مواد اولیه سیم برق چیست؟ بررسی جنس فلز و روکش سیم و کابل

برای انتقال انرژی الکتریکی و جریان برق از نقطه‌ای به نقطه دیگر از انواع کابل و سیم برق استفاده می‌شود. سیم‌های برق دارای ساختار ساده‌ای هستند که معمولا از یک قسمت عایق (روکش) و یک قسمت هادی (هسته) تشکیل شده‌اند. اما مواد اولیه سیم برق ثابت نیست و بسته به جنس فلز و روکش ویژگی‌های آن نیز تغییر می‌کند. با توجه به این که معمولاً انرژی الکتریکی از فواصل دور انتقال پیدا می‌کند، کابل‌ها و سیم‌های انتقال دهنده باید از موادی ساخته شوند که مقاومت بالایی داشته و همچنین بتوانند با کمترین اتلاف ممکن، انرژی الکتریکی را از نقطه‌ای به نقطه دیگر انتقال دهند. اگر این سوال همواره در ذهن شما وجود داشت که سیم‌های برق از چه موادی ساخته و تولید می‌شوند، با ادامه این مقاله همراه ما باشید. 

سیم برق چیست؟

کابل یا سیم برق که در زبان انگلیسی به آن Wire گفته می‌شود، یک استوانه با قابلیت انعطاف بالا است. سیم از دو بخش رسانا (هسته) و عایق (روکش) تشکیل می‌شود. که بخش رسانا توسط عایق احاطه می‌شود. اصلی‌ترین و مهم‌ترین وظیفه سیم برق انتقال انرژی الکتریکی یا جریان برق از نقطه‌ای به نقطه دیگر است. سیم‌های برق را می‌توان یکی از پرکاربردترین مواد در دنیا دانست. در تمامی وسایل برقی که حتی بخش کوچکی از آن‌ با برق کار می‌کند تا ساختمان‌های مسکونی و مجتمع‌های تجاری، از سیم استفاده می‌شود. 

سیم‌های برق علاوه بر توانایی در انتقال انرژی الکتریکی و جریان برق بین دو نقطه، باید از توانایی مقابله با تنش‌های مختلف محیطی و مکانیکی نیز برخوردار باشند. سیم‌های برق در انواع مختلفی تولید می‌شوند که هر کدام کاربردهای مختلفی دارند، اما همه انواع سیم‌های برق از نظر ساختار و اجزای تشکیل دهنده یکسان هستند و تنها ممکن است مواد اولیه بکار رفته در تولید آن‌ها متفاوت باشد. 

بررسی اجزای سیم برق

همانطور که اشاره شد، سیم‌های برق در انواع مختلفی با هدف انتقال جریان الکتریسیته بین دو نقطه طراحی و تولید می‌شوند. سیم‌های برق در انواع مختلف، از دو جزء اصلی تشکیل شده‌اند:

• هسته (هادی): اصلی‌ترین و مهم‌ترین بخش یک کابل یا سیم برق، هسته است. هسته وظیفه دارد جریان الکتریکی یا داده‌های اطلاعاتی را بین دو نقطه منتقل کند. معمولا بخش هسته یا هادی در سیم‌های برق از آلیاژهای مختلفی تولید می‌شوند. مس پرکاربردترین نوع فلز برای تولید این قسمت به حساب می‌آید. 
• روکش (عایق): بیرونی‌ترین لایه کابل یا سیم برق، روکش است. با توجه به اینکه تماس بخش هادی سیم با انسان می‌تواند خطرات و آسیب‌های جدی به همراه داشته باشد، روکش باید عایق باشد. این بخش از تماس هادی با انسان و سایر وسایل جلوگیری کند. همچنین روکش از هسته در برابر کلیه شرایط محیطی و آب و هوایی محافظت می‌کند و معمولا از PVC در ساخت آن استفاده می‌شود. 

روکش سیم برق از چه موادی تولید می‌شود؟

قسمت عایق در سیم برق یکی از مهم‌ترین قسمت‌ها محسوب می‌شود که از نشت جریان الکتریکی جلوگیری می‌کند. در ساخت عایق و روکش سیم برق معمولا از PVC (پی وی سی) استفاده می‌کنند. PVC نسبت به عایق‌های روغنی که در گذشته برای ساخت سیم‌های برق استفاده می‌شد مناسب‌تر است. مهم‌ترین دلیل جایگزین کردن PVC با عایق‌های روغنی مقاومت بالا و قیمت پایین پی وی سی است. مهم‌ترین مزیت استفاده از پی وی سی در ساخت و تولید روکش سیم برق قابلیت انعطاف بالای آن است که باعث شده به بهترین گزینه برای تولید کابل و سیم برق تبدیل شود. 

با توجه به طول عمر بالا و وزن سبک PVC، کابل‌ها و سیم‌های برقی که با آن تولید می‌شوند، بهترین گزینه برای مصارف خانگی و ساختمانی هستند. به طور کلی از سیم‌های برق با روکش PVC می‌توان در مصارف ساختمانی، صنایع، نیروگاه‌ها، زیر خاک،‌ داخل آب و هر جایی که احتمال آسیب دیدن کابل کمتر است،‌ استفاده کرد. 

از چه فلزی در تولید سیم برق استفاده می‌شود؟

همانطور که اشاره شد در تولید و ساخت قسمت هادی سیم‌های برق، از آلیاژ‌ها و فلزات مختلفی استفاده می‌شود. هر کدام از فلزات مصرفی، ویژگی‌ها و قابلیت‌های خاص خود را دارند. در ادامه مهم‌ترین فلزاتی را که در تولید کابل و سیم برق مورد استفاده قرار می‌گیرند، بررسی می‌کنیم.

1- فلز طلا

بهترین فلزی که از نظر خاصیت رسانایی می‌توان در تولید سیم برق از آن استفاده کرد، طلا است. طلا فلزی است که از قابلیت لحیم‌کاری بالایی برخوردار است که دلیل آن واکنش‌دهی کم آن از نظر شیمیایی و قرار گرفتن در دسته فلزات نجیب است. مقاومت بالا در برابر تغییرات دمایی، مقاومت در برابر خوردگی و همچنین مقاومت بالا در برابر سایش (در صورت ترکیب با نیکل و کبالت) از دیگر ویژگی‌های فلز طلا به عنوان ماده رسانا در سیم‌های برق هستند. 

استفاده از طلا در تولید سیم‌های برق به افزایش دوام و انعطاف‌پذیری آن‌ها کمک زیادی می‌کند. با توجه به اینکه طلا فلز ارزشمندی بوده و از قیمت بالایی برخوردار است معمولا از سیم‌های تولید شده با طلا در سیم‌کشی داخلی لوازم برقی خانگی و کاملاً محدود، استفاده می‌شود. با توجه به اهمیت طول عمر بالای سیم‌ها در این نوع دستگاه‌ها،‌ معمولا از سیم‌های تولید شده با فلز طلا در ساخت آن‌ها استفاده می‌شود. 

2- فلز مس

مس پرکاربردترین فلز در تولید سیم‌های برق است. مس را می‌توان یکی از رسانا‌ترین فلزات دانست که نه تنها در تولید سیم و کابل برق بلکه در تولید بسیاری از قطعات انواع دستگاه‌های الکتریکی و الکترونیکی از این فلز استفاده می‌شود. منظور از رسانایی بالای فلز مس این است که الکترون‌ها یا بارهای منفی توانایی حرکت در این فلز را با کمترین مقاومت ممکن دارند. 

به غیر از ضریب رسانایی بالا، یکی دیگر از ویژگی‌های مس که آن را به اصلی‌ترین فلز در تولید سیم برق تبدیل کرده، قیمت ارزان و مناسب آن است. این فلز بر خلاف طلا جزو فلزات گران‌بها نیست و به دلیل خاصیت رسانایی بالا به صورت گسترده در صنایع تولید سیم و کابل مورد استفاده قرار می‌گیرد. 

3- فلز نقره

نقره را می‌توان اولین فلزی دانست که بشر از آن برای انتقال الکتریسیته استفاده کرد. فلز نقره یکی از رساناترین فلزات نیز به حساب می‌آید. دوام بسیار بالا و انعطاف‌پذیری بسیار خوب از دیگر ویژگی‌های فلز نقره است. به دلیل ویژگی‌های گفته شده، تبدیل به گزینه مناسبی برای استفاده در صنایع تولید سیم و کابل شده است.

نقره مانند طلا جزو فلزات گران‌بها محسوب می‌شود و استفاده از آن در تولید سیم و کابل محدود شود. یکی دیگر از دلایلی که باعث محدودیت استفاده از نقره در تولید کابل می‌شود، قابلیت اکسیداسیون یا خوردگی بالای آن است. سیم با هادی نقره به خصوص برای شرایطی که محصول در مناطق مرطوب استفاده می‌شود، گزینه مناسبی نخواهد بود. 

4- فلز آلومینیوم

آلومینیوم یکی از پرکاربردترین فلزات در دنیا به است که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صنعت سیم و کابل ساختمان،‌ این فلز بعد از مس، اصلی‌ترین مواد اولیه سیم برق است. آلومینیوم از لحاظ قدرت رسانایی به مس و طلا نمی‌رسد اما قیمت بسیار ارزان آن باعث شده که این فلز بعد از مس به دومین فلز پرکاربرد در صنایع تولید و سیم وکابل تبدیل شود. انعطاف‌پذیری عالی، وزن سبک، مقاومت بسیار خوب در برابر خوردگی و حرارت از دیگر ویژگی‌های آلومینیوم به حساب می‌آیند. 

5- فلز تنگستن

فلز تنگستن یا ولفارم، فلز دیگری است که در تولید انواع سیم و کابل به عنوان رسانا مورد استفاده قرار می‌گیرد. هر چند این فلز نسبت به فلزات دیگر کاربرد کمتری دارد اما یک ویژگی خارق‌العاده دارد که نمی‌سوزد. تنگستن در برابر حرات و سایش مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می‌دهد که بیان کننده نقطه ذوب بالای آن نسبت به سایر فلزات است. با توجه به اینکه این فلز نیز قیمت بالایی دارد معمولا در پروژه‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که تحمل حرارت بالا برای سیم و کابل در اولویت قرار دارد. 

جمع‌بندی

کابل‌ها و سیم‌ها که در انواع مختلف تولید می‌شوند، مهم‌ترین وسیله به منظور انتقال جریان الکتریسیته و برق بین دو نقطه هستند. به همین دلیل تولید کنندگان انواع سیم و کابل تلاش می‌کنند تا از موادی در ساخت سیم‌ها استفاده کنند که به راحتی و با کمترین مقاومت و اتلاف، جریان برق را بین دو نقطه انتقال دهد. روکش و هسته دو بخش اصلی در هر سیم یا کابل هستند که روکش وظیفه عایق کردن و جلوگیری از نشت جریان را بر عهده دارد. هسته یا رسانا نیز که وظیف انتقال انرژی الکتریکی را بر عهده دارد معمولا از فلزات مختلفی مانند طلا، مس، نقره، آلومینیوم و تنگستن ساخته می‌شود که بهترین خاصیت رسانایی را در بین سایر فلزات دارند.