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供电线路用谁好

2008-07-11周国霞

关键词:电阻率导体短路

周国霞

八年级《物理》(人教版)下册课本第21页“我还想知道”中提出了这样一个问题:“供电线路上用铜导线好还是用铝导线好?”

回答上述问题,我们首先要从金属导体的导电性能说起.

我们知道,决定一个导体电阻大小的因素有导体的材料、长度和横截面积.长度、横截面积相同时,导体的材料不同,电阻也不同.用一定材料制成的横截面均匀的导体,它的电阻与长度(L)成正比,与横截面积(S)成反比,即R=pL/S,比例系数ρ可以反映材料本身的性质,我们称之为电阻率.电阻率越大,材料的导电性能就越差.下表所示是几种常用的导体的电阻率(20 ℃时).

从表中可以看出,银的电阻率最小,在金属导体中,它的导电性能最好,但作为稀有金属,它的价格较高,因此不能用来制作普通的导线,只用来制作特殊的部件或用在对导电性能要求较高的某些电路中(如手机、电脑的精密电路中).现在普遍使用的导线主要是用铜和铝制成的,它们的导电性能也很好.

那么供电线路上用铜导线好还是用铝导线好呢?

我国于1999年6月1日颁布实施了国家强制性标准《照明设计规范》,要求照明线路应使用铜导线.这主要是因为铝导线较铜导线易于引起火灾.据美国消费品安全委员会统计的火灾发生率,铝导线为铜导线的55倍.铝导线易引起火灾的原因不在于铝导线本身而在于铝导线的接头.铝导线的连接部位易引起火灾的原因有以下几个方面:

1. 铝导线表面极易氧化.如果将铝导线表面的氧化层刮净,它能在几秒钟内又形成新的氧化层,虽然氧化层的厚度很薄,却有很高的电阻.当有较大电流通过铝导线接头时,所产生的热量较高,容易引燃近旁的可燃物质.而当线路绝缘层损坏发生短路时,铝导线接头的高电阻又会限制短路电流,使线路上的断路器、熔断器等过流保护设施不能及时切断电源,增加了线路短路起火的危险性.

2. 铝与铜的膨胀系数不同.将铝导线与设备的铜质接线端子相连,因铝的膨胀系数超出铜约36%,当导线中有电流通过温度升高时,铝导线膨胀较多,铜质端子膨胀少,使铝导线受挤压变形,断电冷却后会在连接处出现空隙,空气或潮气乘虚而入,铝导线表面被氧化腐蚀,使接触电阻增大.再有电流通过时,连接处发热加剧,形成恶性循环.当达到危险高温时,连接处的绝缘层被熔化,易导致线路短路,甚至引起火灾.

3. 铝的电解作用.铝导线的连接处进入潮(湿)气后,会形成局部电池效应,使铝被腐蚀,这也会增加接触电阻.

4. 铝的韧性差.铝导线较脆,拆装中容易折断,而且折断后难于再接,影响电流的流通.

与铝导线相比,铜导线不易氧化腐蚀,火灾危险性小,且铜导线韧性好,不易折断.因此,为保证照明电路的安全,照明电路不应采用铝导线而应采用铜导线.

然而高压输电线路一般采用钢芯铝绞线,原因是钢芯可以提高电线的机械强度,增强铝导线的韧性.铝的导电性能较好,铝氧化后生成的氧化铝化学稳定性高,表面致密,使内层不易被氧化.而且铝导线比铜导线成本低很多,经济上也比较合算.

责任编辑程哲

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