Кандидаты в заменители меди для кабелей

В природе самые распространенные металлы — алюминий и железо.

Алюминий всегда считался первым заменителем меди в кабельном производстве главным образом потому, что нехватка сырья алюминиевой промышленности не грозило ни в XX, ни в XXI веке. Кроме того, алюминий хорошо проводит электрический ток, пластичен, легко поддается обработке давлением — прокатке, прессованию, штамповке, волочению.

К основным его достоинствам относится и малая плотность — почти в 3,5 раза меньшая, чем у меди.

Но все-таки удельная электрическая проводимость алюминия в 1,6— 1,65 раза меньше, чем у меди. Поэтому неумолимый закон Ома диктует, что при замене медных жил алюминиевыми, для сохранения неизменной проводимости сечение последних придется примерно на две трети увеличить. А это значит, что диаметр жил возрастет на 25—30 процентов.

Так, вместо медных жил диаметром 0,5 или 1,2 миллиметра надо брать алюминиевые диаметром соответственно 0,65 или 1,55 миллиметра. В таком же отношении возрастают расход и стоимость материалов, необходимых для изготовления изоляции, оболочки и защитных покровов кабеля.

Разрывная прочность алюминия и его относительное удлинение в 2— 3 раза меньше, чем у меди. Это сильно затрудняет изготовление алюминиевых жил, приводит к их вытяжке и даже обрывам при производстве кабелей и их сращивании в процессе прокладки.

Металлурги научились исправлять недостаточную прочность и малое удлинение алюминия, создав ряд его сплавов с другими металлами — железом, медью, магнием и кремнием. Прочностные характеристики проволоки из таких сплавов беспокойства не вызывают.

Однако избавиться еще от одного недостатка алюминия — его сильной подверженности коррозии в присутствии даже ничтожного количества влаги — не удалось. Чтобы избежать при этом полного или частичного разрушения алюминиевых жил, приходится усложнять конструкцию и производство кабеля, заполняя промежутки между изолированными жилами специальным вазелиноподобным составом, герметизирующим кабель и препятствующим проникновению влаги. Кроме того, окисная пленка, всегда имеющаяся на поверхности алюминия и алюминиевого сплава, резко увеличивает контактное сопротивление.

Поэтому для того чтобы надежно соединить — спаять или сварить — две алюминиевые проволоки (что при сращивании концов кабеля необходимо делать многократно), надо обязательно разрушить эту пленку и суметь соединить проволоки за несколько секунд, пока она еще не успела образоваться вновь. Сделать это при работе с кабелем, имеющим большое число жил, причем не в лабораторных, а в полевых условиях, например в котловане или в колодце подземной кабельной канализации, вовсе не просто. Вот почему жилы из алюминиевого сплава применяются в наименее ответственных кабелях связи, прокладываемых на незначительные расстояния — в несколько сот метров — и имеющих относительно небольшое число цепей — не более ста.

Казалось бы, заманчиво делать жилы кабелей связи из железа: в природе его много.

Заманчиво, но невыгодно. Удельная электрическая проводимость железа в 5,6 раза меньше, чем меди, и в 3,5 раза — чем алюминия. Если делать жилы кабелей связи из железа вместо меди, то, чтобы сохранить неизменной проводимость, надо будет в 2,4 раза увеличить диаметр жил и, следовательно, всего кабеля. Максимальный диаметр кабеля с медными жилами — 80 миллиметров; при переходе на железные жилы он увеличится почти до 200 миллиметров. Масса железных жил в 5 раз превысит массу замененных ими медных.

Резко возрастут также массы изоляционных и защитных материалов и стоимость кабелей в целом, усложнится и станет дороже их транспортировка. Железо подвержено коррозии, особенно во влажной среде.

Применение железных жил затруднит прокладку, монтаж и хранение кабелей. промежуточное по электропроводности место между медью и железом занимает натрий, В земной коре натрия в 500 раз больше, чем меди, и, что немаловажно, его плотность в 9 раз меньше, чем у меди,— натрий самый легкий из металлов. Поэтому масса натриевых жил, электрически эквивалентных медным (то есть обладающих равным электрическим сопротивлением), несмотря на больший в 1,6 раза диаметр, почти в 4 раза меньше. Благодаря этому кабели с натриевыми жилами по стоимости ненамного уступали бы кабелям с жилами из меди или алюминия.

Однако соблазн применения натриевых жил сразу же перечеркивает такой его весьма существенный недостаток, как высокая химическая активность, особенно при взаимодействии с водой и ее парами.

Нет, к сожалению, и натрий не годится в заменители меди.