Plastyczność miedzi – na czym polega?

Przewody miedziane wytrzymują wyższe siły naciągu niż aluminiowe bez przewężenia lub zerwania.

Pod wpływem przyłożonej siły naciągu (naprężenia rozciągającego) przewód elektryczny ulega nieznacznemu wydłużeniu. W zakresie odkształceń sprężystych, przewód po zdjęciu naprężenia rozciągającego powraca do swojej początkowej długości i kształtu. Przy dalszym wzroście naprężenia rozciągającego, zostaje osiągnięty punkt po przekroczeniu którego pewna część tego odkształcenia jest trwała i nie ulega odwróceniu. Jest to granica sprężystości, zwana granicą plastyczności, a naprężenie przy którym występuje jest definiowane jako granica plastyczności materiału. W rezultacie granica plastyczności jest maksymalnym projektowym naprężeniem, jakiemu przewód może być poddany. Ponieważ granica plastyczności jest trudna do dokładnego wyznaczenia, praktyczną miarą techniczną dla porównywania przewodów jest naprężenie graniczne przy odkształceniu 0,2%, tj. naprężenie powodujące trwałe plastyczne wydłużenie przewodu o 0,2%.

CZYTAJ TAKŻE: Miedziane przewody lepiej wytrzymują zwarcia

Aby dopełnić ten obraz, zauważmy, że przy dalszym wzroście naprężenia rozciągającego, pole przekroju poprzecznego przewodu zmniejsza się w najsłabszym miejscu i zaczyna przewężać się, gdy zostanie osiągnięta graniczna wytrzymałość na rozciąganie, znana także po prostu, jako wytrzymałość na rozciąganie. Miarą naprężenia jest siła na jednostkę powierzchni wyrażana w układzie metrycznym w niutonach na milimetr kwadratowy [N/mm2].

ZOBACZ TAKŻE: Baza wiedzy : Przewody i kable 

Zgodnie z poniższą tabelą, miedź wysoko przewodząca w stanie wyżarzonym wytrzymuje 3- do 6-krotnie wyższe naprężenie graniczne przy odkształceniu 0,2% niż aluminium, dzięki czemu przewody miedziane wytrzymują większe naprężenia przy naciągu bez przewężenia lub zerwania. Wartości te mogą się zmieniać w zależności od zakresu przeróbki plastycznej na zimno lub dodatków stopowych, ale właściwości miedzi przewyższają aluminium we wszystkich porównywalnych warunkach.

Ta właśnie cecha fizyczna miedzi i właściwa dla niej elastyczność, umożliwiają łatwe przeciąganie kabli przez rury i korytka kablowe z minimalnym ryzykiem przewężenia, rozciągnięcia lub zerwania przy zastosowaniu mechanicznego wciągania kabli. Przy tej samej obciążalności prądowej aluminium wykazuje marginalną przewagę nad miedzią pod względem ciężaru i siły mechanicznej potrzebnej do wciągania. W przeciwieństwie do miedzi, nie są one wystarczająco małe, aby zniwelować duże różnice naprężenia granicznego.

CZYTAJ TAKŻE: Baza wiedzy : Przewodność materiałowa 

W przypadku długich ciągów kablowych, gdy kable z aluminiowymi żyłami są wciągane poprzez systemy osłon kablowych i poddawane dużym siłom naciągu, siły te mogą powodować rozciągnięcie i przewężenie przewodów, co zmniejsza ich obciążalność prądową i w konsekwencji może prowadzić do niebezpiecznego przegrzewania. W skrajnych przypadkach mechaniczne ciągnięcie kabli z aluminiowymi żyłami na długich lub wielokierunkowych ciągach kablowych może nawet skutkować nienaprawialnym uszkodzeniem fizycznym. Na szczęście, to ryzyko nie dotyczy kabli miedzianych.

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

ZOBACZ TAKŻE: Miedź ma wysoką granicę plastyczności