Справочники
В электроустановке работает от силы полтора десятка металлов, и место каждого закреплено почти намертво: жила и шина — медь или алюминий, магнитопровод — кремнистая сталь, контакт аппарата — серебро, герметичная оболочка кабеля — свинец, паяный шов — олово, спираль нагревателя — нихром. Лучше меди ток проводит только серебро, но тянуть им линии никто не станет — и даже медь на воздушных линиях уступает алюминию: при равной проводимости алюминиевый провод весит примерно вдвое меньше.
Ниже — сводная таблица по металлам серии, семейства сплавов и обратный указатель «узел — материал»; из каждой строки есть переход в отдельный справочник с марками, сплавами и технологией. Термины проводникового материаловедения — по ГОСТ 22265-76 «Материалы проводниковые. Термины и определения», термины по изоляции — по ГОСТ 21515-76 «Материалы диэлектрические. Термины и определения».
Классификация: чем чёрные металлы отличаются от цветных
Основное деление отрасли — на чёрные и цветные металлы. К чёрным относят железо и сплавы на его основе, сталь и чугун; к цветным — медь, алюминий, цинк, олово, свинец, никель, титан, магний и остальные металлы вместе со своими сплавами. Именно в этом смысле слово «цветной» употребляют на рынке проката и лома.
Внутри обеих групп металлы разбивают дальше — по плотности, температуре плавления и стойкости к окислению. Группы пересекаются: олово, свинец и цинк одновременно тяжёлые цветные и легкоплавкие.
Группа | Металлы | Признак группы и роль в электротехнике |
|---|---|---|
Чёрные | Железо и сплавы на его основе — сталь, чугун | Основа — железо. Ферромагнитны и дёшевы в тоннаже: из них магнитопровод и вся несущая сталь электроустановки |
Цветные тяжёлые | Медь, никель, цинк, свинец, олово | Плотность выше 5 г/см³ — от цинка 7,13 до свинца 11,34. Проводят ток, защищают сталь, паяют и герметизируют |
Цветные лёгкие | Алюминий, литий, магний, бериллий | Плотность ниже 5 г/см³ — алюминий 2,7, литий 0,534. Выигрыш в массе: провода ЛЭП, корпуса, электроды аккумуляторов |
Легкоплавкие | Олово, свинец, цинк | Плавятся ниже 420 °C: олово 231,9, свинец 327,46, цинк 419,5. Отсюда припои, лужение, горячее цинкование, плавкие вставки |
Тугоплавкие | Вольфрам, молибден, тантал, ниобий, хром | Держат температуру, при которой остальные металлы уже расплавились: нити ламп накаливания, сварочные электроды, контакты сильноточных аппаратов и разрядников |
Благородные | Серебро, золото, платина, палладий | Не окисляются на воздухе — на контакте не растёт оксидная плёнка: контакт-детали аппаратов, покрытия разъёмов, термопары платиновой группы |
Редкоземельные | Неодим, самарий | Дают магнитотвёрдые сплавы с наибольшей магнитной энергией: NdFeB и SmCo в роторах бесколлекторных машин, датчиках, реле, сепараторах |
Полная техническая классификация — с железными, урановыми, щелочными и редкоземельными группами — разобрана в публикации «Классификация металлов» (Северная Аврора).
Проводники, полупроводники и диэлектрики
Проводник отличается от изоляции не степенью, а самим наличием свободных носителей заряда: в металле электроны свободны уже при комнатной температуре. У чистых металлов сопротивление при нагреве растёт — у меди температурный коэффициент 4,3·10⁻³ К⁻¹, — а в прецизионных сплавах вроде манганина его специально сводят почти к нулю. Углеродные материалы ведут себя обратно: у графита коэффициент отрицателен, −0,2…−0,6·10⁻³ К⁻¹, и при нагреве сопротивление падает. Отсюда и поведение угольной щётки: с прогревом её сопротивление не растёт, в отличие от медной шины.
Между проводником и изоляцией лежат полупроводники: у кремния, германия и оксида цинка проводимостью управляют примеси, температура и приложенное напряжение, и на нелинейности оксида цинка построены варисторы и ограничители перенапряжений. Диэлектрики — материалы изоляции: ПВХ и полиэтилен оболочек, резина и слюда, фарфор и стекло изоляторов, минеральное масло трансформатора, сухой воздух воздушного промежутка. Свободных носителей в них практически нет, и ток через них не идёт вплоть до пробоя.
Ни один металл не выигрывает сразу по всем четырём параметрам — проводимости, плотности, температуре плавления и коррозионной стойкости. Поэтому медь не вытеснила алюминий на воздушных линиях, а сталь остаётся в кабельной броне и в опорах, хотя проводит ток в разы хуже обоих: там от металла нужна прочность, а не проводимость.
Сводная таблица металлов: плотность, температура плавления, проводимость
Строка на металл: удельное сопротивление, относительная проводимость в % IACS (за 100 % принята эталонная отожжённая медь), плотность, температура плавления, роль в отрасли и профильный стандарт. Название металла ведёт на его справочник, где разобраны марки, сплавы и применение.
Металл | ρ, Ом·мм²/м | Проводимость, % IACS | Плотность, г/см³ | Tпл, °C | Ключевая роль в электротехнике | Профильный ГОСТ |
|---|---|---|---|---|---|---|
0,0172 | 100 (эталон) | 8,96 | 1084,6 | Токопроводящие жилы, обмотки, шины, контакты | ||
0,028 | 61,5 | 2,7 | 660 | Жилы кабелей, провода воздушных ЛЭП, шины | ГОСТ 11069-2019 (марки А5Е, А7Е) | |
0,059 | 29 | 7,13 | 419,5 | Горячее цинкование стали, аноды батареек, ZnO-варисторы | ГОСТ 3640-94 (цинк), ГОСТ 9.307-2021 (цинковые покрытия) | |
0,208 | 8,3 | 11,34 | 327,46 | Оболочки кабелей, пластины аккумуляторов, припои ПОС | ГОСТ 3778-98 | |
0,115 | 15 | 7,29 | 231,9 | Припои и лужение жил, контактов, арматуры | ГОСТ 860-75 | |
0,069 | 25 | 8,90 | 1455 | Сплавы сопротивления, термопары, никелирование, аккумуляторы | ГОСТ 849-2018 | |
0,0928 | 18,6 | 0,534 | 180,5 | Электродный материал аккумуляторов и первичных элементов | ГОСТ 8774-75 | |
0,40–0,55 | 3–4 | 7,60–7,75 | — | Магнитопроводы трансформаторов, машин, дросселей | ГОСТ 21427.2-83, ГОСТ 33212-2014 (изотропная), ГОСТ 32482-2025 (анизотропная) | |
Сталь углеродистая (Fe) | 0,13–0,16 | 11–13 | — | — | Броня кабеля, лотки и короба, опоры, заземлители, стальные жилы СИП | — |
Кремнистая электротехническая сталь и конструкционная углеродистая разведены по разным строкам: легирование кремнием поднимает удельное сопротивление втрое, и по магнитным свойствам это разные материалы. Плотность, температура плавления и удельное сопротивление взяты из таблиц электропроводности и справочников по соответствующим металлам; относительная проводимость там, где справочник её не приводит, пересчитана из удельного сопротивления относительно эталона 0,0172 Ом·мм²/м. Прочерк — значение не приводится.
Пересчитать сопротивление на рабочую температуру по этой таблице нельзя: температурные коэффициенты и электропроводность в МСм/м лежат в «Таблицах электропроводности металлов». Магнитная сторона стали — индукция насыщения, коэрцитивная сила, удельные потери и соответствие марок — вообще другая таблица, «Таблицы параметров электротехнической стали».
Сплавы в электротехнике: нихром, манганин, ЮНДК и другие семейства
Чистый металл держит проводимость, сплав — всё остальное: нихром Х20Н80 нужен ради высокого сопротивления и работы при красном калении, манганин — ради почти нулевого температурного коэффициента, бериллиевая бронза — ради упругости контакта, кремнистая сталь — ради низких потерь на перемагничивание. Поэтому в жиле и шине стоят технически чистые М1 и А5Е, а в остальных узлах — сплав под конкретное свойство. Семейства и опорные стандарты на их марки:
Семейство | Представители | Где применяется | Опора |
|---|---|---|---|
Проводниковые | Медь М0, М1; алюминий А5Е, А7Е; кадмиевая и оловянная бронза | Жилы кабелей и проводов, обмотки, шины распределительных устройств, контактный провод | ГОСТ 859-2014, ГОСТ 434-78, справочник «Алюминиевые сплавы» |
Высокого сопротивления (нагревательные) | Нихром Х20Н80, Х15Н60; фехраль Х23Ю5Т, Х27Ю5Т | Спирали печей и ТЭНов, резаки, тёплый пол, пусковые резисторы | ГОСТ 12766.1-90, справочник «Нихром и фехраль» |
Прецизионные сплавы сопротивления | Манганин МНМц3-12; константан МНМц40-1,5 | Шунты, эталонные и догрузочные резисторы, тензорезисторы, термопары | ГОСТ 492-2006, справочники «Константан и манганин» и «Таблицы термопар и термосопротивлений» |
Магнитомягкие | Электротехническая сталь изотропная и анизотропная, нелегированная сталь, прецизионные сплавы железо-никель (пермаллой 79НМ, 68НМ, 50Н), аморфные ленты | Магнитопроводы трансформаторов, электродвигателей, дросселей, трансформаторов тока, магнитные экраны | ГОСТ 33212-2014 (изотропная), ГОСТ 32482-2025 (анизотропная), ГОСТ 3836-83 (нелегированная), ГОСТ 10994-74 (пермаллои), справочники «Таблицы параметров электротехнической стали» и «Никель (Ni)» |
Магнитотвёрдые | Спечённые NdFeB и SmCo; литые ЮНДК (альнико); бариевые ферриты, стронциевые — по ТУ изготовителя | Постоянные магниты роторов синхронных и бесколлекторных машин, генераторов, реле, датчиков, сепараторов | ГОСТ Р 52956-2008 (NdFeB), ГОСТ 21559-76 (SmCo), ГОСТ 17809-72 (ЮНДК), ГОСТ 24063-80 (бариевые ферриты), справочник «Кобальт (Co)», справочник «Постоянные магниты и магнитные материалы» |
Мягкие припои | Оловянно-свинцовые ПОС 63, ПОС 61, ПОС 40; бессвинцовые на основе олова | Пайка и лужение жил, наконечников, контактных групп, монтаж плат | ГОСТ 21930-76 (марки), ГОСТ 21931-76 (сортамент), справочники «Олово (Sn)» и «Свинец (Pb)» |
Твёрдые припои | Медно-цинковые ПМЦ36, ПМЦ48, ПМЦ54 | Пайка латуни, медных сплавов, меди, бронзы и стали: арматура, трубки, крепёж | |
Контактные композиции | Серебро и композиции на его основе, вольфрамовые псевдосплавы | Контакт-детали контакторов, пускателей, автоматических выключателей | ГОСТ 25852-2021 (детали из благородных металлов и их сплавов), ГОСТ 3884-77 (спечённые серебросодержащие); марки порошковых композиций и вольфрамовых псевдосплавов — по ТУ изготовителя |
Латуни и бронзы | Л63, ЛС59-1; оловянные и бериллиевые бронзы | Клеммы и зажимы, пружинящие контакты, кабельные вводы, крепёж, арматура | ГОСТ 1066-2015 (проволока из Л80, Л68, Л63, ЛС59-1), ГОСТ 15527-2004 (латуни), ГОСТ 18175-78 (безоловянные бронзы, БрБ2), ГОСТ 5017-2006 (оловянные бронзы), справочник «Олово (Sn)», справочник «Латунь и бронза» |
Тугоплавкие | Вольфрам и его сплавы | Электроды для сварки, нити ламп накаливания, контакты сильноточных аппаратов и разрядников | |
Конструкционные и защитные покрытия | Оцинкованная сталь, лужёная и никелированная поверхность | Лотки и короба, опоры ЛЭП, шкафы, заземлители, броня кабеля | ГОСТ 9.307-2021, справочник «Цинк (Zn)» |
Углеродные материалы | Угольно-графитные, электрографитированные и металлографитные щётки | Скользящий контакт коллекторных машин и контактных колец, заземляющие щётки | ГОСТ 12232-89, ГОСТ Р 52157-2003, справочник «Графит и углеродные материалы» |
Что где стоит: от жилы до щётки
Эта таблица читается с другого конца — не «что за металл», а «что стоит в узле и почему именно оно».
Задача, узел | Материал | Почему он | Подробнее |
|---|---|---|---|
Токопроводящая жила кабеля | Медь М1, алюминий А5Е и алюминиевые сплавы | Наибольшая проводимость среди технических проводниковых металлов (медь) либо примерно вдвое меньшая масса при равной проводимости и большем сечении (алюминий) | |
Шина распределительного устройства | Медь М1, алюминий | Большое сечение при малом падении напряжения; медные шины нормируются отдельным стандартом | |
Контакт коммутационного аппарата | Серебро и композиции на его основе, вольфрамовые псевдосплавы | Низкое и стабильное переходное сопротивление, стойкость к дуге и привариванию | ГОСТ 25852-2021 (благородные металлы), ГОСТ 3884-77 (спечённые серебросодержащие) |
Клемма, зажим, штыревой вывод, кабельный ввод | Латунь ЛС59-1, Л63; бронзы БрОФ6,5-0,15, БрОЦ4-3, БрБ2 | Латунь точится под резьбу и держит момент затяжки, бронза пружинит и не теряет контактного нажатия со временем | |
Нагревательный элемент | Нихром Х20Н80, Х15Н60; фехраль Х23Ю5Т | Высокое удельное сопротивление и работоспособность при температуре красного каления | |
Шунт, эталонный резистор | Манганин, константан | Малый температурный коэффициент сопротивления: показание не уплывает при нагреве | |
Магнитопровод трансформатора и машины | Электротехническая сталь, изотропная или анизотропная | Высокая индукция насыщения при низких удельных потерях на перемагничивание | |
Постоянный магнит | NdFeB, ферриты, литые ЮНДК | Собственное поле без питания: от бесколлекторных двигателей до датчиков и реле | ГОСТ Р 52956-2008, ГОСТ 17809-72, Постоянные магниты и магнитные материалы |
Щётка электрической машины | Угольно-графитные, электрографитированные, металлографитные композиции | Скользящий контакт с самосмазыванием: изнашивается щётка, а не коллектор | ГОСТ Р 52157-2003, ГОСТ 12232-89, Коллектор электродвигателя, Графит и углеродные материалы |
Пайка и лужение жилы, наконечника, платы | Мягкие припои ПОС 63, ПОС 61, ПОС 40; бессвинцовые на основе олова | ПОС плавятся при 183–238 °C, бессвинцовые SAC и Sn–Cu — при 217–227 °C (низкотемпературные SnBi — от 139 °C); все смачивают медь, шов кладут паяльником прямо на жиле | |
Твёрдая пайка арматуры, трубок, латунных деталей | Медно-цинковые припои ПМЦ36, ПМЦ48, ПМЦ54 | Шов прочнее мягкого, но пайка идёт при 800–880 °C — на кабельной жиле такой припой не применяют | |
Антикоррозионное покрытие | Горячее цинкование, лужение, никелирование | Цинк работает жертвенным анодом и защищает сталь электрохимически, даже когда покрытие повреждено; лужение сохраняет паяемость, никелирование работает до ≈ 300 °C, где лужёная поверхность уже окислилась бы | |
Броня кабеля, лоток, опора, заземлитель | Сталь конструкционная, чаще оцинкованная | Прочность и цена; проводимость здесь второстепенна | |
Герметичная оболочка кабеля | Свинец и его сплавы | Сплошная бесшовная оболочка не пропускает влагу, а пластичность свинца позволяет гнуть кабель при прокладке | |
Аккумулятор и элемент питания | Литий, свинец, цинк, никель | Электродные материалы химических источников тока — от батарейки до тяговой батареи |
Сечение по нагрузке и нагрев проводника этот справочник не считает: это справочная таблица электрокабеля, таблицы нагрева кабелей и калькулятор сечения кабеля.
Контакт разнородных металлов и гальваническая пара
Как только два разных металла соединены и на стык попадает влага, образуется гальваническая пара: менее благородный металл начинает растворяться. В электроустановке это выглядит как рост переходного сопротивления, нагрев контакта и в итоге обрыв. Худший из распространённых вариантов — прямая скрутка меди с алюминием: разница потенциалов, ползучесть алюминия и разное тепловое расширение делают её самым недолговечным соединением. Правилами она и не разрешена: в перечне допустимых способов по ПУЭ (п. 2.1.21) — опрессовка, сварка, пайка и сжимы, скруток там нет.
Как соединять медь с алюминием правильно — переходные наконечники, пасты, клеммы — разобрано в справочнике «Соединение меди и алюминия»: там же показано, почему в этой паре анодом становится именно алюминий. Электрохимический ряд напряжений и механизмы коррозии — в публикации «Коррозия металла — что это: виды и способы борьбы». Сами допустимые и недопустимые контакты металлов нормирует ГОСТ 9.005-72. Способы соединения и оконцевания жил в целом — в справочнике «Соединение и оконцевание проводов».
Цены на металлы
Стоимость кабеля, шины и обмоточного провода следует за биржевой котировкой металла: чем крупнее сечение жилы, тем большую долю цены изделия составляет сама медь или алюминий, а не оболочка и работа. Котировки Лондонской биржи металлов (LME) публикуются в долларах США за тонну.
- Алюминий — котировки LME
- Медь — котировки LME
- Цинк — котировки LME
- Никель — котировки LME
- Свинец — котировки LME
- Олово — котировки LME
- Кобальт — котировки LME
Биржевая котировка не равна цене поставки: сверху идут региональная премия за физический металл, передел, логистика и НДС. Чтобы перевести котировку в деньги на конкретной марке кабеля, нужна масса металла в изделии — её считает калькулятор веса меди и алюминия в кабеле, проводах и шинах.
Справочники по металлам и сопутствующим темам
Металлы серии — свойства, марки, сплавы и применение:
- Алюминий (Al) — жилы кабелей, провода ЛЭП, шины, сплавы
- Медь (Cu) — марки М00–М3, сплавы, применение
- Цинк (Zn) — цинкование, батарейки, варисторы на оксиде цинка
- Свинец (Pb) — оболочки кабелей, аккумуляторы, припои
- Олово (Sn) — припои, лужение, оловянные покрытия
- Никель (Ni) — сплавы сопротивления, никелирование, термопары
- Литий (Li) — аккумуляторы и первичные элементы
Табличные справочники по свойствам и совместимости материалов:
- Таблицы электропроводности металлов — удельное сопротивление, относительная проводимость и температурные коэффициенты
- Таблицы параметров электротехнической стали — марки, магнитные свойства, удельные потери
- Таблицы электромагнитной совместимости материалов — магнитная и диэлектрическая проницаемость, эффективность экранирования в дБ, глубина скин-слоя, мю-металл и ферриты
- Таблицы термопар и термосопротивлений — градуировки и термо-ЭДС
- Датчики температуры: термопары и термосопротивления — выбор и подключение датчика
Где эти материалы работают в изделии:
- Соединение меди и алюминия — контакт разнородных металлов на практике
- Соединение и оконцевание проводов — способы соединения жил
- Коллектор электродвигателя — скользящий контакт и щётки
- Электродвигатели — где в машине медь, сталь и постоянные магниты
- Солнечная панель (солнечная батарея) — кремний, серебро контактной сетки, литий накопителя
Сплавы и металлы волны 1 серии: «Кобальт (Co) в электротехнике» — катоды литий-ионных аккумуляторов, магнитотвёрдые ЮНДК и самарий-кобальт, жаропрочные и твёрдые сплавы; «Нихром и фехраль» — марки, удельное сопротивление, живучесть и расчёт спирали; «Константан и манганин» — прецизионные сплавы шунтов, эталонных резисторов и термопар. Никель как металл-основу этих сплавов разбирает «Никель (Ni)».
Сплавы и материалы волны 3 серии: «Латунь и бронза в электротехнике» — марки латуней и бронз, чем они различаются и где стоят в электроустановке; «Алюминиевые сплавы» — силумин, дюралюминий и кабельные сплавы 8176 и 8030; «Графит и углеродные материалы» — щётки электрических машин, их марки, притирка и износ; «Постоянные магниты и магнитные материалы» — NdFeB, самарий-кобальт, ферриты и литые ЮНДК, классы и рабочие температуры.
Практика и мнения экспертов
Авторские публикации Elec.ru по металлам отрасли — классификация, рынок, коррозия и сравнение меди с алюминием на жиле:
- «Классификация металлов» (Северная Аврора) — деление на чёрные и цветные, лёгкие, легкоплавкие, тугоплавкие и благородные
- «Торговля металлами на LME» (кабельный завод «ЭКСПЕРТ-КАБЕЛЬ», руководитель отдела маркетинга Анна Заславская) — кризис LME марта 2022 года и почему российские кабельщики закупают медь по биржевой цене
- «Медь 2025–2026: фундаментальный разворот и эпоха структурного дефицита» (Кабельный Завод «ЭКСПЕРТ-КАБЕЛЬ») — баланс спроса и предложения по меди
- «Какой материал проводника лучше – медь или алюминий?» (БАСБЛОК) — сравнение меди и алюминия применительно к магистральному шинопроводу: масса, сечение, монтаж
- «Коррозия металла — что это: виды и способы борьбы» (ООО «КМ-профиль», журнал «Электротехнический рынок» № 2 (98) 2021) — механизмы коррозии и защита металлоконструкций
Нормативная база
- ГОСТ 22265-76. Материалы проводниковые. Термины и определения
- ГОСТ 21515-76. Материалы диэлектрические. Термины и определения
- ГОСТ 859-2014. Медь. Марки
- ГОСТ 434-78. Проволока прямоугольного сечения и шины медные для электротехнических целей
- ГОСТ 22483-2021. Жилы токопроводящие для кабелей, проводов и шнуров
- ГОСТ 617-2006. Трубы медные и латунные круглого сечения общего назначения
- ГОСТ 1066-2015. Проволока латунная
- ГОСТ 9.307-2021. Покрытия цинковые горячие
- ГОСТ 21930-76. Припои оловянно-свинцовые в чушках. Технические условия
- ГОСТ 21931-76. Припои оловянно-свинцовые в изделиях
- ГОСТ 23137-78. Припои медно-цинковые. Марки
- ГОСТ 12766.1-90. Проволока из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением
- ГОСТ 21427.2-83. Сталь электротехническая холоднокатаная изотропная тонколистовая
- ГОСТ 33212-2014. Прокат тонколистовой холоднокатаный из электротехнической изотропной стали
- ГОСТ 3836-83. Сталь электротехническая нелегированная тонколистовая и ленты
- ГОСТ 17809-72. Материалы магнитотвёрдые литые. Марки
- ГОСТ 21559-76. Материалы магнитотвёрдые спечённые. Марки, технические требования и методы контроля
- ГОСТ 24063-80. Ферриты магнитотвёрдые. Марки и основные параметры
- ГОСТ Р 52956-2008. Материалы магнитотвёрдые спечённые на основе сплава неодим-железо-бор
- ГОСТ 23949-80. Электроды вольфрамовые сварочные неплавящиеся
- ГОСТ 3884-77. Контакт-детали для коммутационных электрических аппаратов. Конструкция и размеры
- ГОСТ 12232-89. Щётки электрических машин. Размеры и методы определения переходного электрического сопротивления между щёткой и токоведущим проводом и определения усилия вырывания токоведущего провода
- ГОСТ Р 52157-2003. Щётки электрических машин. Общие технические условия
Стандарты, на которые ссылаются таблицы, но карточек которых в Библиотеке пока нет, даны в таблицах номером: ГОСТ 11069-2019 (алюминий первичный), ГОСТ 3640-94 (цинк), ГОСТ 3778-98 (свинец), ГОСТ 860-75 (олово), ГОСТ 849-2018 (никель), ГОСТ 8774-75 (литий), ГОСТ 492-2006 (медно-никелевые сплавы), ГОСТ 10994-74 (прецизионные сплавы), ГОСТ 15527-2004 (латуни), ГОСТ 18175-78 (безоловянные бронзы), ГОСТ 5017-2006 (оловянные бронзы), ГОСТ 25852-2021 (контакт-детали из благородных металлов), ГОСТ 32482-2025 (анизотропная электротехническая сталь), ГОСТ 9.005-72 (допустимые и недопустимые контакты металлов).
Для справки
У технических марок никеля удельное сопротивление заметно выше, чем у чистого металла, а плотность олова меняется вместе с его модификацией. Числа в таблицах справочные: они относятся к чистому металлу или к типовой марке и зависят от чистоты, состояния поставки и температуры. Под заказ материала и под расчёт берите действующую редакцию стандарта и сертификат на конкретную партию.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
❓ Какие металлы применяют в электротехнике?
Основа отрасли — медь и алюминий: из них делают токопроводящие жилы, обмотки и шины. Остальные металлы закрывают частные задачи: цинк защищает сталь от коррозии и работает анодом батареек, свинец идёт в оболочки кабелей и пластины аккумуляторов, олово — в припои и лужение, никель — в сплавы сопротивления, термопары и покрытия, литий — в аккумуляторы и первичные элементы. В контактах коммутационных аппаратов работает серебро, в нитях ламп и сварочных электродах — вольфрам, в постоянных магнитах — неодим и самарий. А самым массовым металлом электроустановки остаётся сталь: магнитопроводы трансформаторов и машин, броня кабеля, лотки, опоры, заземлители — ток она проводит в разы хуже меди, но там от металла нужна прочность, а не проводимость.
❓ Чем цветные металлы отличаются от чёрных?
Чёрные металлы — железо и сплавы на его основе, сталь и чугун; всё остальное относят к цветным: медь, алюминий, цинк, свинец, олово, никель и далее. В электротехнике деление рабочее: цветные проводят ток и защищают от коррозии, чёрные держат магнитопровод и несущие конструкции. Полное деление по группам — лёгкие, легкоплавкие, тугоплавкие, благородные — разобрано в публикации «Классификация металлов».
❓ Зачем в сводной таблице колонка % IACS и что принято за 100 %?
За эталон принята отожжённая медь: её проводимость равна 100 % IACS, и относительно неё сравнивают остальные материалы. Удельное сопротивление эталона — 0,0172 Ом·мм²/м, из него и пересчитаны значения колонки. Полная таблица удельного сопротивления и относительной проводимости, включая серебро, золото, вольфрам, бронзы и графит, а также температурные коэффициенты сопротивления — в справочнике «Таблицы электропроводности металлов».
❓ Какой металл самый лёгкий, а какой самый тяжёлый?
Самый лёгкий металл вообще — литий, 0,534 г/см³: он легче воды. Высокую удельную энергию литиевым системам даёт не сама лёгкость, а сочетание малой массы с рекордно отрицательным потенциалом Li⁺/Li −3,04 В и теоретической ёмкостью 3860 мА·ч/г. Самый тяжёлый в сводной таблице этой страницы — свинец, 11,34 г/см³; между ними алюминий 2,7, цинк 7,13, олово 7,29, электротехническая сталь 7,60–7,75, никель 8,90 и медь 8,96 г/см³. Тугоплавкие и благородные металлы в сводную таблицу не вошли — вольфрам, тантал, платина и золото плотнее свинца. Разница между медью и алюминием и объясняет, почему на воздушных ЛЭП провод алюминиевый: при равной проводимости он весит примерно вдвое меньше, хотя и толще по сечению.
❓ Что не проводит ток и какие материалы называют диэлектриками?
Диэлектрики — материалы, в которых практически нет свободных носителей заряда: полимеры изоляции (ПВХ, полиэтилен, резина), стекло, фарфор, слюда, минеральные масла, сухой воздух. Их задача обратная задаче проводника — не пропустить ток и выдержать напряжение. Промежуточная группа — полупроводники (кремний, германий, оксид цинка), у которых проводимость управляется примесями, температурой и приложенным напряжением. Термины по изоляционным материалам определены в ГОСТ 21515-76 «Материалы диэлектрические. Термины и определения», по проводниковым — в ГОСТ 22265-76.
❓ Как выбрать сечение провода под нагрузку?
Сечение считают по длительно допустимому току с учётом способа прокладки, температуры среды и падения напряжения на длине линии; марка металла задаёт здесь только исходное удельное сопротивление. Готовые таблицы «сечение — ток — мощность» собраны в справочной таблице электрокабеля, нагрев проводника при прохождении тока — в таблицах нагрева кабелей, а расчёт под конкретную нагрузку удобнее сделать в калькуляторе сечения кабеля.