Do czego używane są przewody aluminiowe?

Prąd elektryczny jest wykorzystywany w coraz większej liczbie urządzeń i systemów, zarówno tych, które tradycyjnie korzystały z takiego źródła zasilania, jak choćby oświetlenie czy ogrzewanie, jak i w całkiem nowych zastosowaniach, takich jak napędzanie samochodów osobowych. Niezależnie od swego przeznaczenia czy branży, w której jest używany, każdy sprzęt czy układ działający dzięki energii elektrycznej potrzebuje odpowiedniego okablowania. Wśród materiałów, które są dobrymi przewodnikami prądu, do produkcji okablowania powszechnie wykorzystuje się aluminium oraz miedź. Przewody aluminiowe i miedziane mają wiele odmiennych cech, które sprawiają, że mogą one być wykorzystywane w różny sposób. Przyjrzyjmy się bliżej charakterystyce przewodów aluminiowych i sprawdźmy, w jakich aplikacjach sprawdzają się najlepiej.

Aluminium jako materiał do produkcji przewodów elektrycznych

Każda instalacja elektryczna wymaga stosowania materiałów dwóch rodzajów – takich, które znakomicie i z najmniejszymi możliwymi stratami przewodzą prąd elektryczny oraz takich, które są izolatorami, blokującymi jego przepływ. Do pierwszej grupy zaliczają się różne substancje umożliwiające przepływ elektronów po przyłożeniu napięcia, przede wszystkim metale, ale również rozmaite roztwory, a także gazy. Ze względów praktycznych – łatwości wykorzystania, niewielkiemu oporowi, czyli zmniejszaniu się napięcia wraz z długością przewodnika – najpowszechniej korzysta się z kilku rodzajów metali. Nie tylko stawiają one nieduży opór, ale również dzięki swojej ciągliwości pozwalają na tworzenie bardzo długich i cienkich przewodów o ściśle określonym przekroju i składzie chemicznym. Metale dość znacznie różnią się między sobą pod względem swojej rezystywności (ρ), czyli oporu na jednostkę długości, a zatem zdolności do przewodzenia. Najlepsze wyniki uzyskuje tu srebro, które w temperaturze 20°C uzyskuje wynik na poziomie 0,0159·10-6oma (Ω) na metr. Druga pod względem rezystywności jest miedź 0,0168·10-6 Ω·m, a trzecie złoto przy ρ 0,0244·10-6 Ω·m. Czwartym metalem w kolejności rezystencji rosnącej jestaluminium, które osiąga 0,0282·10-6 Ω·m. Warto przy tym zdawać sobie sprawę, że tak popularna w różnych zastosowaniach stal ma zwykle – w zależności od składu stopu – od 0,15 do 0,45·10-6 Ω·m.

Wykorzystanie jako przewodników srebra i złota jest możliwe, choć w przypadku srebra pojawiają się problemy związane z jego niezbyt dobrą ciągliwością, a zatem stosunkowo trudno uformować z niego odpowiedni przewód. Największą przeszkodą jest wysoka cena tych metali. Pod tym względem o wiele lepiej wypada miedź i aluminium, które są znacząco tańsze, ale zdecydowanie korzystniejsza jest cena tego drugiego.

Choć miedź charakteryzuje się wyższą przewodnością, a co za tym idzie przewód, który zostanie z niej wykonany, będzie w stanie przewodzić prąd o większym natężeniu przy tej samej średnicy co przewód aluminiowy, to problemem będzie jego wyższa masa. Korzystniejsze parametry związane z rezystencją nie są jednak w stanie wyrównać tej różnicy, co oznacza, że przewód z aluminium, choć grubszy będzie jednak ważył tyle samo.

Gdzie wykorzystuje się przewody z żyłami aluminiowymi?

Przewody z żyłami wykonanymi z aluminium są rzadziej wykorzystywane w instalacjach elektrycznych montowanych w budynkach mieszkalnych czy obiektach użytkowych niż przewody miedziane. Wciąż jednak ich użycie ma swoich zwolenników, głównie ze względu na niższe koszty zakupu. Trzeba jednak pamiętać, że w przypadku przewodów aluminiowych niezbędne jest zastosowanie odpowiednio zwiększonego przekroju, dla zapewnienia właściwej wytrzymałości instalacji na przeciążenia. Pewnym problemem przy stosowaniu przewodów aluminiowych może być ich skłonność do zmiany objętości, co może prowadzić do problemów w miejscach połączeń i ich późniejszego przegrzewania, dlatego z kabli aluminiowych zwykle rezygnuje się tam, gdzie obwody będą mocno obciążone, np. przy instalacjach służących do podłączenia płyt indukcyjnych czy mat grzewczych.

Aluminium wciąż jest stosowane do produkcji kabli energetycznych.W takim przypadku wielką zaletą jest zdecydowanie mniejsza masa, a tym samym mniejsze obciążenie słupów. Wpływa to również na ułatwienie instalacji kabli oraz ich wymianę w razie awarii. Przewody aluminiowe są często wykorzystywane w automatyce oraz innych zastosowaniach, gdzie liczy się redukcja masy połączona z dużą giętkością. Okablowanie z aluminium dobrze sprawdza się więc w robotach przemysłowych oraz wszelkiego rodzaju mechanizmach ruchomych, zmniejszając obciążenie ramion oraz konstrukcji nośnej. Z podobnych przyczyn przewody aluminiowe są stosowane w przemyśle lotniczym do budowy okablowania samolotów i śmigłowców.

Ze względu na pewne ograniczenia związane z charakterystyką aluminium przy korzystaniu z przewodów tego rodzaju konieczne jest stosowanie dodatkowych zabiegów. Ważne jest np. usuwanie warstwy utlenionego metalu, który może ograniczać przewodność. W tym celu stosuje się sposoby mechanicznego usuwania tlenku, np. specjalne zdzieraki czy zagniatarki do kabli. Ważne jest unikanie ryzyka korozji elektrochemicznej zachodzącej pod wpływem połączenia metali o różnych potencjałach, np. miedzi i aluminium w obecności elektrolitu – wody w stanie ciekłym czy znajdującej się w postaci pary wodnej w powietrzu. Dla zapobieżenia takim zjawiskom do łączenia przewodów wykonanych z różnych materiałów należy stosować specjalne złączki, w których rejon styku jest połączony hermetycznie.