На этой странице
Да. Сохраняемая холодная обработка обычно снижает электрическую проводимость меди с высокой проводимостью, одновременно повышая ее прочность и твердость. Величина изменения зависит от марки меди, деформации и последующей термической обработки. Для шин укажите состояние отжига и проводимость, а не просто “горячекатаный” или “холоднокатаный”. Разница в проводимости не является универсальным снижением номинального тока.
Редакция VIOX. Это объяснение материалов, основанное на источниках; исторические измерения, концептуальные иллюстрации и приведенный ниже иллюстративный расчет не являются результатами испытаний продукции VIOX.
Почему холодная обработка изменяет проводимость меди
Холодная прокатка, волочение и формовка необратимо деформируют медь ниже условий, необходимых для существенной рекристаллизации. “Холодный” описывает металлургический процесс, а не обязательно необычно низкую температуру окружающей среды. Деформация изменяет структуру зерен и вносит дефекты, включая дислокации. Эти изменения могут затруднять транспорт электронов, одновременно затрудняя дальнейшую пластическую деформацию.
Практический компромисс заключается в увеличении предела текучести и твердости с некоторой потерей проводимости. Повышенную прочность не следует путать с эквивалентным увеличением модуля упругости: более прочная медная шина может лучше сопротивляться пластической деформации, не становясь пропорционально более жесткой упруго.
Сайт Руководство Ассоциации развития меди по холодной прокатке объясняет повышение временного сопротивления и предела текучести. Его обсуждение проводимости также выявляет небольшое снижение проводимости, связанное с остаточной холодной деформацией.
Концептуальная микроструктура, а не изображение с микроскопа или измеренное сравнение размеров зерна. Диаграмма иллюстрирует деформацию; она не количественно определяет изменение проводимости.
Почему снижение не является фиксированным процентом
Эффект зависит от состава, исходной микроструктуры, количества и направления деформации, а также от любой последующей термической обработки. Легкая финишная операция и сильнотянутая проволока не обязательно сохраняют одно и то же состояние.
Также проводимость не гарантированно падает монотонно при каждом возможном графике деформации. А Первичное исследование низкокислородных медных проводов в 2021 году сообщило о снижении с последующим увеличением при приложении растягивающего усилия в исследованных условиях. Границы зерен, текстура и рекристаллизация способствовали такой реакции. Этот эксперимент является предостережением против универсального правила, а не рекомендуемым графиком обработки шин.
Для закупки заявленная минимальная проводимость для указанной марки и окончательного отжига более полезна, чем предполагаемое снижение от общего значения “чистой меди”. Единицы измерения и справочную базу см. в проводимость, удельное сопротивление и %IACS объяснены.
Медь горячей и холодной прокатки: сравнение конечного состояния
Горячая прокатка и холодная прокатка описывают технологические маршруты. Отожженный, полутвердый и твердый описывают состояние материала. Эти обозначения отвечают на разные вопросы, и медный продукт может пройти более одного маршрута перед поставкой.
Горячая обработка позволяет восстановление или рекристаллизацию при соответствующих условиях обработки. Это может уменьшить остаточный эффект наклепа, но горячекатаный не является синонимом полностью отожженного. Последующая отделка, деформация и термическая история по-прежнему имеют значение. Напротив, холоднокатаный продукт может быть отожжен впоследствии. Руководство Ассоциации по развитию меди по отожженному состоянию явно описывает отжиг после холодной обработки.
Следующее сравнение предполагает ту же марку и состав меди, с проводимостью, оцененной при той же эталонной температуре. Оно дает качественные ожидания, а не пределы приемки.
| Поставляемое состояние | Что устанавливает маркировка процесса | Электрическая интерпретация | Механическая интерпретация |
|---|---|---|---|
| Горячекатаная медь | Прокатка при повышенной температуре имела место | Одна лишь маркировка не подтверждает проводимость и не доказывает превосходство над другим поставленным изделием | Проверьте поставку на соответствие состояния и прочности; не предполагайте полностью отожженное состояние |
| Холоднокатаная медь с остаточной деформацией холодной прокатки | Деформация прокатки сохраняется без достаточного последующего отжига для устранения ее эффекта | Проводимость может быть ниже, чем у того же материала в соответствующим образом отожженном состоянии | Предел текучести и твердость обычно увеличиваются; формуемость может снижаться |
| Холоднокатаная, затем адекватно отожженная медь | Холодная прокатка сопровождалась термообработкой, которая изменяла остаточное состояние. | Проводимость может восстановиться до значения отжига для данного сорта; проверьте фактический результат. | Прочность на наклеп может быть снижена, а пластичность восстановлена. |
Только карта технологического состояния. Стрелки описывают последовательность изготовления, а не электрические соединения, измеренную проводимость или точный производственный рецепт.
Для сравнения шин задайте вопросы: одинаковый ли сорт продукции? Проводились ли испытания при одинаковой температуре? Какая конечная термообработка? Какую минимальную проводимость и механические свойства гарантирует каждый поставщик?
Внешний вид поверхности не является ответом на эти вопросы. Гладкий, блестящий пруток холодной прокатки не обязательно менее проводящий, а поверхность горячей обработки не является доказательством более высокой проводимости. Состояние поверхности имеет значение в соединении, но оно отличается от свойства основного материала.
Что показывают исторические данные по отожженной и твердотянутой меди
Работа Вольфа и Деллингера 1911 года, Электрическая проводимость коммерческой меди, сравнивая отожженную и твердотянутую коммерческую медную проволоку.
Эти значения из Таблицы II используют первую выборку производителя, усредняя три измерения для каждого размера проволоки вместо использования напечатанного усредненного значения для отожженной проволоки. Различия рассчитываются до округления.
| Размер проволоки по стандарту B&S | Среднее значение для отожженной проволоки, исходная база процентной проводимости | Среднее значение для твердотянутой проволоки, исходная база процентной проводимости | Разница, процентные пункты |
|---|---|---|---|
| № 6 | 100.18% | 97.78% | 2.40 |
| № 12 | 100.32% | 97.48% | 2.84 |
| № 18 | 100.19% | 97.10% | 3.09 |
В работе сопоставляются показания от одной и той же партии материала. Предупреждается, что данные № 6 и № 18 были ограничены, а методы изготовления повлияли на тенденцию изменения размера. Это не устанавливает внутреннее правило диаметра провода.
Два предела интерпретации имеют важное значение. Во-первых, вычитание двух показаний проводимости в процентах дает процентные пункты, а не автоматически относительную потерю в процентах. Во-вторых, в таблице используется исторический эталон удельного сопротивления бумаги при 20 градусах Цельсия. Он предшествует эталону IACS, установленному в 1913 году, поэтому эти показания нельзя просто перемаркировать как современные %IACS. Это сравнение отожженной и твердотянутой проволоки, а не испытание горячекатаной и холоднокатаной шины.
Что означает изменение проводимости для потерь на шинах
Проводимость влияет на объемное сопротивление в зависимости от длины и площади поперечного сечения проводника:
R = L / (sigma x A)
P = I^2 x RЗдесь, R сопротивление в омах, L длина в метрах, sigma объемная электрическая проводимость в сименсах на метр, A площадь поперечного сечения в квадратных метрах, и P является резистивным падением мощности в ваттах при токе I в амперах.
Illustrative DC Example: 100% vs 97% IACS
Предположим, два прямых, однородных медных проводника с идентичной геометрией, оба оценены при 20 градусах Цельсия:
- Длина: 1 метр.
- Площадь поперечного сечения: 100 квадратных миллиметров, или
0,0001 м^2. - Ток: 200 A DC.
- Проводник A: предполагаемый
58 MS/m, примерно 100% IACS. - Проводник B: предполагаемый
0,97 x 58 = 56,26 MS/m, примерно 97% IACS.
Это заявленные входные данные для расчета, а не измеренные значения VIOX или реконструкция исторической таблицы. Они отражают масштаб различия в проводимости, обсуждаемый в независимом руководстве по медным шинам, раздел 1.2.2.1.2.
R_A = 1 / (58 000 000 x 0.0001)
= 0,000172414 Ом
R_B = 1 / (56 260 000 x 0.0001)
= 0,000177746 Ом
R_B / R_A = 100 / 97 = 1,03093| Расчетная величина | Проводник A | Проводник B |
|---|---|---|
| Объемное сопротивление | 172,41 микроом | 177,75 микроом |
| Потери мощности при 200 A | 6.90 Вт | 7.11 Вт |
| Падение напряжения при 200 A | 34.48 мВ | 35.55 мВ |
При таких предположениях проводник B имеет примерно на 3.09% большее сопротивление и резистивные потери, увеличение примерно на 0,21 Вт на метровом участке. Проводимость и удельное сопротивление являются взаимно обратными величинами, поэтому увеличение сопротивления не соответствует точно трехпроцентной разнице в проводимости.
This example isolates bulk material behavior. It excludes joints, holes, changing cross-sections, AC skin and proximity effects, and the resistance increase as the conductors warm up. It is not an operating-temperature prediction, an allowable temperature-rise calculation or a validated 200 A rating.
Почему это не устанавливает снижение номинального тока
Допустимый ток шины зависит от тепловыделения и теплоотвода, пределов рабочей температуры, размеров, условий корпуса и соединений. Проводимость материала является одним из входных параметров. Трехпроцентное изменение проводимости нельзя превратить в универсальное трехпроцентное снижение номинального тока.
Механическая прочность также имеет значение. Мягкое состояние, выбранное исключительно из-за проводимости, может не соответствовать требованиям к сопротивлению постоянной деформации или ограничениям формовки. Более твердое состояние может быть полезным при условии, что электрические и механические данные подтверждают сборку. Производительность при коротком замыкании требует оценки всей конструкции, а не маркировки состояния.
Для модульного распределения Руководство по выбору шин для автоматических выключателей (MCB) охватывает совместимость устройств и их номинальные характеристики. Эти проверки остаются необходимыми, даже когда проводимость меди известна.
Укажите состояние материала, затем проверьте шину
Для медных шин, медных заземляющих или нулевых шин и медных контактных частей запрашивайте подтверждение, идентифицирующее поставленное состояние. Полезная запись о материале должна включать:
| Запрашиваемые доказательства | Вопрос, на который он отвечает |
|---|---|
| Марка меди и применимые спецификации материала | Сравниваемые детали действительно изготовлены из одного и того же материала, а не просто оба описаны как медь? |
| Окончательная закалка или согласованное обозначение состояния поставки | Сохраняется ли холодная обработка, частично снимается напряжение или следует отжиг? |
| Минимальная проводимость или максимальное удельное сопротивление с указанием температуры | Какое электрическое свойство гарантируется для данной марки и состояния? |
| Механические свойства, соответствующие детали | Соответствует ли поставленное состояние требованиям к прочности и формовке? |
| Готовые размеры и соответствующие допуски | Соответствует ли фактическое проводящее сечение расчету сопротивления? |
| Метод испытаний, основа выборки и прослеживаемость партии | Можно ли связать заявленное свойство с поставленным материалом? |
Полированная поверхность или показатель твердости сами по себе не устанавливают электропроводность. Аналогично, сертификат на сырье сам по себе не может подтвердить повышение температуры готовой шины, совместимость клемм или работу при коротком замыкании при сборке.
Разделяйте сопротивление шины и сопротивление соединения. Если нагрев концентрируется на соединении, изменение состояния меди не является заменой проверки этого интерфейса. перегрев соединения медной шины рассматривает давление контакта, деградацию и температурные эффекты; эти механизмы отличаются от изменения проводимости в неповрежденной шине.
Не нагревайте установленную шину для восстановления проводимости. Термическая обработка материала может изменить механические свойства, размеры, покрытие и прилегающую изоляцию. Любая необходимая термообработка должна проводиться в соответствии с контролируемой производственной спецификацией с последующей проверкой готовой детали.
Для более широкого контекста системы используйте обзор шин. При оценке шин MCB VIOX, запрашивайте документацию по материалам и продуктам конкретной модели, а не присваивайте ей значение проводимости или номинальный ток на основе этого примера.
Спецификация должна описывать, что поставляется: марка меди, окончательный отпуск, электрические и механические характеристики. “Горячекатаный” и “холоднокатаный” являются полезной информацией о процессе, но ни один из них не заменяет эти данные.
Источники
- Вольф, Ф. А., и Деллингер, Дж. Х. (1911), Электрическая проводимость коммерческой меди, Таблица II и обсуждение подбора образцов, практики черчения и процентной проводимости.
- Copper Development Association / European Copper Institute (2014), Медь для шин: Руководство по проектированию и монтажу, проводимость, механические свойства и принципы токопроводимости. Данное издание является техническим справочным материалом, а не заявлением о текущих обязательных проектных требованиях.
- Ян и коллеги (2021), Влияние деформации холодного волочения на микроструктуру, механические свойства и электропроводность низкокислородных медных проволок, первичные исследования исследованных условий обработки проволоки.
- Ассоциация по развитию меди, Отожженные состояния, Состояния холодной прокатки, и Обсуждение проводимости.
- Ассоциация по развитию меди (2006), Высокомедные сплавы, раздел «Электропроводность/Удельное сопротивление» только для эталонной даты IACS и основы 58 МСм/м.
