مس، فلز غیرگرانبهای گرانبها

در مقاله «اختراع تلگراف، زمینه‌ساز حضور پررنگ مس در دنیای سیم‌کشی» با این فلز آشنا شدیم، در ادامه از کاربرد مس در صنایع گوناگون می‌خوانیم.

سیم‌های تک رشته‌ای و چند رشته‌ای مسی

سیم تک رشته‌ای متشکل از یک رشته سیم مسی فلزی، لخت یا محصور در یک عایق است. سیم‌های مسی تک رشته معمولاً به عنوان سیم مغناطیسی (در ایران معروف به سیم لاکی است) در موتور و ترانسفورماتور استفاده می‌شوند. آنها نسبتاً سفت و سخت هستند، به راحتی خم نمی‌شوند و به‌طور معمول برای کارهای دائمی نصب شده، اغلب دستکاری شده در سیستم‌های کم انعطاف کاربرد دارند.

سیم مسی چند رشته‌ای دارای گروهی از سیم‌های مس بافته شده یا پیچیده شده به هم است. سیم مسی چند رشته‌ای انعطاف‌پذیر تر و راحت تر از یک سیم بزرگ یک رشته‌ای با مقطع یکسان نصب می‌شود. انشعابات عمر سیم را در برنامه‌های دارای ارتعاش زیاد بهبود می‌بخشد. یک سیم مسی چند رشته‌ای، با یک سیم مسی تک رشته‌ای با سطح مقطع یکسان مقاومت مشابه و برابری دارد، اما با انعطاف‌پذیری آن بیشتر است.

یک کابل مسی شامل دو یا چند سیم مسی است که در کنار هم قرار می‌گیرند و به یکدیگر متصل می‌شوند و پیچیده می‌شوند یا به یکدیگر چسبیده شده و سیم واحدی را تشکیل داده‌اند. کابل‌های برق را می‌توان با استفاده از سیم‌های مسی چند رشته‌ای انعطاف پذیرتر کرد.

سیم‌های مسی در یک کابل ممکن است لخت باشند یا ممکن است به منظور کاهش اکسیداسیون با یک لایه نازک از فلز دیگر، اغلب قلع، اما گاهی اوقات طلا یا نقره، پوشیده شوند. پختن ممکن است طول عمر سیم را افزایش دهد و باعث می‌شود لحیم کاری آسان‌تر شود. جفت‌های پیچیده و کابل‌های کواکسیال برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی، جلوگیری از تابش سیگنال‌ها و ارائه خطوط انتقال با ویژگی‌های تعریف شده طراحی شده‌اند. کابل‌های محافظ دار در فویل یا مش سیم قرار می‌گیرند.

مس در کدام صنایع کاربرد دارد؟

مس پودر الکترولیتیک (ETP)، یک مس با خلوص بالا و حاوی اکسیژن به عنوان عامل آلیاژ، بیشترین کاربرد در برنامه‌های الکتریکی را دارد چرا که به علت رسانایی الکتریکی بالا و بازپخت آن باعث بهبود می‌شود. ETP مس برای انتقال قدرت، توزیع برق و ارتباطات مخابراتی استفاده می‌شود. کاربردهای رایج عبارتند از ساخت سیم، سیم پیچ موتور، کابل برق، و شینه. مس بدون اکسیژن برای مقاوم بودن در برابر تردی هیدروژن استفاده می‌شود زمانی که مقدار زیادی از کارهای سرد مورد نیاز است و در کاربردهایی که نیاز به انعطاف‌پذیری بالایی دارند (به عنوان مثال، کابل ارتباطی). وقتی که تردی هیدروژن یک نگرانی است و مقاومت الکتریکی کم لازم نیست، فسفر ممکن است به مس اضافه شود.

برای کاربردهای خاص، به جای مس خالص، آلیاژهای رسانای مس به کار می‌روند، به ویژه هنگامی که نیاز به نقاط قوت بالاتر یا بهبود ساییدگی و مقاومت در برابر خوردگی وجود داشته باشد. با این حال، نسبت به مس خالص، مزایای استحکام و مقاومت در برابر خوردگی که توسط آلیاژهای مس ارائه می‌شود، با رسانایی الکتریکی کمتر آنها جبران می‌شوند. مهندسان طراحی، مزایا و معایب انواع مختلفی از رساناهای مسی و آلیاژهای مسی را در هنگام تعیین نوع مشخصه برای کاربردهای الکتریکی خاص، برآورد می‌کنند. یک نمونه از یک رسانای آلیاژ مس، سیم مس کادمیوم است که برای برق رسانی راه‌آهن در شمال آمریکا مورد استفاده قرار می‌گیرد.[۵] در بریتانیا، BPO (بعداً پست اداری مخابرات) از خطوط هوایی کادمیوم مس با کادمیوم ۱٪ برای استحکام بیشتر استفاده کرد. برای خطوط محلی ۴۰ لیبی / مایل (1.3 mm dia) و برای خطوط تلفنی ۷۰ لیبی / مایل (1.7 mm dia)

بازارهای اصلی کاربردی برای رساناهای مسی

سیم‌کشی الکتریکی

سیم کشی برق توزیع برق در ساختمان‌های مسکونی، تجاری یا صنعتی، خانه‌های همراه، وسایل نقلیه تفریحی، قایق‌ها و پست‌های برق در ولتاژهای تا ۶۰۰ ولت است. ضخامت سیم بر اساس الزامات جریان الکتریکی در ارتباط با دمای عملیاتی ایمن است. سیم تک رشته‌ای برای قطرهای کوچکتر استفاده می‌شود. در قطرهای ضخیم‌تر از سیم چند رشته‌ای برای انعطاف‌پذیری بیشتر استفاده می‌شود. انواع هادی شامل کابل‌های مقاوم در برابر خوردگی غیر فلزی / غیر فلزی (دو یا چند سیم عایق شده با غلاف بیرونی غیر فلزی)، زره پوش یا کابل BX (کابل‌ها توسط محوطه فلزی انعطاف‌پذیر احاطه شده)، کابل فلزی پوشاننده، کابل فیدر زیرزمینی، کابل TC، کابل مقاوم در برابر آتش، و کابل‌های عایق شده از مواد معدنی، از جمله کابل مسی پوششی مس.[۲۴] مس معمولاً برای ساخت سیم به دلیل رسانش، استحکام و قابل اطمینان بودن آن استفاده می‌شود. از لحاظ طول عمر یک سیستم سیمکشی شده، مس از لحاظ اقتصادی نیز به صرفه است.

مس مورد استفاده در ساخت سیم دارای رتبه رسانش 100% IACS[۸یا بهتر از آن است. سیم مسی ساختمانی نیاز به عایق کمتری دارد و می‌تواند در کانال‌های کوچکتر نصب شود و در مواقعی که رسانش کمتری مورد نیاز است استفاده می‌شود. همچنین، نسبت به فلزات دیگر با رسانش کمتر، سیم مسی بیشتری می‌تواند در یک مجرای یکسان جای گیرد. این بیشتر «پرشدن با سیم» هنگامی که یک سیستم دوباره سیمکشی شده یا انبساط یافته‌است یک مزیت ویژه به‌شمار می‌رود.

سیم مسی ساختمانی با برنج و پیچ‌های پوشش داده شده با کیفیت سازگار است. چنین سیمی اتصالی را فراهم می‌کند که مورد خوردگی و خزش قرار نمی‌گیرد. با این حال، با سیم یا اتصالات آلومینیومی سازگار نیست. اگر دو فلز به هم متصل شوند، ممکن است یک واکنش گالوانیک رخ دهد. خوردگی آندی در طی واکنش می‌تواند آلومینیوم را متلاشی کند. به همین دلیل است که اکثر تولیدکنندگان لوازم خانگی و الکتریکی از سیم‌های سرب مس برای اتصال به سیستم‌های سیم کشی شدهٔ ساختمان استفاده می‌کنند.

سیم کشی ساختمان «تمام مس» به ساختمان‌هایی اطلاق می‌شود که در آن خدمات برق داخلی منحصراً سیم کشی مسی شده باشد. در خانه‌های تمام مس، هادی‌های مس در پانل‌های قطع کننده مدار، سیم کشی انشعابات مدار (مثلاً به خروجی‌ها، سوئیچ‌ها، وسایل روشنایی و غیره) و در شاخه‌های اختصاص داده شده در خدمت وسایل سنگین بار (مانند محدوده، اجاق، خشک کن لباس و تهویه مطبوع) استفاده می‌شوند.

تلاش برای جایگزینی مس با آلومینیوم در ساخت سیم زمانی که متوجه شدند که اتصالات آلومینیومی به علت خزش آهسته ذاتیشان، و ترکیب شدن آلومینیوم با اکسیژن در دمای بالای به وجود آمده در پی مقاومت زیاد آن که در نهایت منجر از بین رفتن آن‌ها می‌شود در اکثر کشورها کاهش یافت. اتصال با Spring-load به‌طور عمده این مشکل را با هادی‌های آلومینیومی در ساخت سیم حل می‌کند، اما برخی از قوانین ساختمان هنوز استفاده از آلومینیوم را ممنوع کرده‌است.

برای اندازه شاخه مدار، تقریباً تمام سیمهای اصلی برای چراغ‌ها، خروجی‌ها و سوئیچ‌ها از مس ساخته شده‌اند.بازار سیم آلومینیوم امروزه عمدتاً محدود به اندازه‌های بزرگتر مورد استفاده در مدارهای تغذیه می‌باشد.

کدهای سیم کشی برق، جریان مجاز عبوری از کابل را مشخص می‌کنند. جریان نامی یک هادی بستگی به اندازه، حداکثر دمای مجاز و محیط عملیاتی هادی دارد. هادی‌های مورد استفاده در مناطقی که در آن هوا سرد است و در اطراف سیمها آزاد است، به‌طور کلی می‌توانند جریان بیشتری را از خود عبور دهندنسبت به هادی‌های کوچک که در یک کانال زیرزمینی قرار دارد و بسیاری از کانالهای مشابه در مجاورت آن قرار دارند. ارزیابی درجه حرارت عملیاتی از عایق‌های مس سر عمدتاً به دلیل محدودیت‌های مواد عایق یا درجه حرارت از تجهیزات متصل ناشی می‌شود

سیم کشی ارتباطات

کابل جفت پیچ خورده

کابل کشی پیچ خورده محبوب‌ترین کابل شبکه است و اغلب در شبکه‌های داده برای اتصال کوتاه و متوسط (تا ۱۰۰ متر یا ۳۲۸ فوت) استفاده می‌شود. استفاده از این کابل در مقایسه با استفاده از فیبر نوری یا کابل کواکسیال دارای قیمت کمتری است.

کابل‌های تلفن به‌طور معمول از کابل جفت پیچ خورده بدون محافظ ساخته می‌شوند. دراواخر قرن بیستم، کابل‌های جفت پیچ خورده بیشترین استفاده را در کابل‌های شبکه کامپیوتر داشتند. مخصوصاً در پچ کابل‌ها یا اتصالات موقت شبکه. استفاده از این کابل‌ها در تجهیزات ویدیویی، در درجه اول: دوربین‌های امنیتی رو به افزایش است.

کابل‌های UTP پلاسمایی که در بالای سقف و دیواره‌های داخلی قرار می‌گیرند، از یک هسته مس جامد برای هر هادی استفاده می‌کنند که باعث می‌شود کابل در صورت خم شدن شکل خود را حفظ کند. کابل‌های پچ، که کامپیوتر را به صفحات دیواری متصل می‌کنند، از سیم مسی و رشته‌ای استفاده می‌کنند، چون که بایستی انعطاف‌پذیری خود را در زمان طول عمر خود حفظ کنند.

کابل‌های جفت پیچ خورده(UTP) بهترین نوع خط‌های متعادل سیمی موجود می‌باشند. با استفاده از آن‌ها نیز نسبت به بقیه آسان‌تر است. در مواقعی که امنیت و عدم تداخل مهم است، کابل محافظ یا فیبر نوری اغلب در نظر گرفته می‌شود.

کابل‌های جفت پیچ خورده شامل: نوع سه کابل، که حداقل کابل لازم برای اتصالات تلفن می‌باشد. نوع پنج کابل، کابل ۱۰۰ مگا هرتز هر جفت پیشرفته که به عنوان کابل‌های اترنت استفاده می‌شوند. نوع شش کابل، جایی که هر جفت ۲۵۰مگا هرتز می‌باشد برای بهبود کابل‌های اترنت. کابل اترنت Cat5e، نشان دهنده جفت‌های پیچ خورده سیم مسی است. در کابل‌های شبکه‌های جفت پیچ خورده مسی، صدور تاییدیه برای این کابل‌ها از طریق یک سری کامل آزمایش‌ها مطابق با استاندارد صنعت ارتباطات مخابراتی (TIA) یا استاندارد بین‌المللی سازمان استاندارد (ISO) انجام می‌شود.

کابل کواکسیال

کابل‌های کواکسیال به‌طور گسترده در سیستم‌های کامپیوتری اصلی مورد استفاده قرار می‌گیرند و اولین نوع کابل اصلی مورد استفاده برای شبکه‌های محلی (LAN) بودند. کاربردهای معمول کابل کواکسیال شامل شبکه کامپیوتری (اینترنت) ابزار دقیق ارتباط، پخش ویدئو و CATV ، انتقال RF و مایکروویو، و خطوط تغذیه ای است که فرستنده‌های رادیویی و گیرنده را با آنتن‌های خود متصل می کنند.

کابل کواکسیال نیمه سخت برای انتقال مایکروویو

با اینکه کابل‌های کواکسیال می‌توانند مسافت‌های طولانی‌تر و حفاظت بهتری نسبت به کابل‌های جفت پیچ خورده داشته باشند، اما کار کردن با این کابل‌ها دشوار است، مخصوصاً سیم کشی از اتاق‌ها به قفسه سیم کشی. به همین خاطر امروزه بیشتر از کابل‌های ارزان‌تر مثل کابل‌های جفت پیچ خورده یا فیبر نوری در ظرفیت بالاتری نسبت به این نوع کابل‌ها استفاده می‌شود.

امروزه، بسیاری از کمپانی‌های سازنده کابل تلویزون از کابل‌های کواکسیال برای داخل خانه استفاده می‌کنند. با این حال، این کابل‌ها به‌طور فزاینده ای به یک سیستم ارتباطی داده‌های فیبر نوری خارج از خانه متصل می‌شوند. بسیاری از سیستم‌های مدیریت ساختمان از کابل کشی اختصاصی استفاده می‌کنند. مانند سیستم‌های بندگو/صوتی. نظارت بر امینت و سیستم‌های ورودی هنوز هم اغلب نیاز به کابل مسی دارد. اگرچه کابل‌های فیبر نوری هم استفاده می‌شوند.

سیم کشی ساخت یافته

اکثر خطوط تلفن می‌توانند به‌طور همزمان صدای و داده‌ها را به اشتراک بگذارند. سیم کشی چهار سیمه تلفن در خانه‌ها قادر به تأمین نیازهای ارتباطی برای چندین خط تلفن، سرویس اینترنت، ارتباطات تصویری،انتقال داده، دستگاه‌های فکس و خدمات امنیتی نیست. تداخل، تداخل استاتیک، سیگنال‌های غیرقابل شنفتن و قطع شدن ارتباط از مشکلات رایج سیم کشی قدیمی می‌باشند. کامپیوترهای متصل به شبکه، با روش سیم کشی قدیمی، اغلب عملکرد اینترنت ضعیف را تجربه می‌کنند.

« سیم کشی ساخت یافته » یک اصطلاح کلی در سیم کشی محلی در قرن بیست و یکم می‌باشد؛ که از آن در سیم کشی محلی برای تلفن با ظرفیت‌های بالا، ویدیو، سیستم انتقال داده، امنیت،کنترل و سیستم‌های سرگرمی استفاده می‌شود. تأسیسات آن شامل یک پانل توزیع مرکزی می‌باشد که در آن همه اتصالات ساخته شده‌اند از قبیل :اتصالات اختصاصی برای تلفن، داده‌ها، تلویزیون‌ها و جک‌های صوتی.

سیم کشی ساخت یافته کامپیوترها را قادر می‌سازد تا با یکدیگر بدون خطا و با سرعت بالا ارتباط برقرار کنند در حالیکه بسیار مقاومند در برابر تداخل در منابع مختلف برق مانند لوازم خانگی و سیگنال‌های ارتباطی خارجی. رایانه‌های شبکه قادر به اشتراک همزمان سرعت اینترنت با سرعت بالا می‌باشند. سیم کشی ساخت یافته همچنین می‌تواند کامپیوترها را پرینتر، اسکنر، تلفن، دستگاه فکس، و حتی سیستم‌های امنیتی خانگی و تجهیزات سرگرمی خانگی متصل کند.

اتصال سوکت مادگی برای کابل کواکسیال.

کابل کواکسیال RG-6 دارای محافظ چهارگانه می‌تواند همزمان تعداد زیادی کانال تلویزیونی را حمل کند. الگوی سیم کشی ستاره، جایی که سیم کشی به هر جک به یک دستگاه توزیع مرکزی گسترش می‌یابد، انعطاف‌پذیری خدمات، شناسایی مشکل و کیفیت سیگنال بهتر را تسهیل می‌کند. این الگوی دارای مزایایی برای حلقه‌های زنجیره ای دیزی می‌باشد. ابزارهای نصب، راهنمایی‌ها و تکنیک‌ها برای سیستم‌های سیم کشی شبکه با استفاده از کابل‌های جفت پیچ خورده، کابل‌های کواکسیال و اتصالات برای هر یک در دسترس هستند.

سیم کشی ساخت یافته با سیستم‌های بی‌سیم در خانه‌ها رقابت می‌کند. با وجود اینکه سیستم‌های بی‌سیم قطعاً دارای مزایای راحتی هستند، سیم کشی ساخت یافته دارای نقاط ضعف در سیستم‌های مسی سیمی هستنداما سیم کشی رده ۵ پهنای باند بالاتری نسبت به سیستم‌های بی‌سیم را پشتیبانی می‌کند؛ که معمولاً بیش از ده برابر سرعت سیستم‌های بی‌سیم را دارا می‌باشد که می‌توان از آن برای برنامه‌های سریع تر، داده‌ها و کانال‌های بیشتری برای برنامه‌های ویدئویی، استفاده کرد. همچنین سیستم‌های بی‌سیم دارای خطر امنیتی می‌باشند زیرا می‌توانند اطلاعات حساس را به کاربران ناخواسته که دارای دستگاه‌های دریافت کننده مشابه هستند، ارسال کنند. سیستم‌های بی‌سیم بیشتر به تداخل دستگاه‌ها و سیستم‌های دیگر حساس هستند، که می‌تواند عملکرد را مختل کند. برخی از مناطق جغرافیایی و برخی از ساختمانها ممکن است برای تأسیسات بی‌سیم مناسب نباشند، به‌طور مشابه برخی از ساختمانها نیز ممکن است مشکل نصب سیم‌ها را داشته باشند.

توزیع انرژی الکتریکی

سطح مقطع کابل مسی مورد استفاده برای ولتاژ ۴۰۰ کیلو ولت

مس به‌طور گسترده‌ای برای باسبارهای توزیع برق به علت هدایت الکتریکی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. توزیع برق مرحله نهایی در تحویل برق برای استفاده نهایی می‌باشد. سیستم توزیع انرژی الکتریکی را از سیستم انتقال به مصرف‌کنندگان منتقل می‌کند.کابل‌های قدرت برای انتقال و توزیع برق در داخل یا خارج از ساختمان استفاده می‌شود. اطلاعات مربوط به انواع مختلف کابل‌های قدرت موجود است.

مس معوملا به عنوان هادی مورد استفاده در خطوط انتقال زیر زمینی به بقیه مواد ترجیح داده می‌شود که در ولتاژ بالا و فوق بالا تا ۴۰۰ کیلو ولت استفاده می‌شود. دلیل استفاده از آن در خطوط انتقال زیرزمینی هدایت الکتریکی و حرارتی حجمی آن نسبت به دیگر هادی‌ها است. این خواص مفید برای هادی‌های مس صرفه جویی در فضا، کاهش تلفات و حفظ دمای کم کابل را به همراه دارد.

مس همچنان در خطوط با ولتاژ کم در معادن و در تجهیزات زیر آب، و همچنین در راه‌آهن الکتریکی، بالابرها، و سایر خدمات در فضای باز، استفاده می‌شود.

آلومینیوم، به تنهایی یا با فولاد تقویت شده، جهت استفاده به عنوان هادی‌های خطوط هوایی، به دلیل وزن سبک‌تر و هزینه پایین ترمورد استفاده قرار می‌گیرد.

هادی‌های لوازم خانگی

هادی‌های لوازم خانگی با توجه به مشخصات و کاربرد آن از سیم نرم پیچیده‌ای ساخته شده‌است که ممکن است برای لحیم کاری یا تشخیص فاز هم استفاده شود. بسته به مقدار و نوع بار، عایق می‌تواند PVC، نئوپرن، اتیلن پروپیلن، پرکننده پلی پروپیلن یا پنبه باشد.

هادی‌های خودرو

سیم کشی مس به اندازه کافی قوی است که در یک آلترناتور خودرو باقی بماند، تا در معرض لرزش ثابت و شوک مکانیکی آسیبی نبیند.

هادی‌های خودرو نیاز به عایق‌هایی دارند تادر مقابل دمای بالا، محصولات نفتی، رطوبت، آتش‌سوزی و مواد شیمیایی مقاوم باشند. PVC، نئوپرن و پلی اتیلن متداول‌ترین عایق‌ها می‌باشند. اختلاف پتانسیل الکتریکی از ۱۲ ولت برای سیستم‌های الکتریکی تا بین ۳۰۰ و ۱۵۰۰۰ ولت برای ابزارها، روشنایی و سیستم‌های احتراق متغیر است.

سیم پیچ مغناطیسی

سیم پیچ مغناطیسی یا سیم، سیم پیچ، در سیم پیچ موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورها، ماشین هایالقایی، ژنراتورها، هدفون‌ها، کوئل‌های بلندگو، موقعیت ساز هارد دیسک، الکترومغناطیس‌ها و دیگر دستگاه‌ها استفاده می‌شود.

اغلب سیم‌های مغناطیسی از مس کاملاً تصفیه شده، الکترولیت تصفیه شده تشکیل شده‌اند تا سیم‌ها به هم نزدیک تر شوند برای ایجاد کویل مغناطیسی. سیم با طیف وسیعی از عایق پلیمری، از جمله لاک، به جای پلاستیکی ضخیم‌تر یا انواع دیگر عایق که معمولاً در سیم برق استفاده می‌شود پوشش داده شده‌است.[۵] مقادیر مس با کیفیت خلوص بالا بدون اکسیژن برای کاربردهای با درجه حرارت بالا در کاهش اتمسفر یا در موتورها یا ژنراتورهای خنک‌کننده گاز هیدروژنی استفاده می‌شود.

منبع: Copper