ضریب انبساط حرارتی
فلزات و دیگر مواد جامد پس از حرارت دیدن دچار انبساط شده و با سرد شدن دچار انقباض میشوند. این یک اتفاق نامطلوب در سیستمهای الکتریکی است. مس به عنوان یک ماده الکتریکی ضریب انبساط حرارتی کوچکی دارد. آلومینیوم، یک رسانای معمولی جایگزین، با افزایش دمای یکسان تقریباً یک سوم بیشتر از مس انبساط پیدا میکند. این بیشتر بودن درجهٔ انبساط، همراه با انعطافپذیری کمتر آلومینیوم، زمانی که که اتصالات پیچ و مهره به درستی نصب نشده باشندمی تواند باعث ایجاد مشکلات الکتریکی شود. با استفاده از سختافزار مناسب، مانند اتصالات spring pressure و واشرهای فشرده یا تقسیم شده در مفصل، شاید بتوان کیفیت اتصالات آلومینیومی را نسبت به اتصالات مسی قابل مقایسه کرد.[۱۹]
رسانش حرارتی
رسانش حرارتی توانایی یک ماده برای هدایت گرما است. در سیستمهای الکتریکی، رسانش حرارتی بالا برای تخلیه گرمای اضافی، به ویژه در اتصالات و پایانهها مهم است. مس ۶۰٪ سرعت رسانش حرارتی بیشتری نسبت به آلومینیم دارد.[۱۶] بنابراین بهتر میتواند نقاط داغ حرارتی در سیستمهای سیم کشی شدهٔ الکتریکیرا کاهش دهد.[۱۰][۲۰]
قابلیت لحیم کاری
لحیم کاری فرایندی است که در آن دو یا چند فلز طی یک فرایند حرارتی به هم متصل میشوند. این یک ویژگی مطلوب در سیستمهای الکتریکی است. مس در صورت لزوم میتواند به راحتی برای اتصالهای با دوام لحیم شود.
سهولت نصب
استحکام ، سختی و انعطافپذیری مس با استفاده از آن را بسیار آسان کردهاست. سیم کشی مسی را میتوان به سادگی و به راحتی بدون ابزار خاص، واشر، پیچ و مهره، یا ترکیبات مشترک نصب شده انجام داد. انعطافپذیری آن اتصال را آسان میکند ب، در حالی که سختی آن کمک میکند تا در آن محل، اتصال مطمئنی داشته باشیم. سیم مسی دارای استحکام خوبی برای کشیدن سیم در داخل مسیرهای باریک و (“کشش”)، از جمله لولهها است. میتواند به راحتی خم شده یا پیچ بخورد بدون آن که بشکند. میتواند در هنگام نصب و استفاده به خوبی و بدون هیچ تهدیدی مثل شکستن یا دندانه ای شدن به کار برود و برای اتصال در پایانهها به خوبی بریده شود؛ و میتواند بدون استفاده از ابزار ویژه و اتصالات خاص وصل شود. ترکیبی از همه این عوامل باعث میشود که برقکاران به راحتی بتوانند سیمهای مسی را نصب کنند.[۱۶][۲۱]
انواع
تک رشتهای و چند رشتهای
سیم تک رشتهای متشکل از یک رشته سیم مسی فلزی، لخت یا محصور در یک عایق است. سیمهای مسی تک رشته معمولاً به عنوان سیم مغناطیسی (در ایران معروف به سیم لاکی است) در موتور و ترانسفورماتور استفاده میشوند. آنها نسبتاً سفت و سخت هستند، به راحتی خم نمیشوند و بهطور معمول برای کارهای دائمی نصب شده، اغلب دستکاری شده در سیستمهای کم انعطاف کاربرد دارند.
سیم مسی چند رشتهای دارای گروهی از سیمهای مس بافته شده یا پیچیده شده به هم است. سیم مسی چند رشتهای انعطافپذیر تر و راحت تر از یک سیم بزرگ یک رشتهای با مقطع یکسان نصب میشود. انشعابات عمر سیم را در برنامههای دارای ارتعاش زیاد بهبود میبخشد. یک سیم مسی چند رشتهای، با یک سیم مسی تک رشتهای با سطح مقطع یکسان مقاومت مشابه و برابری دارد، اما با انعطافپذیری آن بیشتر است.[۲۲]
یک کابل مسی شامل دو یا چند سیم مسی است که در کنار هم قرار میگیرند و به یکدیگر متصل میشوند و پیچیده میشوند یا به یکدیگر چسبیده شده و سیم واحدی را تشکیل دادهاند. کابلهای برق را میتوان با استفاده از سیمهای مسی چند رشتهای انعطاف پذیرتر کرد.
سیمهای مسی در یک کابل ممکن است لخت باشند یا ممکن است به منظور کاهش اکسیداسیون با یک لایه نازک از فلز دیگر، اغلب قلع، اما گاهی اوقات طلا یا نقره، پوشیده شوند. پختن ممکن است طول عمر سیم را افزایش دهد و باعث میشود لحیم کاری آسانتر شود. جفتهای پیچیده و کابلهای کواکسیال برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی، جلوگیری از تابش سیگنالها و ارائه خطوط انتقال با ویژگیهای تعریف شده طراحی شدهاند. کابلهای محافظ دار در فویل یا مش سیم قرار میگیرند.
کاربردها
مس پودر الکترولیتیک (ETP)، یک مس با خلوص بالا و حاوی اکسیژن به عنوان عامل آلیاژ، بیشترین کاربرد در برنامههای الکتریکی را دارد چرا که به علت رسانایی الکتریکی بالا و بازپخت آن باعث بهبود میشود. ETP مس برای انتقال قدرت، توزیع برق و ارتباطات مخابراتی استفاده میشود.[۵] کاربردهای رایج عبارتند از ساخت سیم، سیم پیچ موتور، کابل برق، و شینه. مس بدون اکسیژن برای مقاوم بودن در برابر تردی هیدروژن استفاده میشود زمانی که مقدار زیادی از کارهای سرد مورد نیاز است و در کاربردهایی که نیاز به انعطافپذیری بالایی دارند (به عنوان مثال، کابل ارتباطی). وقتی که تردی هیدروژن یک نگرانی است و مقاومت الکتریکی کم لازم نیست، فسفر ممکن است به مس اضافه شود.[۱۰]
برای کاربردهای خاص، به جای مس خالص، آلیاژهای رسانای مس به کار میروند، به ویژه هنگامی که نیاز به نقاط قوت بالاتر یا بهبود ساییدگی و مقاومت در برابر خوردگی وجود داشته باشد. با این حال، نسبت به مس خالص، مزایای استحکام و مقاومت در برابر خوردگی که توسط آلیاژهای مس ارائه میشود، با رسانایی الکتریکی کمتر آنها جبران میشوند. مهندسان طراحی، مزایا و معایب انواع مختلفی از رساناهای مسی و آلیاژهای مسی را در هنگام تعیین نوع مشخصه برای کاربردهای الکتریکی خاص، برآورد میکنند. یک نمونه از یک رسانای آلیاژ مس، سیم مس کادمیوم است که برای برق رسانی راهآهن در شمال آمریکا مورد استفاده قرار میگیرد.[۵] در بریتانیا، BPO (بعداً پست اداری مخابرات) از خطوط هوایی کادمیوم مس با کادمیوم ۱٪ برای استحکام بیشتر استفاده کرد. برای خطوط محلی ۴۰ لیبی / مایل (۱٫۳ mm dia) و برای خطوط تلفنی ۷۰ لیبی / مایل (۱٫۷ mm dia)[۲۳]
بعضی از بازارهای اصلی کاربردی برای رساناهای مسی در زیر خلاصه شدهاند.
سیم کشی الکتریکی
سیم کشی برق توزیع برق در ساختمانهای مسکونی، تجاری یا صنعتی، خانههای همراه، وسایل نقلیه تفریحی، قایقها و پستهای برق در ولتاژهای تا ۶۰۰ ولت است. ضخامت سیم بر اساس الزامات جریان الکتریکی در ارتباط با دمای عملیاتی ایمن است. سیم تک رشتهای برای قطرهای کوچکتر استفاده میشود. در قطرهای ضخیمتر از سیم چند رشتهای برای انعطافپذیری بیشتر استفاده میشود. انواع هادی شامل کابلهای مقاوم در برابر خوردگی غیر فلزی / غیر فلزی (دو یا چند سیم عایق شده با غلاف بیرونی غیر فلزی)، زره پوش یا کابل BX (کابلها توسط محوطه فلزی انعطافپذیر احاطه شده)، کابل فلزی پوشاننده، کابل فیدر زیرزمینی، کابل TC، کابل مقاوم در برابر آتش، و کابلهای عایق شده از مواد معدنی، از جمله کابل مسی پوششی مس.[۲۴] مس معمولاً برای ساخت سیم به دلیل رسانش، استحکام و قابل اطمینان بودن آن استفاده میشود. از لحاظ طول عمر یک سیستم سیمکشی شده، مس از لحاظ اقتصادی نیز به صرفه است.
مس مورد استفاده در ساخت سیم دارای رتبه رسانش ۱۰۰% IACS[۸][۲۵] یا بهتر از آن است. سیم مسی ساختمانی نیاز به عایق کمتری دارد و میتواند در کانالهای کوچکتر نصب شود و در مواقعی که رسانش کمتری مورد نیاز است استفاده میشود. همچنین، نسبت به فلزات دیگر با رسانش کمتر، سیم مسی بیشتری میتواند در یک مجرای یکسان جای گیرد. این بیشتر «پرشدن با سیم» هنگامی که یک سیستم دوباره سیمکشی شده یا انبساط یافتهاست یک مزیت ویژه بهشمار میرود.[۱۶]
سیم مسی ساختمانی با برنج و پیچهای پوشش داده شده با کیفیت سازگار است. چنین سیمی اتصالی را فراهم میکند که مورد خوردگی و خزش قرار نمیگیرد. با این حال، با سیم یا اتصالات آلومینیومی سازگار نیست. اگر دو فلز به هم متصل شوند، ممکن است یک واکنش گالوانیک رخ دهد. خوردگی آندی در طی واکنش میتواند آلومینیوم را متلاشی کند. به همین دلیل است که اکثر تولیدکنندگان لوازم خانگی و الکتریکی از سیمهای سرب مس برای اتصال به سیستمهای سیم کشی شدهٔ ساختمان استفاده میکنند.[۲۱]
سیم کشی ساختمان «تمام مس» به ساختمانهایی اطلاق میشود که در آن خدمات برق داخلی منحصراً سیم کشی مسی شده باشد. در خانههای تمام مس، هادیهای مس در پانلهای قطع کننده مدار، سیم کشی انشعابات مدار (مثلاً به خروجیها، سوئیچها، وسایل روشنایی و غیره) و در شاخههای اختصاص داده شده در خدمت وسایل سنگین بار (مانند محدوده، اجاق، خشک کن لباس و تهویه مطبوع) استفاده میشوند.[۲۶]
تلاش برای جایگزینی مس با آلومینیوم در ساخت سیم زمانی که متوجه شدند که اتصالات آلومینیومی به علت خزش آهسته ذاتیشان، و ترکیب شدن آلومینیوم با اکسیژن در دمای بالای به وجود آمده در پی مقاومت زیاد آن که در نهایت منجر از بین رفتن آنها میشود در اکثر کشورها کاهش یافت. اتصال با Spring-load بهطور عمده این مشکل را با هادیهای آلومینیومی در ساخت سیم حل میکند، اما برخی از قوانین ساختمان هنوز استفاده از آلومینیوم را ممنوع کردهاست.
برای اندازه شاخه مدار، تقریباً تمام سیمهای اصلی برای چراغها، خروجیها و سوئیچها از مس ساخته شدهاند.[۱۶] بازار سیم آلومینیوم امروزه عمدتاً محدود به اندازههای بزرگتر مورد استفاده در مدارهای تغذیه میباشد.[۲۷]
کدهای سیم کشی برق، جریان مجاز عبوری از کابل را مشخص میکنند. جریان نامی یک هادی بستگی به اندازه، حداکثر دمای مجاز و محیط عملیاتی هادی دارد. هادیهای مورد استفاده در مناطقی که در آن هوا سرد است و در اطراف سیمها آزاد است، بهطور کلی میتوانند جریان بیشتری را از خود عبور دهندنسبت به هادیهای کوچک که در یک کانال زیرزمینی قرار دارد و بسیاری از کانالهای مشابه در مجاورت آن قرار دارند. ارزیابی درجه حرارت عملیاتی از عایقهای مس سر عمدتاً به دلیل محدودیتهای مواد عایق یا درجه حرارت از تجهیزات متصل ناشی میشود
هنوز هیچ نقدی وجود ندارد.