Miedź ma dużą wytrzymałość zmęczeniową

Przewody miedziane wytrzymują bez pęknięcia lub przerwania drgania o większej amplitudzie i przez znacznie dłuższy czas niż przewody aluminiowe.

Zmęczenie materiału występuje w wyniku naprężeń, będących skutkiem powtarzalnych zmian obciążenia. Jeżeli naprężenia te przekraczają pewien próg i liczba cykli jest wystarczająco duża, zaczynają powstawać mikropęknięcia. Stopniowo, pęknięcie może osiągnąć wielkość krytyczną, po czym następuje szybka propagacja pęknięcia prowadząca do przełamania materiału.

Zmęczenie materiału definiuje się jako wartość naprężenia przy której uszkodzenie występuje po przyjętej liczbie cykli. W poniższej tabeli podano porównawcze wartości wytrzymałości zmęczeniowej dla miedzi o wysokiej przewodności i aluminium:

Jak widać, miedź wytrzymuje większe naprężenia i przez dłuższy czas niż aluminium.

CZYTAJ TAKŻE: Jakie właściwości fizyczne miedzi i aluminium są najbardziej istotne w zastosowaniach elektrotechnicznych?

Przewody aluminiowe stosowane w instalacjach urządzeń i maszyn są narażone na nacięcia, otarcia i drgania, tzw. “dzwonienie”. Te niepożądane zjawiska przy ruchach związanych z powtarzającym się rozszerzaniem i kurczeniem lub drganiami, mogą prowadzić do zmęczenia materiału. Znacznie wyższa rozszerzalność cieplna aluminium poddawanego cyklom cieplnym pod wpływem zmian obciążenia, także może być przyczyną ruchów wystarczających do tego, by drobne skazy mogły przekształcić się w obszary o dużej rezystancji, powodując powstawanie gorących punktów a nawet przerwanie przewodu. Tego rodzaju drobne skazy mogą pogarszać się aż do przerwania oprzewodowania, powodując długotrwałe przerwy w eksploatacji. Większa twardość i elastyczność miedzi powoduje, że nawet w przypadku wystąpienia uszkodzeń, jej większa wytrzymałość zmęczeniowa zapewnia większy stopień niezawodności.

CZYTAJ TAKŻE: Miedziane przewody lepiej wytrzymują zwarcia

Innym obszarem zastosowań, w którym wytrzymałość zmęczeniowa odgrywa rolę, są napowietrzne linie elektroenergetyczne. Pobudzenie wiatrem powoduje drgania przewodów napowietrznych, tzw. drgania eolskie, o częstotliwości 5 Hz do 50 Hz. Tego rodzaju drgania przewodu mogą prowadzić do zmęczenia ciernego, głównie w regionach uchwytów przelotowych, odstępników lub innych elementów osprzętu, i w rezultacie do przerw w eksploatacji. Dla porównania linie napowietrzne o małych zwisach z przewodami miedzianymi wykazują znacznie lepsze parametry ze względu na wyższą wytrzymałość zmęczeniową miedzi.

Literatura

1. High Conductivity Copper for Electrical Engineering, ECI publication no. Cu0232, Feb 2016.
2. http://www.leonardo-energy.org/white-paper/comparative-evaluation-copper-and-aluminium-wires-and-cables-building-installations
3. Fretting Fatigue Phenomena on an all Aluminium Alloy Conductor, Marco Boniardi, Silvia Cincera,Fabrizio D’Errico, Chiara Tagliabue, Dipartimento di Meccanica, Politecnico di Milano, Via La Masa 34, 20156 Milano, ITALY

CZYTAJ TAKŻE: Współczynnik rozszerzalności cieplnej – miedź czy aluminium?