2021-07-31
57
ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ В КАБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЯХ. Три аспекта применения материалов в изделиях.
1. Вид (структура) материала. Например: проводники и диэлектрики. Или: медь, алюминий, полиэтилен, поливинилхлорид. Или: полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, сшитый полиэтилен. И т.д.
2. Формация (свойство) материала. Например: электропроводность, плотность, теплопроводность. Или: внутреннее строение, цвет. Или: цена, воздействие на экологию, долговечность.
3. Мера взаимосвязи вида материала и его свойств. Например: электропроводность (удельная) алюминия 28·10-9 Ом·м, плотность меди 8900 кг/м3. Или: пластикат полиэтилена имеет белый цвет. Или: Марк Витрувий (I век до н.э.) считал, что применение свинца в водопроводе Древнего Рима нехорошо для общественного здоровья.
Связанные закономерности:
- каждый материал обладает набором различных формаций (свойств) – «нет вещи без образа»;
- достаточно полное представление о двух из трёх аспектах позволяет получить недостающий аспект. Например: а) взгляд на белый пластикат полиэтилена позволяет определить такое свойство полиэтилена как «цвет». Или: б) представление о проводниках (алюминий, медь) и их плотностях позволяет соизмерить плотности меди и алюминия.
Проводниковые материалы в кабельных изделиях
Наибольшее применение в кабельных изделиях имеют медь и алюминий. На третьем месте – бронзы (сплавы на основе меди, не содержащие цинка). Вспомогательным материалом в кабельных изделиях является сталь.
Медь использовалась, по меньшей мере, уже 8 тыс. лет назад. Содержание в земной коре 0,005 %.
Алюминий впервые получен в 1825 г. Гансом Эрстедом. Содержание в земной коре 8 % (третий после кислорода и кремния).
Сталь – сплав, содержащий не менее 45 % железа и не более 2,1 % углерода. (Железо использовалась, по меньшей мере, уже 6 тыс. лет назад. Содержание в земной коре 4,65 % - четвёртое место).
В таблице 1 представлены сведения об основных проводниковых материалах, применяемых в кабельных изделиях, их физические и электрические свойства.
Таблица 1 – Основные свойства проводниковых материалов кабельных изделий.
| Параметр | Алюминий | Медь | Бронзы | Стали |
| Плотность, кг/дм3 | 2,7 | 8,9 | 7,5 – 8,9 | 7,8 |
| Т пл, °С | 930 – 1140 | 1400 – 1500 | ||
| Предел прочности при разрыве σв, МПа | 30 – 145 АМ* АТ* | 145 – 400 ММ МТ | 300 – 1600 Sn Be** | 1200 – 1450 |
| Относит. удлинение до разрыва, % | 10 – 35 АТ АМ | 6 (МТ до 200 °С) 40 (ММ) | 0 – 60 Sn, P | 2,5 – 4 |
| Твёрдость по Бринеллю | 16 – 40 АМ АТ | 40 – 120 ММ МТ | 14 – 250 | 120 – 200 (незакалённая) |
| Удел. электрическое сопротивление ρ, Ом·м | (26 – 29)·10-9 АМ АТ | (17 – 18)·10-9 ММ МТ | (20 – 200) ·10-9 Ag | (100 – 140)·10-9 |
| Темп. коэффициент сопротивления αρ, °С-1 | ≈ 4·10-3 | ≈ 4·10-3 | (0,7 – 4) ·10-3 | 6 ·10-3 |
| Примечания * После волочения алюминиевая и медная проволока становится «твёрдой» (АТ и МТ), при этом увеличивается эл. сопротивление и мех. прочность. Выдержка при температуре 400-480 °С алюминия и при 480-600 °С меди (процесс отжига) позволяет вернуть материалам первоначальные «мягкие» свойства (АМ и ММ). ** В зависимости от основного легирующего элемента (олово, бериллий, фосфор, серебро и др.) бронзы обладают заметно отличающимися свойствами. | ||||
Сталеалюминиевые провода, применяемые в воздушных ЛЭП напряжением выше 35 кВ, имеют сердечник, скрученный из оцинкованных стальных проволок. Цинковое покрытие защищает сталь от коррозии.
Чтобы защитить от коррозии медную проволоку, её покрывают оловом (T пл = 232 °С), серебром (T пл = 962 °С) или никелем (T пл = 1453 °С).
Припои, применяемые при пайке для соединения металлов, делятся на мягкие с температурой плавления ниже 300 °С и твердые с температурой плавления выше 300 °С. Мягкие припои имеют предел прочности при разрыве 15... 100 МПа, твёрдые - 100... 500 МПа.
Наиболее распространёнными мягкими припоями являются оловянно-свинцовые (ГОСТ 21930). Стандартными твердыми припоями являются медно-цинковые (ГОСТ 23137) и серебряные (ГОСТ 19738).
В таблице 2 приведены физико-механические свойства некоторых оловянно-свинцовых припоев.
Таблица 2 - Некоторые оловянно-свинцовые припои и их основные свойства.
| Марка припоя | Температура плавления, °С | ρ, мкОм·м | |
| солидус | ликвидус | ||
| ПОС 90 | 0,120 | ||
| ПОС 61 | 0,139 | ||
| ПОС 40 | 0,159 | ||
| ПОС 10 | 0,200 | ||
| ПОС 61М | 0,143 | ||
| ПОСК 50-18 | 0,133 | ||
| ПОСу 95-5 | 0,145 | ||
| ПОССу 40-2 | 0,172 | ||
| ПОССу 30-2 | 0,182 | ||
Для пайки алюминия используют оловянно-цинковый припой П250А, оловянно-свинцовый припой П300А (таблица 3).
Таблица 3 - Некоторые марки припоев для пайки алюминия и их свойства.
| Марка припоя | Температура плавления, °С | ρ, мкОм·м | |
| солидус | ликвидус | ||
| П250А (ПОЦ 80/20) | 0,120 | ||
| П300А (Припой А) | 0,120 | ||
Флюсы обеспечивают отсутствие окисления металла и припоя в процессе пайки. Должны иметь рабочую температуру не меньше температуры плавления припоя. Основным флюсом является канифоль.
