Алюминий теснит конкурентов в электротехнике

Алюминиевая катанка – востребованный электротехнической промышленностью материал. Фото Reuters

В современной электротехнической промышленности алюминий используется весьма широко, хотя так было не всегда: на заре отрасли этот материал был слишком дорог. Ситуация изменилась, когда новые технологии удешевили производство крылатого металла в несколько раз. С тех пор вот уже несколько десятков лет алюминий успешно конкурирует в электротехнике с другими проводниками. И не просто конкурирует, но и теснит своих соперников.

Для передачи электроэнергии на дальние расстояния оптимальным материалом считается медь. Действительно, по своим физическим свойствам это один из лучших проводников. Но у него всегда был существенный недостаток – цена. С этой точки зрения алюминий гораздо выгоднее. На Лондонской бирже металлов тонна меди стоит дороже тонны алюминия более чем в три раза.

По своим характеристикам крылатый металл является достойной альтернативой меди. Удельная проводимость электрических проводников рассчитывается в процентах от проводимости отожженной меди, показатель которой принимается за 100%. У алюминия этот показатель составляет около 60%. Поэтому, чтобы достичь эквивалентной проводимости, нужно, чтобы алюминиевый провод в поперечном сечении был почти в полтора раза больше. Но при этом алюминий имеет в два раза большую электрическую проводимость на единицу массы, чем его конкурент: плотность крылатого металла гораздо меньше плотности отожженной меди, и даже увеличенный алюминиевый проводник будет весить в два раза меньше, чем медный. А значит, 1 кг алюминия обеспечивает ту же проводимость, что и 2 кг меди.

Не является препятствием и более низкая прочность алюминия по сравнению с медью. Повысить прочность алюминия можно введением в него легирующих добавок, термомеханической обработкой, увеличением сечения проводки. Стоит отметить, что технологии прессования алюминия позволяют получать поперечные сечения очень сложной формы, что также является плюсом. Кроме того, крылатый металл практически не подвержен коррозии. Хорошая электропроводимость, небольшой удельный вес, прочность, коррозионная стойкость – эти характеристики алюминия делают его конкурентоспособным в различных областях электротехнической промышленности. А цена является главным экономическим аргументом в его пользу: экономия может быть весьма ощутимой.

Например, его активно используют в производстве проводов для воздушных ЛЭП: сравнительно небольшой вес алюминиевых проводов позволяет снизить нагрузку на опоры электросетей и увеличить расстояние пролетов между ними, благодаря чему уменьшаются расходы и время на строительство. Кстати, для передачи электроэнергии на большие расстояния алюминий используют не только как проводник – ведь этот многогранный металл, помимо отличной проводимости, является и универсальным конструктивным материалом. Поэтому сплавы на основе алюминия применяются и для изготовления опор линий электропередачи. Впервые в России они были установлены на Северном Кавказе, где ввиду особенностей рельефа местности обслуживание ЛЭП крайне затруднено. Новые опоры оказались легче традиционных – стальных – примерно в 2,5 раза и не требуют защиты от коррозии.

Алюминий активно используется в проводке, кабелях, контактах, шинах электропитания на многих предприятиях. В таком качестве он практически незаменим в цехах химического производства, на месторождениях нефти и газа, нефтегазоперерабатывающих и сталелитейных заводах – из-за своей устойчивости к агрессивному окружению. На таких объектах могут присутствовать коррозионно-активные газы, такие как сероводород, а алюминий в отличие от меди стоек в сероводородных средах.

В электроэнергетическом оборудовании, в частности в трансформаторах, использование крылатого металла вместо меди позволило существенно уменьшить вес устройств. Алюминий является оптимальным материалом для производства обмоток силовых трансформаторов. Традиционные для России трансформаторы с масляным охлаждением 1–3 габаритных размеров сейчас в 80–85% случаев производят с обмотками из алюминиевых проводников.

Перспективных направлений использования алюминия в электротехнике множество. Одно из них – жилищное строительство. В мире – в частности в США и Китае – крылатый металл широко используется в электропроводке жилых и общественных зданий и сооружений. Однако в России в 2003 году Министерство энергетики наложило на такую практику запрет. Он был вызван тем, что на тот момент строителями применялся устаревший тип алюминиевых проводов, не соответствующих стандартам пожарной безопасности. Министерским решением предписывалось использовать кабели и провода только с медными жилами, и, как следствие, на внутреннем рынке электропроводки установилась «медная монополия».

Впрочем, уже скоро ситуация может измениться. Вместо проводов из чистого алюминия предлагается использовать провода, выполненные из алюминиевых сплавов. В частности, встраивание железа в кристаллическую решетку алюминия позволяет значительно снизить его текучесть. В течение нескольких лет технологи РУСАЛа целенаправленно работают над созданием новых сплавов для производства кабелей и электропроводки. Результатом их изысканий стали сплавы 8030 и 8176, которые уже производятся на Кандалакшском и Иркутском алюминиевых заводах.

По своим эксплуатационным характеристикам кабели с токопроводящими жилами из алюминиевых сплавов 8XXX серии не уступают традиционно применяемым проводам с медными жилами. При этом они имеют ряд существенных преимуществ. В частности, их стоимость до 60% ниже (в зависимости от сечения жил), они имеют на 70% меньший вес, обладают повышенной гибкостью. Кроме того, потребителям будет предложен данный вид продукции в широком диапазоне цен, включая бюджетный сегмент, при стабильно высоком качестве. Ожидается, что использование проводки из современных алюминиевых сплавов позволит снизить затраты на строительство. В государственные органы уже направлено обращение с просьбой вернуть разрешение на использование алюминиевой проводки из безопасных сплавов.

Строительство электроэнергетического оборудования – еще одна сфера, где с каждым годом появляются новые возможности применения алюминия. Здесь он все чаще используется вместо традиционных меди, стали и других материалов. Авторами значительной части инновационных разработок также являются технологи РУСАЛа.

Одна из таких идей – создание плоского пластинчатого радиатора для систем охлаждения трансформаторов. На сегодняшний день практически все такие радиаторы изготавливаются из стали. Российские энергетики вынуждены импортировать их из зарубежных стран: Европы, Турции, Индии. Уже готовы определенные проектные решения по алюминиевым радиаторам, по итогам доработки которых будут проведены необходимые испытания. Развитие этого производства в России позволит к 2020 году заместить 80% импорта.

Сравнительно новое для России направление в сегменте энергетического оборудования для распределения электроэнергии – сухие силовые трансформаторы с «литыми» обмотками, в которых используется алюминиевая лента, изготовленная по техническим требованиям их производителей. Их отличие от трансформаторов с масляным охлаждением в том, что они не требуют обслуживания, максимально безопасны, поскольку выполнены из материалов, не поддерживающих горение, и не выделяют ядовитых газов в случае пожара. Эти устройства устойчивы к воздействию внешних факторов, возникающих при каких-либо нарушениях нормальной работы сети. А использование эпоксидной смолы в качестве межвитковой изоляции создает условия безопасной эксплуатации трансформатора в самых различных условиях: от жилых помещений или офисов до угледобывающих шахт, нефтяных платформ и атомных электростанций.

Есть большие перспективы и в расширении использования алюминиевых проводников в обмотках традиционных трансформаторов с масляным охлаждением. Как уже отмечалось, в 1–3-й габаритной категории таких трансформаторов алюминий занял практически всю нишу – до 85% рынка. На очереди – трансформаторы большей габаритности. Пока что алюминий сдерживается меньшей – по сравнению с медью – механической прочностью. Для этой цели отрабатывается технология производства алюминиевого транспонированного провода, позволяющего применять его в обмотках трансформаторов больших габаритных размеров. Кроме того, намотанный медью силовой трансформатор может быть меньше по размеру, чем его аналог с алюминиевыми обмотками. Но для промышленных предприятий это не так уж важно.

Таким образом, можно уверенно прогнозировать, что дальнейшее расширение применения алюминия в электротехнической промышленности – лишь вопрос времени.