구리선: 유형, 용도, 전도도 및 배선에 사용되는 이유

무엇입니까? 구리선 ?

구리선은 인발된 구리 금속으로 만든 단일 또는 다중 가닥 전기 도체로, 마이크로 전자 공학부터 고전압 전력 전송에 이르는 회로, 시스템 및 설비에서 전류를 전달하는 데 사용됩니다. "CU 와이어"라는 용어는 구리를 뜻하는 라틴어에서 유래되었습니다. 컵럼 — 전 세계 배선 라벨, 케이블 데이터시트 및 도체 사양에 나타나는 화학 기호 Cu입니다. 케이블에 "CU"라고 표시되면 일부 고전압 전송 및 건물 배선 응용 분야에 사용되는 알루미늄(AL) 도체와 구별되는 도체 재료가 구리임을 나타냅니다.

구리선은 지속적으로 사용되는 가장 오래된 산업 재료 중 하나입니다. 인발 구리선에 대한 증거는 고대 이집트와 로마로 거슬러 올라갑니다. 그러나 직경을 줄이고 길이를 늘리기 위해 점점 더 작은 다이를 통해 구리 막대를 잡아당기는 산업용 와이어 인발 공정은 전신 및 전기 네트워크의 확장과 함께 19세기에 개선되었습니다. 오늘, 구리는 전 세계적으로 전기 배선의 주요 도체 재료로 남아 있습니다. 전 세계적으로 생산되는 전체 구리의 약 65%가 전기 및 전자 산업에서 소비됩니다.

구리는 전기 전도체이며 왜 그렇게 효과적인가요?

구리는 자연적으로 발생하는 모든 금속 중에서 최고의 전기 전도체 중 하나입니다. 전도성은 원자 구조에서 발생합니다. 각 구리 원자는 가장 바깥 껍질에 느슨하게 결합되어 있고 이동성이 높은 단일 원자가 전자를 가지고 있습니다. 구리 격자에서 이러한 자유 전자는 적용된 전기장에 반응하여 쉽게 움직이며 해당 흐름에 대한 저항이 최소화된 전류를 구성합니다.

실용적인 측면에서 측정하면, 20°C에서 순수 구리의 전기 전도성은 약 58.0 × 10⁶ 지멘스/미터(S/m)입니다. 는 다른 모든 도체 재료를 벤치마킹하는 기준 표준인 100% IACS(국제 어닐링 구리 표준)입니다. 은은 전도성이 더 높은(약 106% IACS) 유일한 일반적인 금속이지만 비용이 많이 들기 때문에 대부분의 배선 응용 분야에서는 실용적이지 않습니다. 알루미늄은 IACS가 약 61%, 금은 IACS가 73%, 철은 IACS가 약 17%입니다.

구리선의 저항률

저항률은 전도도의 반대입니다. 즉, 물질이 단위 길이 및 단면적당 전류 흐름에 얼마나 강하게 반대하는지를 측정합니다. 20°C에서 순수한 구리의 저항률은 다음과 같습니다. 1.72 × 10⁻⁸ 옴미터(Ω·m) , 또는 약 1.72 마이크로옴-센티미터입니다. 실제 와이어 계산에서 이는 단면적이 1mm²인 구리 도체의 저항이 미터당 약 17.2밀리옴임을 의미합니다.

저항률은 온도에 따라 증가합니다. 구리의 저항 온도 계수는 °C당 약 0.00393입니다. 즉, 도체 온도가 1°C 증가할 때마다 저항이 약 0.4% 증가한다는 의미입니다. 이러한 관계는 배선 표준의 전류 용량 등급이 정의된 주변 온도에서 지정되고 무거운 부하를 운반하는 도체의 크기가 저항 가열을 제한하기 위해 넉넉한 크기로 지정되는 이유입니다.

불순물은 전도도를 크게 감소시킵니다. 구리에 인, 철, 규소가 0.1%만 있어도 전도성이 15~30% 감소합니다. 이것이 바로 전기 등급 구리 와이어가 최대 전도성이 중요한 응용 분야에 대해 최소 순도 99.9%(전해 터프 피치, ETP 구리) 또는 99.99%(무산소 고전도, OFHC 구리)로 지정되는 이유입니다.

구리가 전기 배선에 사용되는 이유

전기 배선에서 구리가 차지하는 비중은 전도성에만 국한되지 않습니다. 구리가 거의 모든 배선 응용 분야에서 선호되는 전도체 재료가 되는 이유는 여러 가지 유리한 특성(전기적, 기계적, 실용성)이 결합되어 있기 때문입니다.

• 높은 전도성 - 실용적인 금속 중에서 은에 이어 두 번째로, 알루미늄이나 다른 대안에 비해 주어진 전류 전달 용량에 대해 더 작은 도체 단면적을 허용합니다.
• 우수한 연성 - 구리는 파손되지 않고 0.02mm만큼 미세한 와이어로 인발될 수 있으며 파손 지점까지 가공 경화되지 않고 도관을 통해 반복적으로 구부리고 감고 라우팅할 수 있습니다.
• 내식성 - 구리는 단자의 접촉 저항을 크게 증가시키지 않으면서 추가 부식을 방지하는 안정적이고 접착성 있는 산화물 층(녹청)을 형성합니다. 이와 대조적으로 알루미늄은 시간이 지남에 따라 접합부와 단자에서 연결 저항 문제를 일으키는 절연 산화물 층을 형성합니다.
• 기계적 강도 — 어닐링 형태에서 인장 강도가 200-250 MPa이고 경인발 등급에서 최대 400 MPa인 구리 와이어는 알루미늄이 요구하는 더 무거운 도체 단면적을 요구하지 않고도 설치 응력, 진동 및 기계적 부하를 견딥니다.
• 납땜성 및 종단 호환성 — 구리는 납땜 합금, 압착 단자, 나사 클램프 및 기계식 커넥터에 안정적으로 결합됩니다. 모든 범위의 전기적 종단 방법과의 호환성으로 인해 이 제품은 다용도성이 뛰어납니다.
• 열 안정성 - 구리는 절연 유형에 따라 극저온 응용부터 75°C, 90°C 또는 105°C의 연속 서비스에 이르기까지 광범위한 온도 범위에서 기계적 및 전기적 특성을 유지합니다.

전선을 만드는 데 사용되는 구리는 순물질입니다. — 구체적으로, 상업용 전기 등급에서 순도 99.9% 이상으로 정제된 원소 구리입니다. 구리 합금(청동, 황동)은 합리적인 전도성과 함께 특정 강도 또는 스프링 특성이 요구되는 특수 커넥터, 접점 스프링 및 버스 바에 사용되지만 표준 배선 응용 분야에서는 혼합물이나 합금이 아닙니다.

다양한 유형의 구리선 및 케이블

구리선은 다양한 전기, 기계 및 환경 요구 사항에 최적화된 광범위한 구성으로 제조됩니다. 유형 간의 차이는 애플리케이션 선택, 설치 코드 준수 및 장기적인 성능에 매우 중요합니다.

도체 구성별

• 단선 구리선 - 단일 연속 구리 가닥. 단면당 최대 전도성과 뛰어난 종단 안정성(단자에서 가닥이 퍼지지 않음)을 제공하지만 더 단단하고 유연성이 떨어집니다. 최대 AWG 10(5.26mm²)의 게이지로 고정 건물 배선(가정 분기 회로, 벽 내 배선)에 사용됩니다. 더 큰 게이지에서는 단선이 설치에 적합하지 않게 단단해집니다.
• 연선 구리선 — 여러 개의 얇은 구리 가닥이 함께 꼬여 있습니다. 단선보다 유연성이 뛰어나고, 반복 굽힘으로 인한 피로 파괴에 대한 저항력이 뛰어나며, 도관을 통과하고 장애물 주위를 쉽게 통과할 수 있습니다. 패널 배선, 기기 코드, 휴대용 케이블 및 빈번한 이동이나 좁은 굴곡을 통한 라우팅이 필요한 모든 애플리케이션을 위한 표준 선택입니다.
• 뭉치/가는 연선 — 매우 높은 연선 수(IEC 60228에 따른 클래스 5 및 클래스 6)로 극도의 유연성을 제공합니다. 용접 케이블, 이동 기계용 트레일링 케이블, 지속적으로 구부러지는 유연한 코드에 사용됩니다.
• 로프 레이 및 동심 레이 연선 - 연선 도체 그룹을 함께 묶어 만든 대형 도체. 설치 중에 매우 큰 단면적을 관리할 수 있어야 하는 고전류 전원 케이블, 선상 배선 및 산업용 공급 케이블에 사용됩니다.

구리 등급 및 표면 처리 별

• 벌거벗은 구리선 - 접지 도체, 버스 바, 가공 송전선 및 구리 표면이 의도적으로 노출되는 응용 분야에 사용되는 코팅되지 않은 구리. 가장 전도성이 높은 형태입니다. 표면의 산화는 일반적으로 접지 또는 고전류 애플리케이션에서는 문제가 되지 않습니다.
• 주석 도금 구리선 - 얇은 주석 층(일반적으로 1~3μm)으로 코팅된 구리 연선. 주석 코팅은 납땜성을 향상시키고 산화를 억제하며 습한 환경이나 해양 환경에서 내식성을 제공합니다. 주석 도금 구리는 안정적인 납땜 접합과 장기적인 표면 무결성이 요구되는 해양 배선, 오디오 장비 및 RF 신호 케이블의 표준입니다.
• 은도금 구리선 - 은으로 코팅된 구리. 표피 효과가 전류 흐름을 도체 표면에 집중시키는 고주파 RF 및 마이크로파 애플리케이션에 주로 사용됩니다. 은 도금은 구리 산화물이 제공하는 것보다 더 높은 전도성 표면층을 제공하여 고주파수에서 신호 무결성을 유지합니다.
• 니켈 도금 구리선 - 주석의 낮은 융점이 부적합한 고온 환경에서 사용됩니다. 150°C 이상의 연속 서비스 등급을 받은 항공우주 배선, 엔진실 케이블 및 산업용 용광로 제어 배선에 사용됩니다.
• 무산소동(OFC/OHC) - 내부 산화물 함유를 방지하기 위해 주조 중에 산소 노출 없이 제조됩니다. 고순도 신호 응용 분야에서 약간 더 높은 전도성과 훨씬 더 나은 성능을 제공합니다. 고급 오디오 케이블, 의료 장비 및 반도체 제조에 널리 사용됩니다.

절연체 및 케이블 유형별

• THHN / THWN — 열가소성 단열재, 내열성, 건조하거나 습한 장소의 도관 설치에 적합합니다. 북미에서 가장 일반적인 건물 와이어 유형입니다.
• NM-B(로멕스) — 2개 또는 3개의 절연 구리 도체와 나동 접지를 포함하는 비금속 피복 케이블로 미국의 주거용 분기 회로 배선에 사용됩니다.
• MC 케이블(메탈 클래드) - 견고한 도관 없이 기계적 보호가 필요한 상업용 건축에 사용되는 나선형 갑옷 재킷의 절연 구리 도체.
• 동축 케이블 - 유전체 절연체, 편조 구리 쉴드 및 외부 재킷으로 둘러싸인 중앙 구리 도체. 텔레비전, 위성, 광대역 인터넷 및 안테나 시스템의 RF 신호 전송에 사용됩니다.
• 연선 - 전자기 간섭을 제거하기 위해 함께 꼬인 절연 구리 도체 쌍. 구조화된 데이터 케이블링(Cat5e, Cat6, Cat6A) 및 전화 배선의 기초입니다.
• 용접 케이블 — 아크 용접 장비의 고전류 및 극도의 유연성 요구 사항에 맞게 평가된 두꺼운 고무 또는 EPDM 절연체를 갖춘 매우 유연하고 미세한 연선 구리입니다.

구리선은 무엇을 위해 사용됩니까?

구리선의 적용 범위는 현대 경제의 거의 모든 부문에 걸쳐 있습니다. 그 용도는 단순한 전력 공급 이상으로 확장됩니다.

발전, 송전 및 배전

발전기, 변압기 및 모터의 구리 권선은 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하거나 그 반대로 변환합니다. 주거 지역의 전압을 낮추는 배전 변압기에는 수백 킬로그램의 구리 권선이 포함되어 있습니다. 가정용 분기 회로 배선, 인입 케이블 및 미터 소켓 연결은 주거용 및 경상업용 건축물에서 거의 보편적으로 구리입니다.

전기 모터 및 변압기

스마트폰 진동기의 소형 모터부터 산업용 압축기의 메가와트 드라이브에 이르기까지 모든 전기 모터에는 구리 권선이 포함되어 있습니다. 전기 자동차 한 대에는 약 2.5~4kg의 구리 배선이 들어 있습니다. , 모터 자체가 그 중 상당 부분을 차지합니다. 운송, HVAC 및 산업 장비 전반에 걸쳐 전기화가 가속화됨에 따라 모터 제조에서 구리 수요도 그에 비례하여 증가합니다.

통신 및 데이터 인프라

상업용 건물의 구조화된 케이블링 시스템(네트워크 스위치와 워크스테이션 간에 이더넷 데이터를 전달하는 Cat6 및 Cat6A 연선 네트워크)은 거의 전부 구리입니다. 전화 네트워크는 역사적으로 전적으로 구리 쌍 배선으로 실행되었으며 장거리 거리의 광섬유 변위에도 불구하고 구리 꼬임 쌍은 구내 및 건물 내부에 대한 "라스트 마일" 연결에서 여전히 지배적입니다.

전자제품 제조

인쇄 회로 기판은 구리 피복 라미네이트에서 상호 연결 구성 요소까지 에칭된 구리 트레이스를 사용합니다. 한때 주로 금이었던 집적 회로 본딩 와이어는 비용 및 성능상의 이유로 구리 본딩 와이어를 점점 더 많이 사용하고 있습니다. 구리는 PCB 비아의 도금된 도체 재료이기도 하며, 보드 레이어 사이의 회로 트레이스를 연결합니다.

재생 에너지 시스템

태양광 발전 설비는 모듈 수준 DC 상호 연결 및 스트링 케이블부터 인버터 출력 및 그리드 상호 연결 도체에 이르기까지 전체적으로 구리 배선을 사용합니다. 풍력 터빈의 발전기와 타워를 따라 흐르는 전력 수출 케이블에는 다량의 구리가 포함되어 있습니다. 에너지 저장 시스템은 셀 상호 연결 및 시스템 통합을 위해 구리 부스바와 케이블을 사용합니다.

접지 및 낙뢰 보호

나 구리 도체는 전기 시스템 접지, 장비 본딩 및 낙뢰 보호 시스템에 선호되는 재료입니다. 내식성은 직접 매립 및 노출된 응용 분야에서 장기적인 접지 연속성을 보장하며, 높은 전도성은 위험한 전압 상승 없이 고장 전류와 낙뢰 에너지를 빠르게 소멸시킵니다.

구리선은 어디에서 찾을 수 있나요?

구리선은 전기를 사용하는 거의 모든 건축 환경과 제조된 제품에 내장되어 있습니다. 실제적으로는 다음에서 찾을 수 있습니다.

• 벽과 천장 내부 모든 주거용, 상업용 및 산업용 건물의 분기 회로 배선, 조명 회로, 콘센트 및 서비스 입력 도체.
• 모든 가전제품 및 모터 내부 — 세탁기, 냉장고, 에어컨, 전기 레인지, 팬, 펌프 및 압축기에는 모두 구리 권선이 포함되어 있습니다.
• 차량 내 — 평균 내연기관 차량에는 20~45미터의 구리 배선이 포함되어 있습니다. 전기차는 2~3배 더 많아
• 전자 기기에서 — 컴퓨터, 전화기, 텔레비전 및 오디오 장비는 모두 구리 회로 기판 트레이스, 커넥터 및 내부 배선 장치를 사용합니다.
• 유틸리티 인프라에서 — 가공 배전선(알루미늄이 아닌 경우), 지하 주거용 배전 케이블, 변압기 권선 및 변전소 장비.
• 통신 인프라에서 — 전화 접속 박스, DSL 회선, 사무실 건물의 구조화된 케이블링 및 레거시 동축 케이블 TV 시스템.

건축 환경에 널리 퍼져 있는 구리선은 도난의 주요 표적이기도 합니다. 구리의 상품 가치와 기반 시설에서의 존재 밀도로 인해 전기 구리는 전 세계적으로 가장 일반적으로 회수 및 재활용되는 금속 중 하나가 됩니다. 재활용 구리는 전기적 특성을 100% 유지합니다. 전 세계 구리 공급량의 약 35~40%를 차지하며 구리선은 오늘날 가장 성공적으로 사용되는 원형 산업용 재료 중 하나입니다.