Bakrena sabirnica naspram aluminijske sabirnice: struja, težina, cijena i dužnost kvara

Proširenje sabirnice od 3200 A obično dolazi s dvije ponude i jednim argumentom: aluminijska opcija je jeftinija i otprilike upola lakša, dok je bakrena opcija manja, odgovara odobrenim nacrtima razvodnih uređaja i ponaša se onako kako timovi za održavanje očekuju.

Evo kratkog odgovora. Aluminij pobjeđuje kada dominiraju troškovi materijala, težina i duge ravne staze, a okruženje gradilišta je prihvatljivo. Bakar pobjeđuje kada je prostorna ovojnica tijesna, razina grešaka visoka, kemija na gradilištu agresivna ili je oprema na oba kraja izgrađena oko bakrenih terminala. Većina problema ne dolazi od samog metala, već od detalja dizajna kopiranih s drugog metala.

Bakrena naspram aluminijske sabirnice: razlike koje mijenjaju crteže

Bakar i aluminij razlikuju se po načinima na koje možete mjeriti, citirati i dizajnirati. Vrijednosti ispod su one koje pomiču crteže, a ne one koje pune udžbenike.

Bakar i aluminij u usporedbi na 20 °C, s praktičnom posljedicom svake razlike.
Vlasništvo	Bakar	Aluminij	Što znači na crtežu
Električna vodljivost	100% IACS	61% IACS	Aluminij needs about 1.5 to 1.6 times the cross-section for the same current
Otpornost na 20 °C	1,72 µΩ·cm	2,83 µΩ·cm	Proračuni gubitaka i pada napona moraju koristiti stvarni presjek
Gustoća	8,96 g/cm ³	2,70 g/cm ³	Pri jednakoj jačini struje, aluminij teži otprilike upola manje
Toplinska vodljivost	401 W/m·K	237 W/m·K	Toplina se širi sporije, tako da porast temperature mora biti potvrđen tipskim ispitivanjem
Linearno širenje	16,5 × 10 ^-6 /K	23 × 10 ^-6 /K	Aluminij moves about 40% more, so long runs need expansion provision
Konstanta kratkog spoja k (IEC 60949)	226 A·s ^1/2 /mm ²	148 A·s ^1/2 /mm ²	Na jednakom presjeku, bakar apsorbira otprilike 2,3 puta više od I²t
Površinski oksid	Tanak i vodljiv	Izolacijski, formira se za nekoliko minuta	Aluminij joints need brushing, compound and immediate assembly

Tri reda pokreću većinu odluka. Ako je širina kućišta već fiksna, vodljivost odlučuje hoće li aluminij uopće odgovarati. Ako je trčanje dugo i na otvorenom, ekspanzija postavlja dodatak. Ako je razina greške visoka, konstanta kratkog spoja odlučuje hoće li odjeljak povećati veličinu.

Matematika vodljivosti, struje i težine

Brojka od 61% IACS često se pogrešno tumači kao "aluminij nosi 61% struje". To vrijedi samo za identične presjeke, a nitko ne dimenzionira sabirnicu na taj način.

Jednak otpor istosmjerne struje trebao bi oko 1,64 puta veću površinu aluminija, ali testirani dizajni obično se približavaju 1,5 do 1,6 puta, jer šira šipka ima veću površinu za hlađenje po amperu. Težina tada slijedi gustoću: otprilike 1,6 × 2,70 g/cm ³ protiv 8,96 g/cm ³ , tako da aluminijska sabirnica jednake jačine nosi oko pola mase bakra.

Indeks relativnog svojstva, bakar = 100

Ta ušteda na težini nije kozmetička: manje nosača, lakša seizmička potpora, manje konstrukcijskog čelika i jeftiniji teret. Kompromis je volumen. Za isti kapacitet u aluminiju potrebno je više prostora, a unutar fiksnog kućišta od 600 mm koje jedino može isključiti aluminij prije nego što se raspravlja o cijeni.

Gdje bakar i aluminij zapravo otkazuju na gradilištu

Spojevi i oksidni sloj

Aluminij stvara izolacijski oksid u roku od nekoliko minuta nakon četkanja, a taj se sloj topi iznad 2000 °C. Spoj koji izgleda tijesno može se očitati kao visok otpor i zagrijati se pod opterećenjem, tako da aluminijski radovi zahtijevaju četkanje pod antioksidansom, trenutnu montažu i kalibrirani okretni moment. Bakreni oksid je tanak i ne blokira vodljivost na isti način.

Puzanje i gubitak momenta

Aluminij puzi pod trajnim pritiskom vijka iznad otprilike 90 do 100 °C na spoju, polako gubeći kontaktni pritisak. Belleville podloške plus dokumentirani interval ponovnog momenta su standardne protumjere. Bakar ovdje više oprašta, zbog čega se timovi za održavanje s bakrom opiru prebacivanju.

Toplinska ekspanzija na duge staze

Aluminij rasteže oko 40% više od bakra. Na trčanju od 30 m sa zamahom od 60 K, to je otprilike 12 mm dodatnog pokreta za apsorbiranje kroz klizne potpore ili dilatacijske spojeve. Ponovno određivanje rasporeda bakra u aluminiju bez dodirivanja nosača obično se prikazuje kao iskrivljene šipke u prvoj vrućoj sezoni.

Energija kvara i temperatura kratkog spoja

S adijabatskim konstantama od oko 226 A·s ^1/2 /mm ² za bakar i 148 za aluminij, identičan poprečni presjek doseže svoju graničnu temperaturu na otprilike 43% bakra I²t. Ili raste aluminijski presjek ili se skraćuje vrijeme čišćenja zaštite. Studija koordinacije koja to zanemaruje nije dovršena.

Cijena, životni ciklus i brojke koje kupci propuštaju

Cijena dirigenta je brojka koju svi navode i najmanji je dio priče. Aluminij košta djelić bakra po kilogramu, a potrebna vam je otprilike polovica mase pri jednakoj jačini struje, tako da je nedostatak sirovina velik. Na isporučenom paketu ušteda se smanjuje kada se doda šire kućište, veći spojevi i trud da se pravilno pripreme aluminijski spojevi.

Gdje novac i rizik leže u nadogradnji od 4000 A (ilustrativno ponderiranje)

Trošak materijala 35%

Instalacija i podrška 20%

Prostor i usmjeravanje 15%

Okoliš i korozija 15%

Kompatibilnost prekida 10%

Održavanje i pregled 5%

Dva troška se najčešće promaše. Prvo, modifikacija kućišta i rasklopnog uređaja: ako je za aluminijsku konstrukciju potrebno 800 mm, a bakar 600 mm, čelični lim, oplata i teret mogu apsorbirati trećinu uštede vodiča. Drugo, održavanje: dokumentirani program ponovnog okretnog momenta tijekom 25 godina stvaran je rad, a ne fusnota.

Tamo gdje se usporedba odvija na razini sabirnice, a ne na razini šipke, vodič prestaje biti glavna varijabla. Ispitani sustav sabirnica srednjeg i niskog napona spaja vodiče, izolaciju, spojeve i mjere proširenja kao jedan sklop, tako da su rezultat ispitivanja tipa i dizajn spoja važniji od legure.

High and Low Voltage Fully Insulated Busway System

Potpuno izolirani sustav sabirnica visokog i niskog napona Kompaktni potpuno izolirani sklop sabirnice za distribuciju srednjeg i niskog napona, dizajniran za zajedničke performanse, modularno proširenje i prostorno ograničene projekte naknadne ugradnje. Pogledajte proizvod →

Izbori dizajna koji mijenjaju presudu

Tri dizajnerske odluke povlače aluminijsko rješenje mnogo bliže bakru po učinku i obično su jeftinije od promjene metala.

Legura i temperatura, ne samo "aluminij"

Električni razred 1350 je mekan i puzi. Vrste kao što su 6101-T6 i legure magnezija i aluminija daju veću vlačnu čvrstoću i krutost, što je važno za samonosive cjevaste kanale koji se protežu između nosača. Određivanje običnog "aluminija" bez legure i otpora je način na koji projekti završavaju s opuštenim šipkama i spojevima koji gube okretni moment.

Ultra-High Voltage Magnesium-Aluminum Alloy Tubular Bus Bar

Cjevasta sabirnica od ultravisokog napona od legure magnezija i aluminija UHV magnezijsko-aluminijska cjevasta sabirnica s visokom vodljivošću, dugim rasponima nosača i kompatibilnošću s epoksidnim lijevanim ili PTFE izolacijom u zahtjevnim stanicama. Pogledajte proizvod →

Izolacija koja brtvi vodič

Potpuno izolirana cjevasta sabirnica potpuno uklanja površinu vodiča iz okoline. EPDM i poklopci od silikonske gume odgovaraju sustavima instaliranim na terenu, odljevi od epoksidne smole daju krutu zapečaćenu strukturu za rad u klasi od 35 kV, a poklopci od PTFE odabrani su tamo gdje je kemijska otpornost glavna. Nakon što je aluminij zabrtvljen, argument korozije za bakar uglavnom nestaje, a ono što ostaje je strujna snaga, energija kvara i prostor.

Cjevasta sabirnica od lijevanja epoksidnom smolom Potpuno izolirana, potpuno oklopljena cjevasta sabirnica s vakuumski lijevanom epoksidnom izolacijom i bakrenim vodičima bez kisika, prikladna za trafostanice 10–35 kV i unutarnju distribuciju. Pogledajte proizvod →

U obalnim trafostanicama i kemijskim postrojenjima, kombinacija koju najčešće gradimo je cjevasta sabirnica od aluminijske legure s lijevanom izolacijom i obloženim bimetalnim prijelazima na bakrenim terminalima: aluminijska cijena i težina, sa spojnom kemijom premještenom unutar zapečaćene ovojnice.

Popis za praktičan odabir

Razradite ih prije nego što se ponuda popravi. Svaka stavka može promijeniti izbor za sebe.

Kapacitet struje nakon smanjenja za temperaturu okoline, nadmorsku visinu i ventilaciju zatvorenog prostora.
Otpornost na kratki spoj: vršna struja i termalni I²t u stvarnom vremenu prekida.
Omotnica prostora: dostupna širina, visina i radijus zavoja duž trase.
Materijal terminala na oba kraja, uključujući spojeve transformatora i generatora.
Kemijski sastav gradilišta: klorid, amonijak, sumporovodik, vlaga i kondenzacijski ciklusi.
Profil opterećenja: kontinuirano ili ciklički, jer ciklično oštećuje aluminijske spojeve jače.
Ograničenja težine postojećeg čelika, krovne konstrukcije ili potpornih okvira.
Tko će ponovno zategnuti spojeve, kojim alatom i koliko često.
Primjenjiva ispitivanja tipa, na primjer serija IEC 61439 za sustave sabirničkih kanala.
Trošak životnog ciklusa preko 20 do 25 godina, uključujući gubitke, održavanje i ograđivanje.

Za razvodnu ploču srednjeg ili niskog napona, a ne za cjevasti dio, ovaj vodič za odabir prave sabirnice za sustave srednjeg i niskog napona slijedi isti slijed korak po korak.

Često postavljana pitanja

Može li aluminij prenositi istu struju kao bakar?

Ne na istom presjeku. Pri 61% IACS, aluminij treba otprilike 1,5 do 1,6 puta veću površinu za isti porast temperature. Veličina i tip testirani na tu ocjenu radi ispravno; razlika se pokazuje kao veličina i težina, a ne kao načelni kompromis.

Mogu li se bakar i aluminij spojiti izravno zajedno?

Izravno suhe fuge poznata su slaba točka. Dva metala nalaze se daleko jedan od drugog u galvanskoj seriji, tako da svaki sloj vlage pokreće galvansku koroziju aluminija. Upotrijebite obložene bimetalne prijelaze ili pokositrene sučelje s antioksidativnim spojem, koje su suhe i dostupne za pregled.

Koji je metal bolji pri visokim razinama greške?

Bakar. Na jednakom presjeku apsorbira otprilike 2,3 puta I²t prije nego što dosegne svoju graničnu temperaturu. U trafostanicama s velikim kvarom koje ili povećavaju aluminijski dio ili čine bakar jeftinijim ukupnim rješenjem.

Treba li aluminijska sabirnica dodatno održavati?

Njegovi vijčani spojevi trebaju dokumentirani raspored ponovnog zakretnog momenta, posebno nakon prvih toplinskih ciklusa. Lijevani i potpuno izolirani dizajni to znatno smanjuju, jer je vodič zabrtvljen, a spojevi su projektirani, a ne pripremljeni na terenu.

Niti jedan metal ne pobjeđuje univerzalno. Bakar kupuje kompaktnost, otpornost na pogreške i predvidljive spojeve. Aluminij kupuje cijenu i težinu, pod uvjetom da su spojevi, širenje i okoliš projektirani, a ne pretpostavljeni. Najprije usporedite snagu struje, razinu greške, prostor i kemiju mjesta, a zatim pokrenite usporedbu cijena na konačnom dizajnu umjesto na prvoj skici.

Ako mjerite ta dva materijala za određeni projekt i trebate razraditi presjek, vrstu izolacije i detalje prijelaza, naš inženjerski tim može provjeriti brojke s vama. Pošaljite nam dežurstva i uvjete gradilišta i vratit ćemo usporedbu veličine umjesto stranice kataloga.