電気産業における銅: 導電性と選択

なぜ銅が電気伝導率を支配するのか

国際的な軟銅規格では、100 % IACS を 58.0 MS/m に相当する抵抗率に固定しており、市販の純銅はそのレベルに達します。そのため、ケーブル、バスバー、変圧器巻線、およびモーター回路の基準導体として銅が依然として使用されています。導電率は溶解した不純物に非常に敏感です。リンが 1 パーセントも含まれると、銅製品はおよそ 85 % IACS まで低下する可能性がありますが、鉄、ヒ素、硫黄も同様に不均衡な影響を及ぼします。銅-ベリリウムや銅-族のベリリウムやクロムなど、強度を高める添加物を合金化すると、導電性がさらに低下するため、導体の設計は常に電流容量と機械的強度とのトレードオフになります。-

導電率のクラス、温度および規格

電気製造用のシート、ストリップ、およびプレートは ASTM B152 に、バスバーは ASTM B187 に、硬伸線および焼き鈍し線は ASTM B1 および ASTM B3 に、導体伸線用ロッドは ASTM B49 または EN 13601 に発注されます。鍛銅のグレード指定と化学制限は GB/T 5231 に記載されています。導体特性試験は ASTM B193 またはIEC 60468、およびケーブルの電気的性能は GB/T 3048 シリーズによって検証されています。焼き戻しは、焼き鈍しから半硬質から硬質まで行われ、その選択により、コイル巻線時の成形性と使用中の変形に対する抵抗性のバランスが決まります。

送配電

-高導電率の銅は、電力ケーブルの導体、バスバー、変圧器の巻線、開閉装置の電流経路、プラグ、コネクタで消費されます。導体のサイジングは、最初のコストと寿命抵抗損失のバランスをとります。また、連続的に負荷がかかる回路では、経済的に最適な断面積が温度上昇だけを満足させる最小サイズよりも大きくなることがよくあります。これは、耐用年数にわたって節約されるエネルギーが追加の金属を上回るためです。銅は、その導電性により、同じ電流定格の同等のアルミニウムよりも設置するエンベロープを小さくすることができるため、混雑した地下ルートでは引き続き好まれています。

モーター、発電機、変圧器

電気モーターと電気モーターが駆動するシステムは、工業経済における電力消費の約 60 % を占めており、機械設計におけるわずかな効率の向上が商業的に重要になります。ステーター、ローター、シャフトのコンポーネントには、高導電性、高強度の銅および銅合金が使用されています。-、大型機械では、水または水素で内部冷却された中空の銅導体が使用されています。巻線の銅断面積を増やすことは、より高い効率クラスへの確立されたルートの 1 つであり、同じ理由で量産では鋳造銅ローターが採用されています。変圧器の製造は銅またはアルミニウムの巻線が主流です。銅が選択される場合、渦電流と浮遊損失を制御するために、ストリップの導電率クラス、焼き戻しおよびエッジの状態が指定されます。-

機械、冶金および電気化学プラント

導体市場の外では、青銅の歯車、ウォーム ホイール、カップリング、留め具、ベアリング、スリーブが移動荷重を支え、シリコン青銅と錫青銅は弾性要素や耐食部品として機能します。-電気冶金では、水冷誘導コイル、バスバーからセルライン、および銅を含む銅-クロム-ジルコニウムまたは銀-で作られた連続鋳造鋳型で銅が消費されます。これらの鋳型では、高い熱伝導率と軟化に対する耐性を組み合わせる必要があります。銅は合金添加物としても使用されます。0.2 % ～ 0.5 % の範囲で添加すると、低合金構造用鋼の強度と大気および海洋耐食性が向上します。{9}また、銅{10}}析出硬化-アルミニウム合金は輸送構造物に使用されます。

電気銅線の仕様と検査

電気銅は、注文書に記載されている名称、質質、寸法と公差、エッジの状態、および導電率の要件に従って注文されます。検証には、ASTM B193 または IEC 60468 による抵抗率、引張強度と伸び、曲げまたは成形が含まれる粒度、および ASTM B152 または EN 13601 公差に対する寸法チェックが含まれます。ストリップとバスバーには、熱価、化学分析、電気的結果を記載した EN 10204 3.1 のミルテスト証明書が付属しており、自動巻線とパンチングラインが中断されないようにコイルまたはバンドルの重量が合意されています。清浄度は組成と同じくらい重要です。酸化スケール、スライバー、エッジのバリは接触抵抗を低下させ、巻線中に絶縁を損傷する可能性があるため、発送前に表面状態を検査します。

よくある質問

Q: 100 % IACS とはどういう意味ですか?

A: これは国際的な焼きなまし銅規格であり、体積抵抗率を 0.017241 オーム平方ミリメートル/メートル、58.0 MS/m に相当すると定義しています。銅製品の導電率は、その基準値に対するパーセンテージとして表示されます。

Q: 電気用途に使用される銅はどれですか?

A: 電解タフピッチ銅 C11000 は汎用導体材料です。-真空および高周波負荷には無酸素の C10100 と C10200 が選択されます。-、温度での軟化抵抗が必要な場合は銀を含む C10700、電流が流れる導体ではなくチューブにはリン脱酸素 C12200 が選択されます。{{9}{11}}

Q: なぜリンは電気伝導度をこれほど急激に低下させるのですか?

A: リンは銅中に固溶して残留し、伝導電子を散乱します。数百分の 1 パーセントの残留レベルでも、導電率を約 85 % IACS に低下させるには十分です。そのため、脱酸銅は導体ではなく熱伝達に使用されます。

Q: 導体の導電性はどのように検証されますか?

A: ASTM B193 または IEC 60468 の方法を使用して機械加工または絞り加工された試験片の抵抗率を測定し、結果を IACS 基準のパーセンテージに変換します。結果は、引張および伸びのデータとともに工場試験証明書に報告されます。

Q: 銅は依然として大規模なケーブル配線に最適な導体ですか?

A: 銅は市販の導体金属の中で最も高い導電性を備えているため、特定の電流に対して断面積を最小にできます。{0}}アルミニウムは軽量で単位質量あたりのコストが低く、重量が影響する長い頭上スパンでも競争力を維持します。

Q: 銅含有量によってモーター効率が向上する原因は何ですか?

A: 銅損は電流密度に比例します。巻線断面積を拡大すると、抵抗が減少し、熱として失われるエネルギーが減少します。そのため、より高い効率クラスを達成するために、増加した銅フィルと鋳造銅ローターが使用されます。