Mikä on syy siihen, että alumiinia käytetään teräsia sijaan sähköjohtojen valmistuksessa?

Alumiinin käyttö kuparin sijaan (ei terästä, sillä teräs ei yleensä käytetä johtoksi) langan valmistuksessa perustuu useisiin tärkeisiin syihin. Vaikka alkuperäisessä kysymyksessä mainittiinkin "teräs", tämä selitys käsittelee, miksi alumiinia yleensä käytetään kuparin sijaan sähkönsiirtojoissa. Tässä on joitakin syitä alumiinin käytölle johtomateriaalina:

Kustannustehokkuus (Cost Efficiency)

• Alempi hinta: Alumiini on edullisempi kuin kupari. Koska sähkönsiirtoverkot vaativat paljon langaa, alumiinin käyttö voi merkittävästi vähentää kustannuksia.

• Taloudellisuus: Pitkän matkan siirtohankkeissa alumiinin kustannusehdon etu on erityisen ilmeinen.

Kevyt (Lightweight)

• Asennuksen helpottaminen: Alumiinin tiheys on noin kolmannes kuparin tiheydestä, joten samankokoiset alumiinilangat ovat paljon kevyempiä kuin kuparilangat. Tämä kevyys vähentää kuljetuksen ja asennuksen vaikeuksia ja kustannuksia.

• Vähemmän rakenteellista kuormitusta: Kevyempi paino vähentää tukevien rakenteiden (kuten tornien ja pylväiden) vaatimuksia, lievittäen näiden rakennelmien taakkaa.

Hyvä johtavuus (Good Conductivity)

• Johtavuus: Vaikka alumiinin johtavuus on alhaisempi kuin kuparin (kuparin johtavuus on noin 100 %, kun taas alumiinin noin 61 %), alumiiniillä on riittävä johtavuus sähkönsiirtohankkeisiin.

• Kompensoivat toimenpiteet: Alumiinin alhaisemman johtavuuden voidaan kompensoida lisäämällä alumiinilangan poikkileikka-aluetta, saavutettaen suorituskyky, joka vastaa kuparilangan suorituskykyä.

Rostovastus (Corrosion Resistance)

• Pinnan oksidikerros: Alumiini muodostaa ilmassa tiheän oksidikerroksen, joka estää lisärokotuksen ja rostin, tarjoten hyvän rostisuojan.

• Alempi ylläpitokustannus: Kupariin verrattuna alumiinin itse suojaava ominaisuus vähentää ylläpitokustannuksia.

Mekaaninen vahvuus (Mechanical Strength)

• Yhdistetyt materiaalit: Jossain tapauksissa alumiinilangan mekaanista vahvuutta voidaan parantaa liittämällä sen sisään korkean vahvuuden teräslangat (kuten ACSR - Aluminum Conductor Steel Reinforced). Tämä säilyttää alumiinin johtavuuden samalla kun lisää mekaanista vahvuutta.

• Joustavuus: Alumiini on hyvin venyttävä ja kevyt, joten se on vähemmän altis murtumiselle taivuttelun ja vetämisen aikana.

Ympäristövaikutukset (Environmental Considerations)

• Lähes loputtomat resurssit: Bauxiitti, josta alumiini tuotetaan, on maailmanlaajuisesti laajemmin levitetty ja helpompi louhia ja jalostaa kuin kuparimalmi.

• Kierrätys: Alumiinilla on hyvä kierrätysarvo, ja sitä voidaan käyttää useita kertoja ilman, että sen suorituskyky heikkenee.

Politiikan tuki (Policy Support)

Hallituksen tuki: Joissakin maissa ja alueilla voidaan toteuttaa politiikkoja, jotka kannustavat alumiinilangojen käyttöä edistääkseen kotimaista alumiiniteollisuutta tai vähentääkseen siirtokustannuksia.

Lämpölaajenemiskerroin (Coefficient of Thermal Expansion)

Soveltuvuus: Alumiinilla on korkeampi lämpölaajenemiskerroin kuin kuparilla, mikä tarkoittaa, että sen pituus muuttuu huomattavasti lämpötilan vaihteluissa. Oikeanlaisella insinöörillä suunnitellulla tavalla tätä voidaan käyttää hyväksi säätämään langan jännitystä.

Yhteenveto

Yhteenvetona sähkönsiirtojoissa alumiinin käytön päätavoitteina ovat sen kustannustehokkuus, kevyys, hyvä johtavuus, rostivastus, mekaaninen vahvuus ja ympäristöedut. Nämä tekijät tekevät alumiinista laajalti käytetyn johtomateriaalin sähkönsiirrossa. Tietenkin tietyissä sovelluksissa, joissa vaaditaan korkeampaa johtavuutta ja parempaa vakautta, kupari pysyy välttämättömänä valinnana.