Помимо их электропроводности, другие технологически важные свойства меди и алюминия значительно различаются (плотность является очевидным примером), что их области применения всегда были четко различимы. И не так много изменилось или может измениться в этом отношении.
Единственным действительно новым развитием в последние годы стало внедрение литых медных роторных клеток.
Имеются медные шины, алюминиевые шины
,
и медные шины из алюминия
В настоящее время существует только три, четыре, области электротехники, в которых алюминий и медь конкурируют в одних и тех же рыночных сегментах:
Практическое использование меди и алюминия в секторе электротехники - области, в которых оба металла могут использоваться, являются редкими
Кабели низкого и среднего напряжения
Кабели среднего напряжения
Решением здесь является то, что представляет собой меньшее из двух зол: большее поперечное сечение кабеля или более высокий вес кабеля? Вообще говоря, алюминиевый кабель будет значительно дешевле. Однако стоит упомянуть, что медный кабель является более пластичным и менее восприимчивым к электрическим контактам и, следовательно, обладает большим запасом прочности, чем соответствующий алюминиевый кабель. Из-за меньшего поперечного сечения медный кабель также будет легче установить, так как жесткость кабеля зависит от площади поперечного сечения и, следовательно, от четвертой степени диаметра!
Также возможно получить очень маленький многожильный медный кабель; многожильный алюминиевый кабель доступен только в номинальных сечениях по меньшей мере 10 мм2, а отдельные нити все еще очень толстые по сравнению с медными кабелями эквивалентного размера. По техническим причинам так называемые «тонкопроволочные» и «сверхтонкие» проводники доступны только в меди.
В результате, самые лучшие доступные алюминиевые проводники значительно жестче, чем лучшие медные проводники, и эта разница иногда приводила к некоторым довольно дорогостоящим сюрпризам. На бумаге алюминиевый проводник может быть дешевле купить, но это не учитывает дополнительные затраты и усилия, связанные с установкой менее гибких алюминиевых кабелей.
Подземный кабель, используемый на электростанции Dietlikon в Швейцарии - компромиссное решение, сочетающее в себе технологические свойства меди и цены на алюминий
В последнее время комбинированный кабель Cu-Al появился в качестве компромиссного решения и используется в энергосистеме Dietlikon в Швейцарии как подземный кабель в низковольтных распределительных сетях.
Представитель швейцарского завода Dietlikon представил презентацию о продукте и базовой концепции после приглашения на участие в заседаниях Комитета DKE 712 «Безопасность инсталляций информационных технологий, включая эквипотенциальное соединение и заземление» (DKE: Немецкая комиссия по электрическим, электронным и информационным системам технологии).
Электрическая утилита Dietlikon является первым известным оператором распределительной сети, который систематически преобразовывает свою распределительную сеть в систему с пятью проводами TN-S - работает, конечно же, только во время ремонта, расширения сети и новых установок.
В этом новом кабеле фазные проводники имеют такое же поперечное сечение, что и нейтральный проводник, что помогает достичь симметричной структуры кабеля. Фазные проводники выполнены из алюминия, а нейтральный проводник такого же диаметра имеет медную емкость, что позволяет ему выдерживать больший ток и, таким образом, делает кабель лучше подходящим для решения проблем гармонического загрязнения, которые так часто обсуждаются сегодня.
Защитный заземляющий провод сконфигурирован в этом случае как окружающий медный провод, который обеспечивает гораздо более высокую симметрию и ЭМС, чем обычный I-й провод.
трансформеры
Превосходное соединение Copper обеспечивает высокую надежность
Проблема обмотки в трансформаторах не так острая, как в электродвигателях, поэтому использование алюминия может быть, по крайней мере, учтено. Фактически основной канал утечки, т. Е. Зазор между обмотками HV и LV, должен иметь определенный размер по трем причинам: изоляция, ограничение тока короткого замыкания и охлаждения.
Однако трансформатор с алюминиевыми обмотками будет больше, если потери мощности и все другие важные рабочие данные, такие как напряжение короткого замыкания, должны поддерживаться на том же уровне, что и эквивалентный трансформатор с медными обмотками (в конце концов, это то, что мы имеем в виду, когда мы говорим, что два трансформатора эквивалентны). Однако общая масса маломощного трансформатора с алюминиевыми обмотками будет несколько ниже.
Различия в затратах на производство значительно сокращают друг друга и, по мнению ряда уважаемых производственных компаний, выбор материала для проводников - это прежде всего вопрос философии компании.
Шинопроводы
Двух-медные шины
В этом приложении пространственные требования еще в меньшей степени зависят от процесса принятия решений, но все же остаются фактором. Во-вторых, приложения сборных шин характеризуются большим количеством проводящего материала и небольшим количеством изоляционного материала в небольшом пространстве. Это подчеркивает различия в ценах на материалы.
В-третьих, большое количество электрических соединений в этом небольшом объеме означает, что проблемы связи, связанные с алюминием, более выражены в таких приложениях. Когда все эти аспекты учтены, мы остаемся в тупике, и вопрос о том, какой материал выбрать, становится почти философским. Однако важно обеспечить, чтобы цены и затраты не путались. Если в качестве основного критерия выбора выбирается цена, алюминий обычно имеет тенденцию быть предпочтительным. Но если принять во внимание все затраты (включая эксплуатационные расходы), то обычно получается, что алюминий может чему-то научиться из меди.
Медь, по-видимому, также имеет лучший внешний вид, потому что некоторые из алюминиевых шин доступны с медным покрытием - не для улучшения электрического контакта (потому что сверление, перфорация и завинчивание в любом случае повредят медное покрытие), но просто по эстетическим соображениям.
Одной из новых областей применения являются медные роторные клетки: в этом приложении решающим фактором является большая удельная электропроводность на единицу объема меди. Этот фактор позволил решить все технические проблемы, связанные с разработкой этих устройств. Для получения дополнительной информации читатель относится к описаниям, доступным в другом месте.
Бесспорный домен алюминия - это высоковольтные кабели верхнего уровня, в которых потребности в пространстве не имеют значения, но где вес играет важную роль. Более низкая прочность алюминиума означает, что проводные кабели должны быть усилены стальным сердечником, но это не меняет того факта, что кабели могут быть изготовлены по низкой цене и что два материала могут быть легко отделены друг от друга магнитно при утилизации,
Покрытие и экологические проблемы
Алюминий и медь будут окисляться при воздействии на атмосферу. Оксиды, хлориды или сульфиды основного металла гораздо более проводящие для меди, чем алюминий. Для алюминиевого соединения с низким сопротивлением алюминиевые штыревые проводники должны быть покрыты, чтобы минимизировать окисление. Озабоченность по поводу окисления Al от сустава не является проблемой и будет действовать для защиты проводника от дальнейшей коррозии в большинстве сред. Алюминиевые шинные проводники зависят от покрытия для целостности электрического соединения.
Алюминиевые и медные проводники обычно покрыты серебром или оловом. В общем, не рекомендуется использовать болтовое соединение незаплавленного алюминия с медными шинами. Большинство соединений Al-Cu изготавливаются путем нанесения серебра или оловянного покрытия на области соединения обоих или обоих проводников.
Присутствие сероводорода (H2S) в атмосфере является главной задачей для металлического основания Cu и покрытия из серебра. Оба сильно корродируют при относительно низкой концентрации H2S и наиболее интенсивно в местах, обычно имеющих повышенную температуру, в то время как оборудование находится под напряжением. Одновременно активны два процесса: общая коррозия серебра и коррозия ползучести Cu. Серебряное покрытие широко используется на контактах и других проводящих частях в электрооборудовании из-за его превосходной проводимости, износостойкости и долговечности.
Сульфид водорода обычно присутствует на химических заводах, нефтеперерабатывающих заводах, сталелитейных заводах, целлюлозно-бумажных комбинатах и очистных сооружениях сточных вод.
В условиях H2S металлические нити (бакенбарды) начинают расти, как только образуется достаточно толстый слой сульфида серебра. Эта серебряная коррозия приводит к высокой стойкости, создающей больше тепла, что дополнительно стимулирует потускнение и рост усов. Этот процесс, если это разрешено продолжать, приводит к отказу из-за перегрева или короткого замыкания.
Оловянное покрытие демонстрирует хорошую защиту окружающей среды и является практическим решением проблемы коррозии H2S из меди и серебристой меди
Ссылка: Практическое применение электрических проводников Стефана Фассбиндера