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Cuivre ou aluminium - quel est le plus rentable?
Seuls deux métaux - le cuivre et l'aluminium sont largement utilisés comme conducteurs de courant électrique. Leur utilisation en tant que telle est déterminée par les propriétés physiques complexes des métaux eux-mêmes et leur prix.
Fondements physiques du flux de courant électrique dans les conducteurs
Comme on le sait de la physique, un courant électrique est un mouvement ordonné de charges électriques dans un conducteur, sous l'influence des forces du champ électrique. Lorsqu'ils déplacent des charges électriques dans un conducteur, ils subissent une contre-action, qui est estimée par la valeur de la résistance électrique et qui est mesurée en ohms (Ohms).
La résistance électrique des conducteurs cylindriques est déterminée par la formule r =ρ* l / s, où r - résistance électrique d'un conducteur, Ohm, ρ - résistivité électrique du matériau conducteur, Ohm * mm2 / m, l - longueur de conducteur, m, s - section de conducteur, mm2
Par conséquent, en génie électrique, des matériaux à faible résistivité (cuivre, aluminium, acier) sont utilisés pour la fabrication de fils.
Par exemple: Résistivité cuivre - 0,0175 ohm * mm2/ m, la résistivité de l'aluminium est de 0, 0294 ohm * mm2/ m
Parfois, au lieu de la résistance électrique r, une valeur inverse est utilisée - conductivité g = 1 / r, et au lieu d'une résistance spécifique - conductivité spécifique γ = 1 /ρ. La conductivité électrique est mesurée en Siemens (cm).
Lors du déplacement de charges électriques dans un conducteur, la résistance électrique fait chauffer le conducteur. Cet échauffement est nocif et, lors de l'utilisation du conducteur, doit être limité, compte tenu des propriétés physiques du conducteur et de la classe d'isolation.
La température à l'état stationnaire du conducteur avec le courant dépend de la densité de courant, qui est déterminée par la formule: δ = I / s, où δ est la densité de courant, et / mm2, I est la valeur actuelle, et s est la surface de section transversale du conducteur, mm2
Quoi de plus rentable à utiliser comme fils électriques - cuivre ou aluminium?
Lorsque l'on compare les tendances de croissance du coût de l'aluminium et du cuivre au cours du XXe et au début du XXeJe siècles, il est évident que le coût de l'aluminium augmente plus lentement que celui du cuivre. Cette différence est particulièrement visible au début du XXJe siècle. Depuis 2006, le coût du cuivre au London Metal Exchange a atteint 8 500 $ / tonne, tandis que l'aluminium — 2500 dollars / tonne. Cela est dû à l'amélioration et à l'augmentation de la production d'aluminium, avec des matières premières abordables et peu coûteuses pour la production de câbles, qui, dans le coût du produit final, est de 25%.
Pour le cuivre - la situation est différente. Les réserves de minerai de cuivre se détériorent, la teneur en minerai de cuivre diminue, les nouveaux gisements sont pauvres en métal et plus difficiles à extraire. De plus, ces gisements sont géographiquement plus inaccessibles. Par conséquent, le coût des matières premières dans le coût du produit final est supérieur à 50% et continue de croître.
Ces tendances ne changent pas, tout comme la dynamique comparative des prix, mais aucun changement n'est prévu. Tout cela plaide en faveur de l'utilisation de l'aluminium.
Scientifique découverte de la supraconductivité et son application industrielle est toujours inaccessible pour la pratique mondiale. Compte tenu du fait que la conductivité électrique de l'aluminium est inférieure à celle du cuivre, la section transversale du fil d'aluminium et, par conséquent, son volume doit être supérieur à celui du cuivre, et le diamètre du fil d'aluminium, pour la même densité de courant, doit être 25% plus grand que le cuivre.
Cependant, une augmentation du volume, et donc de la masse du fil d'aluminium, est compensée par une faible densité métallique (2,7 t / m3 — aluminium, 8,9 t / m3 — cuivre). Par conséquent, la masse de fil d'aluminium, pour la même densité de courant, est trois fois inférieure à celle du cuivre.
Cependant, il n'y a pas de gain de masse lors de l'utilisation de fil d'aluminium au lieu de cuivre, en raison des exigences de SNIP, non.Par exemple, la masse de cuivre dans les fils et câbles posés dans les panneaux d'un appartement moderne de trois pièces est de 10 kg. Poids d'un câble tripolaire d'une longueur de 1000 mètres de câble VVG (cuivre) d'une section de 1,5 mm2 est de 93 kg et la masse du câble AVVG équivalent (aluminium) avec une section de 2,5 mm2 est de 101 kg. Les avantages de l'utilisation de fils d'aluminium sont dus à des prix de l'aluminium beaucoup plus bas.
Aux prix d'aujourd'hui, l'utilisation de fils d'aluminium est plusieurs fois plus rentable que le cuivre!
Pour les lignes à haute tension et pour les systèmes de câbles aériens, l'aluminium est utilisé depuis longtemps. Mais dans les fils isolés, l'augmentation du diamètre de l'âme nécessite une augmentation de la consommation de composé plastique PVC câble, dont le prix (1800 $ / tonne) est proche du prix de l'aluminium. Plus les fils sont fins, plus le coût comparatif de l'isolation électrique est élevé et les avantages du passage du cuivre à l'aluminium sont moindres. Cependant, aux prix actuels, les économies restent importantes!
Les concepteurs, architectes et électriciens doivent surmonter les préjugés contre l'utilisation de fils d'aluminium dans les nouvelles constructions. Cela permettra d'utiliser de l'aluminium rentable, mais exigeant beaucoup de main-d'œuvre pour le câblage dans les panneaux et dans les fils vers des points de charge externes (prises et interrupteurs), ce qui entraînera des économies importantes.
Les fils de bobinage en aluminium peuvent, avec des avantages notables, être utilisés dans la production de transformateurs à faible puissance, de moteurs électriques et d'autres machines électriques.
Tout cela déterminera l'énorme demande d'aluminium sur le marché mondial et l'utilisation de «métal ailé» sur le terrain.
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