Waarom koper? Koper als een geleidend materiaal?

Mark van de Waal | 17 juni 2021

“Kabels gemaakt van zilver en goud vergulde connectoren. Is dit een trend uit Hollywood?” Ik moest glimlachen toen deze vraag werd gesteld tijdens een training voor mechatronica cursisten. Heb je je nooit afgevraagd waarom kabels meestal van koper zijn gemaakt en waarom er zulke exotische voorbeelden zijn waarbij edelmetalen als goud en zilver worden gebruikt? Koper als geleidend materiaal heeft zo zijn redenen. En dat is precies waar we het in dit artikel over gaan hebben.

We weten allemaal waar de term “geleider” in kabels vandaan komt. Omdat geleiders iets “geleiden”. Dit kan zowel stroom als data zijn. Wij hebben al eerder bericht over de structuur van geleiders en kabels. Toch is er een punt dat ons maar blijft bezighouden. Waarom zijn de litzen van een kabel gemaakt van koper?

Waarom zijn er kabels met zilveren geleiders en waarom zijn er goud vergulde connectoren, is de standaard eigenlijk niet koper? Tijdens de opleiding hebben we dit onderwerp vervolgens intensiever behandeld.

De draad van een kabel

Als we onze kabels heel eenvoudig bekijken, bestaan ze in de meeste gevallen uit verschillende aders en een mantel die deze aders bijeenhoudt. De aders zijn het gedeelte van de kabel dat ook verbonden is met een connector of eindgebruiker. De ader bestaat uit een geleider die verantwoordelijk is voor de stroomgeleiding en isolatie als omhulsel om de geleider. Deze dient om te voorkomen dat de stroom de andere aders van de kabel bereikt. Als de geleider uit meerdere koperdraden (litzen) bestaat, wordt hij een streng genoemd. In veruit de meeste gevallen zijn deze gemaakt van koper.

Waarom geen aluminium als geleidend materiaal?

Om elektriciteit te kunnen geleiden, hebben we een geleidend materiaal nodig. Hiertoe behoren zilver, koper, goud en aluminium. Het geleidingsvermogen neemt af in deze volgorde. Maar wat betekent geleidbaarheid eigenlijk? Het geleidingsvermogen wordt o.a. beschreven door de soortelijke weerstand van het geleidende materiaal. Figuurlijk zou je het je kunnen voorstellen als een slang waarvan de dwarsdoorsnede op één punt taps toeloopt. De conus vertegenwoordigt de weerstand van het geleider-materiaal. Als de spanning gelijk blijft, zal de stroom afnemen. Dit betekent dat men een lager geleidingsvermogen heeft.

Natuurlijk willen we altijd de beste geleiding in kabels, maar er zijn nog andere factoren die een rol spelen bij de keuze van het geleidermateriaal, zoals duurzaamheid en prijs.

Machines moeten niet alleen faalveilig, maar ook kosteneffectief werken. En dit geldt ook voor de kabels die in de toepassingen worden gebruikt. Hoewel aluminium het meest kosteneffectieve materiaal is, wordt het nog maar zelden als geleider ingezet.

Aluminium is qua stabiliteit niet te vergelijken met koper. De draden van de streng kunnen sneller breken, hetgeen de levensduur aanzienlijk verkort. Er zijn echter ook toepassingen waarbij aluminium voordelen heeft die niet alleen te danken zijn aan de lagere prijs van deze grondstof. Bovenleidingen worden vaak van aluminium gemaakt. Dit zijn de kabels die via de grote hoogspanningsmasten door het land lopen. Het voordeel is hier duidelijk het zeer lage gewicht.

Waarom geen zilver of goud als geleidermateriaal?

Zilver heeft een uitzonderlijk goed geleidingsvermogen, maar zilver en goud zijn als geleidingsmateriaal gewoon veel te duur. Bovendien is het geleidingsvermogen van goud, zoals in het begin vermeld, aanzienlijk slechter dan dat van koper. In een gewone gezinswoning ligt tot wel een kilometer kabel om onze mobiele telefoon op te laden of het licht aan te houden. In een industriële installatie zijn al snel meerdere kilometers aan kabel nodig om sensoren en actuatoren aan te sturen. Het budget van dergelijke fabrieken zou de pan uit rijzen als de kabels van zilver waren gemaakt.

Waarom wordt koper gebruikt als geleidermtateriaal

Hoewel de prijs van koper steeds verandert, is er geen echt alternatief in termen van prijs-prestatieverhouding. De koperprijs is een variabele prijs. Vergelijkbaar met die van grondstoffen zoals goud of olie. Koper biedt alles wat een goed geleidermateriaal moet hebben. Het is niet alleen kosteneffectiever dan de andere materialen, maar biedt ook een zeer goede geleiding. Het materiaal is gemakkelijk te bewerken door zijn zachte textuur. Door deze flexibiliteit is deze grondstof zeer geschikt voor onze kabels, die bij kabelrups-bewegingen aan enorme mechanische spanningen worden blootgesteld. Dankzij deze specificaties heeft koper zich gevestigd als het standaardmateriaal voor strengen.

Maar waarom dan vergulde connectoren?

Eén ding kan ik meteen zeggen: vergulde connectoren hebben niets te maken met rijkdom en uitsloverij. De verklaring heeft een zuiver technische achtergrond. Zoals we hierboven al hebben geleerd, heeft goud een slechtere geleiding dan koper. Een deel van de elektrische contacten in een connector is echter verguld. Koper, maar ook zilver, heeft de neiging te corroderen wanneer het aan lucht wordt blootgesteld. We kennen dit in de volksmond als roesten. Er vormt zich een laagje dat de stroom minder goed kan geleiden. De hitte die daarbij vrijkomt kan leiden tot brand in de connector. Door de contacten te bedekken met een dun laagje goud wordt dit gevaar vermeden. Goud oxideert net als koper of zilver, maar de oxide laag is veel beter in elektrische geleiding.

Hoe kunnen wij u helpen de juiste kabel te kiezen? Neem gerust contact met ons op.  Wij helpen u graag verder!