Miedź elektrolityczna (ETP), wysokiej czystości miedź, która zawiera tlen jako środek stopowy, stanowi większość zastosowań przewodników elektrycznych ze względu na wysoką przewodność elektryczną i lepszą wyżarzalność. Miedź ETP jest używana do przesyłu energii, dystrybucji energii i telekomunikacji. Powszechne zastosowania obejmują drut budowlany, uzwojenia silników, kable elektryczne i szyny zbiorcze. Miedź beztlenowa jest używana do odporności na kruchość wodorową, gdy wymagana jest duża ilość pracy na zimno, oraz do zastosowań wymagających większej ciągliwości (np. kabel telekomunikacyjny). Gdy kruchość wodorowa jest problemem, a niska rezystywność elektryczna nie jest wymagana, do miedzi można dodać fosfor.
W niektórych zastosowaniach zamiast czystej miedzi preferowane są przewodniki ze stopów miedzi, zwłaszcza gdy wymagana jest wyższa wytrzymałość lub lepsze właściwości odporności na ścieranie i korozję. Jednakże, w stosunku do czystej miedzi, wyższa wytrzymałość i odporność na korozję oferowane przez stopy miedzi są kompensowane przez ich niższą przewodność elektryczną. Inżynierowie projektanci rozważają zalety i wady różnych typów przewodów miedzianych i ze stopów miedzi przy określaniu, który typ należy zastosować w konkretnej aplikacji elektrycznej. Przykładem przewodnika ze stopu miedzi jest drut z miedzi kadmowej, który jest stosowany w elektryfikacji kolei w Ameryce Północnej. W Wielkiej Brytanii BPO (później Post Office Telecommunications) stosowało przewody antenowe z miedzi kadmowej z dodatkiem 1% kadmu dla zwiększenia wytrzymałości; dla linii lokalnych 40 lb/mile (1,3 mm dia) i dla linii płatnych 70 lb/mile (1,7 mm dia).
Poniżej podsumowano niektóre z głównych rynków zastosowań przewodów miedzianych.
Okablowanie elektryczneEdit
Okablowanie elektryczne rozprowadza energię elektryczną wewnątrz budynków mieszkalnych, komercyjnych lub przemysłowych, domów mobilnych, pojazdów rekreacyjnych, łodzi i podstacji przy napięciu do 600 V. Grubość drutu jest oparta na wymaganiach dotyczących prądu elektrycznego w połączeniu z bezpiecznymi temperaturami pracy. W przypadku mniejszych średnic stosuje się drut pełny, natomiast grubsze średnice są skręcane w celu zapewnienia elastyczności. Rodzaje żył obejmują niemetaliczne/niemetaliczne kable odporne na korozję (dwie lub więcej izolowanych żył z niemetaliczną powłoką zewnętrzną), kable pancerne lub BX (kable są otoczone elastyczną obudową metalową), kable w osłonie metalowej, kable przyłączeniowe, podziemne kable zasilające, kable TC, kable ognioodporne oraz kable o izolacji mineralnej, w tym kable o izolacji mineralnej w osłonie miedzianej. Miedź jest powszechnie stosowana do budowy przewodów ze względu na jej przewodność, wytrzymałość i niezawodność. Przez cały okres eksploatacji systemu przewodów budowlanych miedź może być również najbardziej ekonomicznym przewodnikiem.
Miedź stosowana w przewodach budowlanych ma przewodność 100% IACS lub lepszą. Miedziany drut budowlany wymaga mniejszej izolacji i może być instalowany w mniejszych kanałach kablowych niż w przypadku stosowania przewodników o niższej przewodności. Ponadto, w danym przewodzie mieści się więcej drutu miedzianego niż w przypadku przewodów o niższej przewodności. To większe „wypełnienie przewodu” jest szczególną zaletą w przypadku przebudowy lub rozbudowy systemu.
Miedziany drut budowlany jest kompatybilny z mosiężnymi i wysokiej jakości śrubami platerowanymi. Drut zapewnia połączenia, które nie będą korodować ani pełzać. Nie jest on jednak kompatybilny z drutem aluminiowym i złączkami. Jeśli te dwa metale zostaną połączone, może dojść do reakcji galwanicznej. Korozja anodowa podczas tej reakcji może spowodować rozpad aluminium. Z tego powodu większość producentów urządzeń i sprzętu elektrycznego stosuje miedziane przewody ołowiane do połączeń z instalacjami elektrycznymi w budynkach.
„Całkowicie miedziane” okablowanie budynków odnosi się do budynków, w których wewnętrzne usługi elektryczne są wykonywane wyłącznie przez okablowanie miedziane. W domach całkowicie miedzianych, przewody miedziane są stosowane w panelach wyłączników, w obwodach odgałęzionych (do gniazdek, przełączników, opraw oświetleniowych i tym podobnych) oraz w dedykowanych odgałęzieniach obsługujących urządzenia o dużym obciążeniu (takie jak kuchenki, piekarniki, suszarki do ubrań i klimatyzatory).
Próby zastąpienia miedzi aluminium w przewodach budowlanych zostały ograniczone w większości krajów, gdy okazało się, że połączenia aluminiowe stopniowo się rozluźniają z powodu ich wrodzonego powolnego pełzania, w połączeniu z wysoką rezystywnością i wytwarzaniem ciepła w wyniku utleniania aluminium w połączeniach. Kontakty sprężynowe w znacznym stopniu złagodziły ten problem z przewodnikami aluminiowymi w przewodach budowlanych, ale niektóre przepisy budowlane nadal zabraniają stosowania aluminium.
W przypadku obwodów rozgałęzionych, praktycznie całe podstawowe okablowanie dla świateł, gniazdek i przełączników jest wykonane z miedzi. Rynek aluminiowych przewodów budowlanych jest obecnie ograniczony głównie do większych przekrojów stosowanych w obwodach zasilających.
Kodeksy elektryczne podają dopuszczalne wartości prądu dla standardowych rozmiarów przewodników. Prąd znamionowy przewodnika różni się w zależności od jego rozmiaru, dopuszczalnej maksymalnej temperatury oraz środowiska pracy przewodnika. Przewodniki używane w miejscach, gdzie chłodne powietrze może swobodnie krążyć wokół przewodów, mogą generalnie przewodzić większy prąd niż przewodnik o małych wymiarach, zamknięty w podziemnym kanale z wieloma podobnymi przewodnikami przylegającymi do niego. Praktyczne wartości znamionowe temperatury izolowanych przewodów miedzianych wynikają głównie z ograniczeń materiału izolacyjnego lub wartości znamionowej temperatury dołączonego sprzętu.
Okablowanie komunikacyjneEdit
Okablowanie typu skrętkaEdit
Okablowanie typu skrętka jest najpopularniejszym kablem sieciowym i jest często używane w sieciach danych do połączeń krótkich i średniej długości (do 100 metrów lub 328 stóp). Wynika to z relatywnie niższych kosztów w porównaniu ze światłowodem i kablem koncentrycznym.
Kable typu UTP (Unshielded twisted pair) są podstawowym typem kabla do zastosowań telefonicznych. Pod koniec XX wieku skrętki UTP stały się najczęściej stosowanym kablem w sieciach komputerowych, zwłaszcza jako kable krosowe lub tymczasowe połączenia sieciowe. Są one coraz częściej wykorzystywane w zastosowaniach wideo, głównie w kamerach bezpieczeństwa.
Kable UTP plenum, które biegną nad sufitami i wewnątrz ścian, wykorzystują solidny rdzeń miedzi dla każdego przewodnika, co pozwala kablowi zachować swój kształt po zgięciu. Kable krosowe, które łączą komputery z płytkami ściennymi, wykorzystują skrętkę miedzianą, ponieważ oczekuje się, że będą one zginane w trakcie ich użytkowania.
UTP są najlepiej zbalansowanymi przewodami liniowymi dostępnymi na rynku. Są one jednak najłatwiejsze do podsłuchania. Jeśli chodzi o zakłócenia i bezpieczeństwo, często rozważa się zastosowanie kabla ekranowanego lub światłowodu.
KableUTP obejmują: Kabel kategorii 3, obecnie minimalny wymóg FCC (USA) dla każdego połączenia telefonicznego; Kabel kategorii 5e, pary o wzmocnionej częstotliwości 100 MHz do uruchomienia sieci Gigabit Ethernet (1000Base-T); oraz Kabel kategorii 6, w którym każda para pracuje z częstotliwością 250 MHz w celu zwiększenia wydajności sieci 1000Base-T.
W sieciach ze skrętką miedzianą certyfikacja kabli miedzianych jest osiągana poprzez dokładną serię testów zgodnie z normami Telecommunications Industry Association (TIA) lub International Organization for Standardization (ISO).
Kabel koncentrycznyEdit
Kable koncentryczne były szeroko stosowane w systemach komputerowych typu mainframe i były pierwszym typem głównego kabla używanego w sieciach lokalnych (LAN). Do powszechnych zastosowań kabla koncentrycznego należą dziś połączenia danych w sieciach komputerowych (Internet) i oprzyrządowaniu, dystrybucja wideo i CATV, transmisja RF i mikrofalowa oraz linie zasilające łączące nadajniki i odbiorniki radiowe z ich antenami.
Pomimo, że kable koncentryczne mogą pokonywać większe odległości i mają lepszą ochronę przed EMI niż skrętki, kable koncentryczne są trudniejsze w obróbce i trudniejsze do przeprowadzenia z biura do szafy elektrycznej. Z tych powodów są one obecnie powszechnie zastępowane tańszymi kablami UTP lub światłowodami w celu uzyskania większej przepustowości.
Dzisiaj wiele firm CATV nadal stosuje kable koncentryczne w domach. Kable te są jednak coraz częściej podłączane do światłowodowego systemu transmisji danych poza domem. Większość systemów zarządzania budynkami wykorzystuje opatentowane okablowanie miedziane, podobnie jak systemy głośnikowe paging/audio. Systemy monitorowania bezpieczeństwa i systemy wejściowe nadal często opierają się na miedzi, chociaż stosuje się również kable światłowodowe.
Okablowanie strukturalneEdit
Większość linii telefonicznych może jednocześnie udostępniać głos i dane. Przedcyfrowe okablowanie telefoniczne w domach nie jest w stanie obsłużyć potrzeb komunikacyjnych dla wielu linii telefonicznych, usług internetowych, komunikacji wideo, transmisji danych, faksów i usług bezpieczeństwa. Przesłuchy, zakłócenia statyczne, niesłyszalne sygnały i przerwane usługi to częste problemy związane z przestarzałym okablowaniem. Komputery podłączone do staromodnego okablowania komunikacyjnego często doświadczają słabej wydajności Internetu.
„Okablowanie strukturalne” jest ogólnym terminem dla okablowania XXI wieku dla wysokowydajnych systemów telefonicznych, wideo, transmisji danych, bezpieczeństwa, sterowania i rozrywki. Instalacje zazwyczaj zawierają centralny panel dystrybucyjny, w którym wykonywane są wszystkie połączenia, a także gniazda z dedykowanymi połączeniami dla telefonów, danych, telewizorów i gniazd audio.
Okablowanie strukturalne umożliwia komputerom komunikowanie się ze sobą bezbłędnie i z dużą szybkością przy jednoczesnej odporności na zakłócenia pochodzące z różnych źródeł elektrycznych, takich jak urządzenia gospodarstwa domowego i zewnętrzne sygnały komunikacyjne. Komputery podłączone do sieci mogą jednocześnie korzystać z szybkich łączy internetowych. Okablowanie strukturalne może również łączyć komputery z drukarkami, skanerami, telefonami, faksami, a nawet domowymi systemami bezpieczeństwa i domowym sprzętem rozrywkowym.
Quad-shielded RG-6 coaxial cable can carry a large number of TV channels at the same time.A star wiring pattern, where the wiring to each jack extends to a central distribution device, facilitates flexibility of services, problem identification, and better signal quality. Wzorzec ten ma zalety pętli łańcuchowych. Dostępne są narzędzia instalacyjne, wskazówki i techniki dla sieciowych systemów okablowania wykorzystujących skrętki, kable koncentryczne i złącza dla każdego z nich.
Okablowanie strukturalne konkuruje z systemami bezprzewodowymi w domach. Choć systemy bezprzewodowe z pewnością mają zalety z punktu widzenia wygody, mają też wady w porównaniu z systemami z przewodami miedzianymi: wyższa przepustowość systemów wykorzystujących okablowanie kategorii 5e zazwyczaj obsługuje ponad dziesięciokrotnie większe prędkości niż systemy bezprzewodowe, co pozwala na szybsze przesyłanie danych i większą liczbę kanałów w zastosowaniach wideo. Z drugiej strony systemy bezprzewodowe stanowią zagrożenie dla bezpieczeństwa, ponieważ mogą przekazywać poufne informacje niezamierzonym użytkownikom za pośrednictwem podobnych urządzeń odbiorczych. Systemy bezprzewodowe są bardziej podatne na zakłócenia ze strony innych urządzeń i systemów, co może negatywnie wpływać na ich wydajność. Niektóre obszary geograficzne i niektóre budynki mogą być nieodpowiednie dla instalacji bezprzewodowych, podobnie jak niektóre budynki mogą stwarzać problemy z instalacją przewodów.
Dystrybucja energii elektrycznejEdit
Dystrybucja energii elektrycznej jest końcowym etapem dostarczania energii elektrycznej do odbiorcy końcowego. System dystrybucji energii elektrycznej przenosi energię elektryczną z systemu przesyłowego do konsumentów.
Kable energetyczne są wykorzystywane do przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej, na zewnątrz lub wewnątrz budynków. Szczegóły dotyczące różnych typów kabli energetycznych są dostępne.
Miedź jest preferowanym materiałem na przewodniki w podziemnych liniach przesyłowych pracujących przy wysokich i bardzo wysokich napięciach do 400 kV. Przewaga miedzi w systemach podziemnych wynika z jej wyższej objętościowej przewodności elektrycznej i cieplnej w porównaniu z innymi przewodnikami. Te korzystne właściwości przewodów miedzianych pozwalają na oszczędność miejsca, minimalizację strat mocy i utrzymanie niższych temperatur kabli.
Miedź nadal dominuje w liniach niskiego napięcia w kopalniach i zastosowaniach podwodnych, a także w kolejach elektrycznych, wyciągach i innych usługach zewnętrznych.
Aluminium, samo lub wzmocnione stalą, jest preferowanym przewodnikiem w napowietrznych liniach przesyłowych ze względu na mniejszą wagę i niższy koszt.
Przewodniki do urządzeń domowychEdit
Przewodniki do urządzeń domowych i przyrządów są produkowane z miękkiego drutu plecionego, który może być ocynowany do lutowania lub identyfikacji faz. W zależności od obciążenia, izolacja może być wykonana z PVC, neoprenu, etylenu propylenowego, wypełniacza polipropylenowego lub bawełny.
Przewody samochodoweEdit
Przewody samochodowe wymagają izolacji, która jest odporna na podwyższone temperatury, produkty ropopochodne, wilgoć, ogień i chemikalia. Najczęściej stosowanymi izolatorami są PVC, neopren i polietylen. Potencjały wahają się od 12 V dla systemów elektrycznych do 300 V – 15 000 V dla instrumentów, oświetlenia i systemów zapłonowych.
Przewód magnetycznyEdit
Przewód magnetyczny lub drut nawojowy jest stosowany w uzwojeniach silników elektrycznych, transformatorów, cewek indukcyjnych, generatorów, słuchawek, cewek głośnikowych, pozycjonerów głowic dysków twardych, elektromagnesów i innych urządzeń.
Najczęściej drut magnetyczny składa się z całkowicie wyżarzonej, elektrolitycznie rafinowanej miedzi, aby umożliwić dokładniejsze nawijanie podczas tworzenia cewek elektromagnetycznych. Drut jest powlekany różnymi izolacjami polimerowymi, w tym lakierem, a nie grubszym plastikiem lub innymi rodzajami izolacji powszechnie stosowanymi w przewodach elektrycznych. Gatunki miedzi beztlenowej o wysokiej czystości są używane do zastosowań wysokotemperaturowych w atmosferze redukcyjnej lub w silnikach i generatorach chłodzonych wodorem.