства бескислородной меди М16 при стандартных 1. Табл. 1. Механические свойства | ||
Свойства | Состояние | |
деформированное | отожженое | |
Временное | 340…450 | 220…250 |
Предел текучести | 280-420 | 60-75 |
Относительное удлинение δ , % | 4…6 | 40…50 |
Относительное сужение ψ, % | 35…45 | 70…80 |
Твердость по Бринеллю, HB | 90…110 | 45 |
Предел выносливости σ-1, | 100…120 | 70…80 |
Ударная вязкость KCU, | 1,0 | 1,70 |
*kσ — коэффициент концентрации напряжений
Влияние степени холодной деформации и температуры отжига на механические
свойства меди показано на рис. 1 и 2.
Рис. 1 Влияние степени холодной деформации (%) на механические свойства
меди:
1 — кислородсодержащей; 2 — раскисленной
фосфором, с высоким остаточным содержанием фосфора
Рис. 2. Влияние
температуры отжига (в течение часа) на механические свойства
кислородсодержащей меди М1
Содержание кислорода в меди влияет на ударную вязкость и технологическую
пластичность.
Например, ударная вязкость горячекатаных медных полос (99.9%
Cu)
с различным содержанием кислорода составляет:
О2, % 0,026 0,030
0,034 0,042
KCU,кДж/м2
860 560
510 270
Влияние кислорода на технологическую пластичность на примере медной
проволоки диаметром
2,6
мм в твердом состоянии и с содержанием меди 99,90% следующее:
Способ получения | Число гибов при радиусе равном 5 мм | Число скручиваний загиба, на длине 152 мм |
Бескислородная | 12 | 92 |
Бескислородная | 7 | 45 |
Медь и многие ее сплавы имеют зоны пониженной пластичности («провала»
пластичности). При этом у кислородсодержащей меди наблюдается явно
выраженная зона пониженной пластичности при температурах 300…500°С; у
меди, раскисленной фосфором и с большим его остаточным содержанием
(0,04%), также наблюдается пониженная пластичность в этом интервале
температур. С повышением чистоты меди зона пониженной пластичности
уменьшается, а у бескислородной меди высокой чистоты (99,99%) эта зона
практически отсутствует. Зона пониженной пластичности отсутствует и у
меди, раскисленной бором (0,01% В).
При
отрицательных температурах медь имеет более высокие прочность и
пластичность, чем при температуре 20°С.
Механические свойства меди, на примере применяемой для электродов
контактной сварки, при высоких температурах приведены в табл. 2.
| Табл. 2. Механические свойства меди при высоких температурах | |||||||
| Свойства | Температура, °С | ||||||
| 20 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | |
| Временное сопротивление σb , МПа | 220 | 200 | 150 | 110 | 70 | 50 | 30 |
| Предел текучести σ0,2 , Мпа | 60 | 50 | 50 | 40 | 30 | 20 | 10 |
| Относительное удлинение δ , % | 45 | 45 | 40 | 38 | 47 | 57 | 71 |
| Относительное сужение ψ, % | 90 | 88 | 77 | 73 | 86 | 100 | 100 |
| Твердость по Виккерсу, HV | 50 | 40 | 38 | 35 | 19 | 1 | 9 |
| Ударная вязкость KCU, МДж/м2 | 1,7 | 1,5 | 1,4 | 1,4 | 1,2 | 0,9 | 0,8 |
Длительная | — | — | — | 25 | 10 | 6 | 5 |
Характеристики
упругости.
Упругие свойства изотропного материала характеризуются модулями
нормальной упругости
Е
(модуль Юнга), сдвига
G
и объемного сжатия
Есж,
а также коэффициентом Пуассона (µ). Значения модулей
Е и
G
в интервале температур 300… 1300К уменьшаются по линейному закону.
Лишь в области низких температур наблюдается отклонение от равномерного
изменения модулей (табл. 3).
| Табл. 3. Модули упругости и сдвига меди при различных температурах | |||||||||
| Модули, ГПа | Температура, К | ||||||||
| 4,2 | 100 | 200 | 300 | 500 | 700 | 900 | 1100 | 1300 | |
| Е | 141 | 139 | 134 | 128 | 115 | 103 | 89,7 | 76,8 | 63,7 |
| G | 50 | 49,5 | 47,3 | 44,7 | 37,8 | 31 | 24,1 | 18,5 | 11,5 |
Регламентированные механические свойства продукции из меди при различных
способах изготовления, состояниях поставки и размерах приведены в табл.
4 — 7.
Как
правило, на лентах толщиной менее 0,5 мм, а также на лентах толщиной
0,5… 1,5 мм в мягком состоянии, используемых для штамповки, временное
сопротивление и относительное удлинение не определяют, а проводят
испытания на выдавливание лунки по Эриксену (см. табл. 5).
| Табл. 4. Плоский прокат из меди. Размеры и механические свойства | ||||||
| Продукция, стандарт или технические условия | Марка | Изгот. | Сост. пост. | Толщина, мм | Временное сопротивление σb , МПа | Относительное удлинение δ10, % |
| не менее | ||||||
| Плиты из раскисленной меди, ТУ 48-21-517-85 | M1p | ГК | — | 75…11О | 180 | 20 |
| Листы общего назначения, ГОСТ 1173-2006 | M1, M1p, М1ф, М2, М2р, М3, МЗр | ГК | — | 3…25 | 200 | 30 |
| ХК | М | 0,05… 12 | 200…260 | 36 | ||
| ПТ | 240…310 | 12 | ||||
| Тв | 290 | 3 | ||||
| Листы и полосы повышенного качества ТУ 48-21-664-79 | M1 | ЛХК | М | 3…8 | 200 | 36 |
| ЛГК | — | 8…10 | 200 | 30 | ||
| ПХК | М | 3…6 | 200 | 36 | ||
| Шины для электротехнических целей, ГОСТ 434-78 | M1 | ХК | М | св. 7 | — | 35 |
| Ленты общего назначения, ГОСТ 1173-2006 | M1, M1p, М1ф, М2, M2p, М3, МЗр | ХК | М | 0,1…6 | 200…260 | 36 |
| ПТ | 240…310 | 12 | ||||
| Тв | 290 | 3 | ||||
| Ленты для коаксиальных магистральных кабелей, ГОСТ 16358-79 | M1 | хк | М | 0,16…0,3 | 210 | δ5≥25 |
| Ленты для капсюлей, ГОСТ 1018-77 | M1, M1p, М2, M2p | ХК | М | 0,35…1,86 | 200 | 36 |
| Ленты для электротехн ических целей, ТУ 48-21-854-88 | M1, М2 | ХК | М | до 0,2 | — | — |
| 0,2…2,5 | — | 36 | ||||
| 2,5—3,53 | — | 36 | ||||
| 3,55…5,5 | — | 36 | ||||
| Тв | до 0,2 | 310 | — | |||
| 0,2…2.5 | 310 | — | ||||
| 2,5…3,53 | 284 | |||||
| 3,55…5,5 | 284 | — | ||||
| Фольга рулонная для технических целей, ГОСТ 5638-75 | M1, М2 | ХК | Тв | 0,015…0,05 | 290 | — |
| Условные обозначения: | ||||||
| ГК — горячекатаные; ХК — холоднокатаные; ЛХК листы холоднокатаные; Л ГК — листы горячекатаные; ПХК — полосы холоднокатаные; М — мягкое; ПТ — полутвердое; Тв — твердое. | ||||||
| Табл. 5. Характеристики холоднокатаных лент при испытании по Эриксену (радиус пуансона 10 мм) | ||||
| Ленты | Марка | Состояние | Толщина, мм | Глубина лунки, мм, не менее |
| Общего назначения, ГОСТ 1173-2006 | M1, M1p, М1p, М2, М2р, М3, МЗр | мягкое | 0,1…0,14 | 7 |
| 0,14…0,16 | 7 | |||
| 0,16…0,28 | 8 | |||
| 0,28…0,55 | 8,5 | |||
| 0,55…0,6 | 9 | |||
| 0,6…1,1 | 9,5 | |||
| 1,1…1,5 | 10 | |||
| Радиаторные, ГОСТ 20707-80 | M1, М2, М3 | мягкое | 0,06…0,07 | 4,5…9.0 |
| 0,08…0,09 | 6,0…9,0 | |||
| 0,1 | 7,5 | |||
| 0,12…0,15 | 7,5 | |||
| 0,17…0,25 | 8 | |||
| твердое | 0,1 | 1,5…3,5 | ||
| 0,12…0,15 | 1,5…3,5 | |||
| Для электротехнических целей, ТУ 48-21-854-88 | M1 | мягкое | 0,1…0,15 | 7,5 |
| 0,2…0,25 | 8 | |||
| 0,3…0,5 | 8,2 | |||
| 0,6…1 | 9,5 | |||
| Таблица 6. Трубы и трубки из меди. Размеры и механические свойства | ||||||
| Продукция, стандарт или технические условия | Марка | Изгот. | Сост. пост. | Диаметр, мм / Толщина стенки, мм | Временное сопротивление σb , МПа | Относительное удлинение δ10, % |
| не менее | ||||||
| Трубы общего назначения, ГОСТ 617-2006 | M1, M1p, М1ф, М2р, МЗр, М2, М3 | ХД | М | 3…360 / 0,8…10 | 200 | 35 |
| ПТ | 240 | 8 | ||||
| Тв | 280 | |||||
| Пр | — | до 200 / 5…30 | 190 | 30 | ||
| >200 / 5…30 | 180 | 30 | ||||
| Трубы квадратные и прямоугольные е круглым отверстием, ТУ48-21-497-81 | M1, M1p, М1ф, М2р, МЗр, М2, М3 | Т, П | М | b; h; d | 200 | 35 |
| 15…20,5; | ||||||
| 13.5…14; | ||||||
| 6…12,5 | ||||||
| Пр | b; h; d | 190 | 30 | |||
| 36…120; | ||||||
| 16…36; | ||||||
| 11…28 | ||||||
| Трубы медные, ТУ 48-21-482-85 | M1, M1p, М1ф, М2р, МЗр, М2, М3 | Пр | — | 30 / 9 | 190 | 30 |
| Трубки медные тонкостенные, ТУ 48-21-161-85 | M1, М2 | Т | М | 0,8…2 / 0,15…0,5 | 210 | 35 |
| Тв | — | 4 | ||||
| Трубки медные тонкостенные. ГОСТ 11383-75 | M1, М2, М3 | Т | М | 1,5…28 / 0,15…0,7 | 210 | 35 |
| Тв | 340 | 2 | ||||
| Трубы медные круглого сечения для воды и газа ГОСТ 52318-2005 | M1p, М1ф | Т | М | 6…22 / 0,5…1.5 | 220 | δ10≥40 |
| ПТ | 6…54 / 0,5…2 | 250 | δ10≥20 | |||
| Тв | 6…267 / 0,5…3 | 290 | δ10≥3 | |||
| Условные обозначения: | ||||||
| ХД — холоднодеформированные; Пр — прессованные; Т гянутые; | ||||||
| П — прокатанные: М — мягкое; ПТ — полутвердое; Тв — твердое; h, h,d — ширина, высота, диаметр отверстия. | ||||||
| Таблица 7. Прутки, катанка и проволока из меди. Размеры и механические свойства | ||||||
| Продукция,стандарт или технические условия | Марка | Изгот. | Сост. пост. | Размеры, мм | Временное сопротивление σb , МПа | Относительное удлинение δ10, % |
| не менее | ||||||
| Прутки квадратные, ТУ 48-21-97-72 | М2 | Пр | — | 42…94 | 200 | 30 |
| Прутки, IOCT 1535-2006 | M1, M1p, Мф, М2р, МЗр, М2, М3 | Т | М | 3…50 | 200 | 35 |
| ПТ | 240 | 10 | ||||
| Тв | 270 | 5 | ||||
| Пр | — | 20…50 | 190 | 30 | ||
| Профили из бескислородной меди, ТУ 48-21-637-79 | М0б | Т | М | b x h 11,4 x 8 | 200 | 38 |
| Проволока для заклепок, ТУ 48-21-456-2006 | M1, М2 | Т | Тв | d 1…2 | 240 | 8 |
| d 2…10,7 | 240 | 15 | ||||
| Проволока из бескислородной меди, ТУ 48-21-158-72 | М0б | Т | М | d 3,5;4,2 | 200 | 30 |
| Проволока крешерная, ГОСТ 4752-79 | М0б | ХД | Тв | d 3…10 | 320… | — |
| 360 | ||||||
| Проволока для электротехнических целей, ГОСТ 434-78 | М0, M1 | Т | М | d до 2,5 | — | 35 |
| d 2,5…7 | — | 35 | ||||
| d 7…10 | — | 35 | ||||
| d св. 10 | — | 35 | ||||
| Тв | d до 2,5 | 310 | — | |||
| d 2,5…7 | 290 | — | ||||
| d 7…10 | 270 | — | ||||
| d св. 10 | 270 | — | ||||
| Катанка медная, ТУ 16705.491-2001 | не ниже M1 | НЛ | — | d 8…23 | 160 | 35 |
| Условные обозначения: | ||||||
| Пр — прессованные; Т — тянутые; ХД — холоднодеформированная; НЛ — непрерывное литье и прокатка; | ||||||
| М — мягкое; ПТ — полутвердое; Тв — твердое; b — ширина; h — высота; d — диаметр. | ||||||
Источник