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Wenige Aspekte von Kupfer gegenüber Aluminium

The SAFIRE Project 2017 - 2018 Update (Februar 2019).

Anonim

Leiteranschlüsse und Anschlüsse

Die Konstruktionen aus Aluminiumdraht und Klemmen wurden in den vergangenen Jahren überarbeitet. Zu einer Zeit war der Leiter fast reines Aluminium, jetzt sind sie alle viel stärkere Legierungen der Serie 8000, mit physikalischen Eigenschaften ähnlich wie Kupfer.

Wenige Aspekte von Kupfer gegenüber Aluminium (Foto: E. Csanyi)

Die Drahtanschlüsse haben auch viel strengere UL-Testanforderungen, was zu zuverlässigen Langzeitverbindungen führt, wenn sie gemäß den Anweisungen installiert werden. Es gibt ein allgemeines Missverständnis, dass nur Kompressions (Crimp-) Kabelschuhe mit Aluminiumkabeln verwendet werden sollten, aber das ist nicht wahr .

In der Vergangenheit waren bei Verwendung der weicheren Aluminiumleiter nur Kompressionsverbinder geeignet. Mit den heute verwendeten Aluminiumleitern und dem modernen Design und der Beschichtung von mechanischen Druckverbindern werden keine Kompressionsverbinder mehr benötigt .

Die Anschlüsse an Kompaktleistungsschaltern sind typischerweise aus einer plattierten Aluminiumlegierung mit mechanischen Stellschrauben, die für die Verwendung mit entweder Aluminium- oder Kupferleitern aufgelistet sind.

Circuit Breaker Lugs - Schmale Palme (Foto: electroconnections.co.nz)

Diese Kabelschuhe, die mit ALCU bewertet werden, verringern den Bedarf nach teureren Kompressionsverbindern und den mühsameren Installationen für diese Verbinder.

Die Substitution von Aluminiumdraht für Kupfer ist immer mit der Größe verbunden und kann sich auch auf die Menge auswirken. Die Größenzunahme ist normalerweise eine oder zwei Drahtgrößen.

Es ist üblicher, eine kompakte Verseilung von Aluminiumdraht als Kupfer zu haben, was die erforderliche Vergrößerung der Leitung reduzieren kann. Obwohl der Aluminiumdraht physikalisch größer ist, ist er leichter und leichter zu handhaben als der entsprechende Kupferleiter. Im
In den meisten Fällen kann die gleiche Lasche entweder Aluminium oder Kupfer aufnehmen und hat eine ausreichende Leitungsreichweite.

Jede mit ALCU gekennzeichnete Lasche ist für die Verwendung mit einem der beiden Leiter geeignet. Ein weiterer Faktor bei der Verwendung von Aluminiumverdrahtung für die Versorgung oder Last von einem Stück der elektrischen Ausrüstung ist die Größe der Leitungen. Die Verwendung von Aluminiumleitern führt entweder zu einer größeren Leitergröße oder zu einer größeren Anzahl von Leitern. In jedem Fall werden mehr oder größere Leitungen verwendet.

Ein Design-Trend geht immer zu Geräten mit kleineren Fußabdrücken. Die Kosten für den Raum in den Strukturen, in denen die Ausrüstung untergebracht ist, nehmen ständig zu.

In vielen Fällen ist jedoch in der Ausrüstung für die Beendigung der Leitungen unter Verwendung von Aluminiumleitern kein physischer Raum vorhanden, während ausreichend Platz für die Anzahl und Größe der Leitungen für die Kupferleiter vorhanden ist.

Überzug und Umweltbelange

Sowohl Al als auch Cu oxidieren, wenn sie der Atmosphäre ausgesetzt werden. Oxide, Chloride oder Sulfide des Grundmetalls sind für Kupfer viel leitfähiger als Aluminium. Für eine Aluminiumverbindung mit niedrigem Widerstand müssen die Aluminiumstableiter plattiert sein, um Oxidation zu minimieren.

Kupferleiter oxidiert

Besorgnis über die Al-Oxidation weg von der Verbindung ist kein Problem und wird wirken, um den Leiter in den meisten Umgebungen vor weiterer Korrosion zu schützen. Aluminiumbusleiter hängen von der Plattierung für die Integrität der elektrischen Verbindung ab.

Aluminium- und Kupferleiter werden typischerweise mit Silber oder Zinn plattiert. Im Allgemeinen wird von einer Bolzenverbindung von unplatiertem Aluminium mit Kupfer-Stromschienen abgeraten. Die Mehrzahl der Al-Cu-Verbindungen wird hergestellt, indem eine Silber- oder Zinnplattierung auf die Verbindungsbereiche von einem oder beiden der Leiter aufgebracht wird.

Die Anwesenheit von Schwefelwasserstoff (H2S) in der Atmosphäre ist von zentraler Bedeutung für die Cu-Basis- und Silberplattierung. Beide korrodieren stark in einer relativ niedrigen Konzentration von H2S und am stärksten an Orten, die üblicherweise eine erhöhte Temperatur aufweisen, während die Ausrüstung mit Energie versorgt wird. Zwei Prozesse sind gleichzeitig aktiv, allgemeine Korrosion des Silbers und Kriechkorrosion von Cu. Versilberung wird wegen ihrer hervorragenden Leitfähigkeit, Abriebfestigkeit und Langlebigkeit häufig an Kontakten und anderen leitenden Teilen elektrischer Geräte verwendet.

Schwefelwasserstoff ist in der Regel in chemischen Anlagen, Ölraffinerien, Stahlwerken, Zellstoff- und Papierfabriken und Abwasserbehandlungsanlagen vorhanden.

In einer H2S-Umgebung beginnen Metallfäden (Whisker) zu wachsen, sobald sich eine Schicht aus Silbersulfid gebildet hat, die ausreichend dick ist. Diese Silberkorrosion führt zu einem hohen Widerstand, der mehr Wärme erzeugt, was das Anlaufen und das Wachstum von Whiskern weiter stimuliert. Dieser Prozess führt, wenn er fortgesetzt werden kann, zu einem Ausfall aufgrund von Überhitzung oder Kurzschluss.

Verzinnung weist einen guten Umweltschutz auf und ist eine praktische Lösung für das H2S-Korrosionsproblem von Kupfer und versilbertem Kupfer.

Kostenvergleich

Der Kostenunterschied zwischen Kupfer und Aluminium variiert mit den schwankenden Kosten der Basismetalle auf dem Rohstoffmarkt. Dieser Kostenunterschied ist jedoch oft ein entscheidender Faktor, wenn ein Kunde Aluminiumleiter in seinen Geräten in Betracht zieht.

Alle Bezugnahmen auf die Kostenunterschiede basieren auf dem Effekt, den der aktuelle Rohstoffmarkt auf die Komponenten in elektrische Geräte hat.

5 Jahre Kupfer- und Aluminiumpreise und Preislisten (Quelle: nfomine.com)

Der prozentuale Unterschied in den Kosten zwischen Aluminium und Kupfer variiert auch mit dem Prozentsatz, in dem der Leiter ein Bestandteil der Gesamtausrüstung ist.

Zum Beispiel würde ein 1200A-Verteiler ohne installierte Leistungsschalter einen Kostenunterschied von 25-50% aufweisen, aber wenn das Verteilerfeld mit Unterbrechern geladen wird, ist der Prozentsatz des Preises der Sammelschienen viel geringer als der Gesamtpreis des Verteilers. Der Kostenunterschied zwischen Aluminium- und Kupfer-Buspanel sinkt auf ca. 7-8% .

Ein kontrastierendes Beispiel für den Leiter, der einen großen Prozentsatz der Gesamtanordnung darstellt, ist eine Busbahn. Je größer die Stromstärke der Busbahn ist, desto größer ist der Basisleiter zum prozentualen Anteil der Gesamtausrüstung.

Ein Beispiel wäre der Vergleich eines 3-Phasen-4-Draht-Busweges bei 1000 A mit demselben Busweg bei 4000 A. Bei 1000 A würde der Addierer von Aluminium zu Kupfer ungefähr 50% betragen, aber bei 4000 A ist der Addierer für Kupfer über Aluminium fast 100%.

Bei Schalttafeln sowohl in der Verteilungs- als auch in der Beleuchtungsklasse kann die Preisdifferenz zwischen Kupfer und Aluminium zwischen 10-50% betragen. Dies variiert, wie oben erläutert, mit dem Gesamtpreis der Unterbrecher und anderer Komponenten, die in den Schalttafeln installiert sind. Switchboards haben im Durchschnitt eine 25-30% Prämie für Kupferbus über Aluminiumbus.

In Bezug auf den prozentualen Anteil des Leiterinhalts in der Ausrüstung haben Transformatoren einen höheren Prozentsatz des Leiters als eine Schalttafel, aber viel weniger als eine Sammelleitung.

Typische Trockentransformatoren, die bei kommerziellen Projekten verwendet werden, variieren zwischen 45% und bis zu 100% Premium für das Kupfer gegenüber den Aluminiumwicklungen. Flüssigkeitsgefüllte Transformatoren wie Padmounts oder SSTs zeigen derzeit eine Preisdifferenz von 12-15% für Cu-Cu gegenüber AL-AL, aber dieser Prozentsatz fällt auf etwa 6-8%, wenn ein Cu-Cu mit einem Cu-Cu verglichen wird. Al gewickelter Transformator.

Gegenwärtig wird eine elektrische Ausrüstung mit Aluminiumleitern, die so ausgelegt sind, dass sie mit der gleichen Ausrüstung mit Kupferleitern identisch sind, dem Endverbraucher eine Ersparnis von Dollars bringen.

Referenz // Vergleich von Aluminium und Kupfer in elektrischen Geräten - GE, Larry Pryor, Rick Schlobohm und Bill Brownell,

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