آلومینیوم به عنوان یک هادی الکتریکی


آلومینیوم یکی از بهترین فلزات برای هدایت الکتریسیته است و در بسیاری از کاربردهای صنعتی به عنوان یک هادی عالی عمل می کند. در واقع، در میان مواد رسانا، کمتر ماده ای با آلومینیوم رقابت می کند. به همین دلیل است که بسیاری از صنایع و فناوری ها، از دستگاه های الکترونیکی پیشرفته مصرفی گرفته تا هوافضا و ترانسفورماتورهای سنگین، به آلیاژهای آلومینیوم به عنوان راه حل روی آورده اند.

ترکیب شیمیایی فلزات به گونه ای است که در اکثر موارد، پیوندهای فلزی امکان هدایت الکتریسیته را فراهم می کنند. اتم های فلزی توسط الکترون های در حال حرکت دائمی احاطه شده اند که به الکتریسیته اجازه می دهند به راحتی بین یون ها حرکت کند. در حالی که آلومینیوم بهترین فلز رسانا نیست، تنها نقره خالص (# 1)، مس خالص (# 2) و طلا خالص (# 3) هادی های بهتری نسبت به آلومینیوم هستند . از طرف دیگر، آهن یک رسانای متوسط ​​است، در حالی که فولاد ضد زنگ یکی از بدترین هادی هاست.

با توجه به هزینه بالای استفاده از نقره و طلا در مقیاس صنعتی، تنها مس به عنوان یک گزینه عملی تر برای هدایت الکتریسیته باقی می ماند. اما در مقایسه با مس، آلومینیوم مزایای زیادی دارد که آن را برای تولیدکنندگان و طراحان جذاب تر می کند.

در این مقاله به بررسی نحوه استفاده از آلیاژهای آلومینیوم در وسایل الکتریکی و نکاتی که هنگام انتخاب نوع مناسب برای نیاز خود باید بدانید، می پردازیم.

آلومینیوم به طور طبیعی یک هادی است همانطور که گفته شد، آلومینیوم یکی از بهترین فلزات برای هدایت الکتریسیته است. آلومینیوم در واقع قادر به پدیده ای به نام ابررسانایی است که در آن مقاومت الکتریکی ماده از بین رفته و میدان های شار مغناطیسی به طور کامل از آن خارج می شوند. در یک رسانای فلزی معمولی، مقاومت الکتریکی با سرد شدن به تدریج کاهش می یابد، در حالی که در یک ابررسانا، دمای بحرانی وجود دارد که در آن مقاومت به طور ناگهانی به صفر می رسد. این بدان معناست که یک جریان الکتریکی معمولی می تواند بدون نیاز به منبع تغذیه، به طور نامحدود در یک سیم ابررسانا جریان یابد.

دمای بحرانی ابررسانایی در آلومینیوم 1.2 کلوین است. میدان مغناطیسی بحرانی آن تقریباً 100 گاس است. یکی دیگر از ویژگی های آلومینیوم این است که پارامغناطیس است، بنابراین نیازی به نگرانی در مورد میدان های مغناطیسی ساکن ندارد. با این حال، باید توجه داشت که می تواند به شدت تحت تأثیر تغییر میدان مغناطیسی ناشی از القای جریان های گردابی قرار گیرد.

در مقایسه با مس، آلومینیوم فقط کمی بیش از نیمی (61 درصد) از هدایت الکتریکی مس را نشان می دهد. در نگاه اول، به نظر می رسد مس گزینه بهتری به عنوان یک هادی باشد، اما این نکته را نادیده می گیرد که آلومینیوم یک سوم وزن مس را دارد. بنابراین، اگر دو سیم فلزی داشته باشید، یکی مسی و دیگری آلومینیومی، که قادر به هدایت مقدار مساوی الکتریسیته هستند، سیم آلومینیومی نصف وزن سیم مسی را خواهد داشت. آلومینیوم به همین دلیل تمایل به ارزان تر بودن نیز دارد.

کدام کاربردها بیشتر از آلومینیوم به عنوان هادی استفاده می کنند؟ آلومینیوم چنان هادی خوبی برای الکتریسیته است که حتی فویل آلومینیوم نیز می تواند به عنوان هادی استفاده شود. فویل برای اکثر کاربردهای صنعتی بسیار ظریف است، اما فقط مزایای این ماده را نشان می دهد.

یکی از قدیمی ترین و شناخته شده ترین کاربردهای آلومینیوم، سیم برق است. اکثر کابل های برق عایق بندی شده در شبکه برق آمریکا به دلیل وزن و هزینه کمتر، از آلومینیوم ساخته شده اند. کابل های مسی بسیار سنگین تر از کابل های آلومینیومی هستند، به همین دلیل است که آلومینیوم از اواخر دهه 1800 در شبکه برق ملی یافت می شود.

علاوه بر کابل های برق هوایی، سیم کشی آلومینیومی را می توان در برخی هواپیماها، خانه ها، وسایل الکترونیکی و لوازم خانگی مانند فن، لامپ و موارد دیگر نیز یافت.

با این حال، در اندازه های سیم کوچکتر، مس اغلب به آلومینیوم ترجیح داده می شود. این به این دلیل است که سیم کشی آلومینیومی یک اشکال دارد که باید از آن آگاه باشید: زمانی که با سایر فلزات ترکیب شود، می تواند بسیار خورنده باشد، به این معنی که به عنوان مثال نمی توانید از سیم آلومینیوم با هادی های مسی استفاده کنید. از آنجایی که مس در بسیاری از اولین وسایل الکتریکی استفاده می شد، بخش زیادی از زیرساخت های ما به مس متکی است. تغییر به آلومینیوم بسیار گران خواهد بود و به همین دلیل است که سیم کشی آلومینیومی برای چندین دهه عمدتاً به کابل های برق هوایی اختصاص داده شده بود.

با این حال، به تازگی، سیم کشی مسی بیشتری با آلومینیوم جایگزین می شود. این بدان معناست که شما باید تحقیقات خود را انجام دهید و درک کنید که چگونه از کاربرد مورد نظر شما استفاده خواهد شد و الزامات سیم کشی فعلی (مس یا آلومینیوم) چیست.

کابل های برق آلومینیومی از چه ساخته شده اند؟ چهار نوع اصلی کابل برق آلومینیومی وجود دارد. اولین مورد به عنوان هادی تمام آلومینیوم (AAC) شناخته می شود و از آلومینیوم EC تشکیل شده است. این آلیاژ آلومینیوم بسیار محکم نیست و اگرچه هدایت الکتریکی آن 61 درصد مس است، اما در خطوط انتقال زیاد دیده نمی شود. شما آن را در خطوط توزیع شهری پیدا خواهید کرد که تمایل به دهانه های کوتاهتر و نیازهای بالاتر برای هدایت الکتریکی دارند.

نوع بعدی هادی آلیاژ تمام آلومینیوم (AAAC) است که از آلیاژ 6201 ساخته شده است. این آلیاژ استحکام عالی را ارائه می دهد و حدود 52 درصد از هدایت الکتریکی مس را دارد. این آلیاژ اغلب برای توزیع استفاده می شود و به دلیل مقاومت در برابر خوردگی، به ویژه در مناطق ساحلی مفید است.

رسانای آلومینیوم، تقویت شده با فولاد (ACSR) ، هسته فولادی را با لایه هایی از سیم های آلیاژ 1350 آلومینیوم که به صورت مارپیچ به دور آن پیچیده شده اند، ترکیب می کند. با افزایش قابل توجه مقاومت ناشی از هسته فولادی، افت بسیار کمتری وجود دارد، که این نوع کابل را برای انتقال و توزیع مناسب می کند. اغلب آن را در عبور از رودخانه ها و سایر مناطقی که استحکام بالاتری مورد نیاز است، مناسب می سازد.

در نهایت، هادی آلومینیوم، تقویت شده با آلیاژ (ACAR) ، آلومینیوم 1350 را در اطراف هسته آلیاژ آلومینیوم 6201 می پیچاند. این منجر به بهبود خواص الکتریکی و مکانیکی نسبت به ACSR می شود و آن را قابل اعتمادتر، اما گرانتر از سایر کابل ها می کند. این نوع کابل را می توان در هر دو خط انتقال و توزیع هوایی استفاده کرد.

منبع+ ترجمه : الکامهرکیمیا

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *