مقایسه هادی مس و هادی آلومینیوم به عنوان دو رسانای الکتریسیته موضوعی هست که در این مقاله به آن می پردازیم. رسانای الکتریسیته ماده‌ایی است، با مقاومت کم و یا بدون مقاومت که به جریان‌های الکتریکی (بار‌های الکتریکی) اجازه عبور از خود را می‌دهد.
یک‌رسانای خوب دارای تعداد زیادی الکترون آزاد برای هدایت بار‌های الکتریکی است که با اعمال ولتاژ به راحتی از اتمی به اتم دیگر حرکت می‌کند و باعث انتقال جریان می‌شود. فلزات به دلیل داشتن تعداد زیادی الکترون آزاد،رسانای خوبی برای هدایت برق هستند.
طلا، نقره، نیکل، مس و آلومینیوم چند نمونه از رسانا‌های خوب به شمار می‌روند.
این فلزات دارای تعداد زیادی الکترون آزاد و مقاومت الکتریکی کم هستند که آن‌ها را برای هدایت بار الکتریکی، ایده‌آل می‌سازد.
اصلی‌ترین بخش سیم و کابل هادی آن است و یکی از پرمصرف‌ترین هادی‌ها در این صنعت بدلیل گران بودن طلا و نقره، مس و آلومینیوم می‌باشد.
لذا در این مقاله به بررسی این دو هادی می‌پردازیم.
مس (Cu):
یکی از پرکاربردترین‌رسانا‌های جریان الکتریکی، مس است. مس به دلیل هدایت الکتریکی بالا و مقاومت الکتریکی کم و همچنین بدلیل خواص فیزیکی و مکانیکی بسیار خوبی که دارد باعث شده است که کاربرد زیادی در صنعت سیم و کابل داشته باشد.
فلز مس از لحاظ ظاهری رنگ قهوه‌ایی مایل به قرمز دارد و در طبیعت به صورت آزاد یافت می‌شود.
مزایای کابل‌های مسی نسبت به کابل‌های آلومینیومی
هادی مس مقاومت کمتری نسبت به هادی آلومینیومی دارد و این باعث حمل جریان‌های بالا، افت ولتاژ و مصرف انرژی پایین و درنهایت عملکرد الکتریکی بهتر می‌شود.
همچنین بدلیل انعطاف بالا و شکل‌پذیری خوب، قابل تولید به صورت قطر‌های بسیار نازک نیز می‌باشد. از دیگر مزایای آن می‌توان به استحکام مکانیکی بالای آن اشاره کرد و چون با طیف وسیع‌تری ازکانکتور‌ها سازگار است اتصالات الکتریکی ایمن‌تری را تضمین می‌کند.
معایب کابل‌های مسی نسبت به کابل‌های آلومینیومی
سیم و کابل‌های مسی با وجود مزایایی که دارند، دارای معایبی نیز می‌باشند. مهمترین آن قیمت بالا در مقایسه با سیم و کابل‌های آلومینیومی است که می‌تواند باعث افزایش هزینه محسوسی در پروژه‌های برقی بزرگ شود و همچنین احتمال سرقت آن را نیز افزایش دهد.
از دیگر معایب آن می‌توان به وزن زیاد که شرایط حمل و نقل و نصب را دشوارتر می‌کند اشاره کرد.
آلومینیوم(AL):
این فلز بدلیل ویژگی‌های خاص و مزایای ویژه‌ایی که دارد بعد از مس، بیشترین کاربرد را در تو لید سیم وکابل دارد. عمده مصرف آن برای انتقال جریان در خطوط هوایی و برای فواصل طولانی می‌باشد همچنین به غیر از استفاده در هادی، به عنوان زره نیز جهت حفاظت مکانیکی در کابل‌های تک رشته استفاده می‌شود.
آلومینیوم از لحاظ ظاهری فلزی نرم، سبک و با رنگ نقره‌ایی می‌باشد.
این فلز بدلیل واکنش‌پذیری بالابا اکسیژن، عموما بطور خالص در طبیعت یافت نمی‌شود.
مزایای کابل‌های آلومینیومی نسبت به کابل‌های مس
علیرغم رسانایی کمتر، هادی آلومینیومی چندین مزیت دارد. اول از همه، در مقایسه با هادی مسی ارزان‌تر است و آن را به گزینه‌ای مقرون به صرفه برای پروژه‌های برقی در مقیاس بزرگ تبدیل می‌کند. وزن پایین آن شرایط حمل و نقل و نصب را آسان‌تر می‌کند و به دلیل ماهیت سبکی که دارد برای خطوط برق هوایی گزینه خوبی است.
معایب کابل‌های آلومینیومی نسبت به کابل‌های مس
از جمله معایب هادی آلومینیوم نسبت به هادی مس می‌توان به مقاومت الکتریکی بالا، افزایش افت ولتاژ، تولید گرمای بیشتر و استحکام مکانیکی و طول عمر پایین آن اشاره کرد.
همچنین برای حمل جریان یکسان به سطح مقطع بزرگتری نسبت به هادی مسی نیاز است و این خود باعث اشغال فضای بیشتری می‌شود.
نگرانی‌های ایمنی با کابل کشی آلومینیومی
یکی از نگرانی‌های اصلی کابل کشی آلومینیومی، ایمنی آن است.
هادی آلومینیومی در اثر حرارت بیشتر از هادی مسی منبسط و منقبض می‌شود که می‌تواند منجر به شل شدن اتصالات و خطرات احتمالی آتش سوزی شود.
آلومینیوم در مجاورت هوا به سرعت واکنش داده و یک لایه اکسید روی سطح آن ایجاد می‌شود که باعث افزایش مقاومت و منجر به گرم شدن بیش از حد هادی می‌شود.
برای کاهش این نگرانی‌ها استفاده از کانکتور‌های مناسب و نیز بازرسی و نظارت‌های منظم دوره‌ایی امری ضروری می‌باشد.
بررسی برخی ویژگی‌های آلومینیوم و مس
چگالی مس ۸.۸۹ (g/cm^3) و آلومینیوم ۲.۷ (g/cm^3) می‌باشد، لذا وزن مس تقریبا ۳ برابر از آلومینیوم بیشتر است.
اگر در یک سیستم بنا باشد به ازای طول مشخص، مقاومت و افت ولتاژ یکسان از هادی آلومینیومی به جای هادی مسی استفاده شود، باید تقریبا سطع مقطع هادی آلومینیومی ۱.۶۷ برابر بزرگتر از هادی مسی درنظر گرفته شود.
مس تقریبا ۶۰ درصد‌رسانای حرارتی بیشتری نسبت به آلومینیوم دارد. بنابراین بهتر می‌تواند گرما را دفع کند. این موضوع در اتصالاتی که سیم بیشتر گرم می‌شود بسیار مهم است.
مس مقاومت کششی بالایی دارد و گرما را به خوبی تحمل می‌کند و به راحتی مانند سایر فلزات در معرض دما‌های مختلف منبسط یا منقبض نمی‌شود.
هم مس و هم آلومینیوم در حین کار تحت تأثیر هوا اکسید می‌شوند.
اکسیداسیون در مس بسیار کند است به طوری که لایه اکسید مس تشکیل شده، مشکلی در هدایت جریان الکتریکی ایجاد نمی‌کند ولی اکسیداسیون در آلومینیوم بسیار سریع اتفاق می‌افتد ولایه اکسید تشکیل شده، بسیار متراکم و فشرده بوده و این خود باعث ضعیف شدن هدایت جریان الکتریکی می‌شود این لایه از خوردگی فلز نیز جلوگیری می‌کند.
انتخاب بین کابل‌های آلومینیومی و مسی
هنگام انتخاب بین کابل مسی و آلومینیومی باید چندین فاکتوردرنظرگرفته شود. اولین عامل بودجه و هزینه است. درصورت محدود بودن هزینه، کابل آلومینیومی ممکن است انتخاب بهینه و مقرون به صرفه‌ایی باشد ولی اگر عملکرد و قابلیت اطمینان طولانی مدت، مهم باشد کابل مسی گزینه بهتری است.
محل و شرایط نصب یکی دیگر از عواملی است که باید در نظر گرفته شود.
به فرض مثال هادی آلومینیومی برای خطوط برق هوایی و نصب در فضای باز گزینه مناسب‌تری است، درحالی که هادی مسی برای کاربرد‌های داخلی و حساس انتخاب درست‌تری می‌باشد. در نهایت مشاوره با متخصصان برق می‌تواند راهنمای ارزشمندی در انتخاب نوع سیم و کابل مناسب با توجه به کیفیت، عملکرد، ایمنی و مقررات، برای نیاز‌های خاص شما باشد.
