في نظام توزيع الطاقة, كابلات الطاقة هي المادة الرئيسية المستخدمة لنقل الكهرباء. في اللحظة, الكابلات الكهربائية الأكثر شيوعًا هي تلك التي تحتوي على قلب نحاسي وتلك المصنوعة من سبائك الألومنيوم. يفعل 40 سنوات, طورت صناعة الكابلات سبائك الألومنيوم من سلسلة AA8000 كمواد موصلة. في الوقت الحاضر, أكثر من 90% من المشاريع البلدية, المدنيين, يستخدم الصناعيون والتجاريون في الولايات المتحدة كابلات AAAC (الموصلات سبائك الألومنيوم).
جدول المحتويات
تشتمل كابلات AAAC على عناصر صناعة السبائك مثل النحاس, هييرو, المغنيسيوم, السيليكون, الزنك والبورون في الألومنيوم الكهربائي. استخدام عمليات التصنيع الخاصة, مثل التضفير والعلاج الصلب, يتم إنتاج نوع جديد من الكابلات. اعتمادا على تكوين السبائك, تنقسم كابلات سبائك الألومنيوم بشكل أساسي إلى فئتين: أسلاك سبائك ممثلة بـ AA8030 وأسلاك سبائك الألومنيوم الأرضية النادرة ممثلة بـ AA8176. تُعرف كلتا الفئتين عمومًا بسلسلة كابلات سبائك الألومنيوم AA8000.
ثم, ما هي الاختلافات بين كابلات AAAC والكابلات النحاسية؟? ثم, سنقوم بإجراء تحليل مقارن من حيث المعايير الفنية, التثبيت والبناء, إجمالي التكاليف والصيانة التشغيلية.
المعايير الفنية
تعتبر المعلمات الفنية مؤشرات مهمة في اختيار المواد للمعدات. هنا, نقوم بمقارنة موصل سبائك الألومنيوم AA8030 مع موصل النحاس. في المعلمات التقنية, من الضروري الانتباه إلى السعة الحالية للكابل وفقدان الجهد.
مقارنة الأداء بين الكابلات المعدنية والكابلات النحاسية
| صفات | كثافة (جم/مم3) | المقاومة النوعية (Ωxmm2/م) | التوصيل (IACS%) | قوة الشد (الآلام والكروب الذهنية) | حد المرونة (الآلام والكروب الذهنية) | استطالة (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| النحاس الكهربائي | 8.89 | 0.017241 | 100 | 220-270 | 60-80 | 30-45 |
| سبيكة المنيوم | 2.7 | 0.0279 | 61.8 | 113.8 | 53.9 | 30 |
حسب الجدول السابق, كثافة سبائك الألومنيوم ليست سوى ثلث كثافة النحاس الكهربائي, مقاومتها هي 1.6 أضعاف النحاس وموصليته 61.8% من النحاس. تبلغ قوة الشد لسبائك الألومنيوم حوالي نصف قوة الشد للنحاس, ومقاومته للزحف والاستطالة تقترب من الحد الأدنى للنحاس. ونحن نركز بشكل خاص على المقارنة بين الموصلية والمقاومة, نظرًا لأن المعلمات الفنية المرتبطة مباشرة بالتوصيل هي السعة الحالية والمقاومة ترتبط ارتباطًا مباشرًا بفقد الجهد. ثم, يتم إجراء تحليل مقارن لهاتين المعلمتين.
حالة المقارنة: المقطع العرضي لكابل سبائك الألومنيوم هو 1.5 مرات من الأسلاك النحاسية.
مقارنة المقطع العرضي والقدرة الحالية بين الأسلاك النحاسية وأسلاك سبائك الألومنيوم
| مادة | قسم الكابلات (مم 2) | القطر الخارجي للكابل (مم) | القدرة على وضع الجسور(أ) | قدرة وضع الأنابيب(أ) |
|---|---|---|---|---|
| نحاس | 16 | 22.3 | 100 | 79 |
| سبيكة المنيوم | 25 | 25.2 | 97 | 78 |
| نحاس | 25 | 27.6 | 127 | 101 |
| سبيكة المنيوم | 35 | 28.4 | 120 | 94 |
| نحاس | 35 | 30.6 | 158 | 122 |
| سبيكة المنيوم | 50 | 31.4 | 146 | 112 |
| نحاس | 50 | 32.7 | 192 | 144 |
| سبيكة المنيوم | 70 | 35.6 | 187 | 138 |
| نحاس | 70 | 38 | 246 | 178 |
| سبيكة المنيوم | 120 | 41.2 | 263 | 186 |
| نحاس | 95 | 41.3 | 298 | 211 |
| سبيكة المنيوم | 150 | 47.5 | 304 | 210 |
| نحاس | 120 | 46.4 | 346 | 240 |
| سبيكة المنيوم | 185 | 51.9 | 347 | 236 |
| نحاس | 150 | 50.5 | 399 | 271 |
| سبيكة المنيوم | 240 | 56.4 | 409 | 272 |
| نحاس | 185 | 55.3 | 456 | 304 |
| سبيكة المنيوم | 300 | 62.4 | 478 | 308 |
مقارنة المقطع العرضي وفقد الجهد بين الكابلات النحاسية وكابلات سبائك الألومنيوم
| مادة | قسم الكابلات (مم 2) | تَحمُّل (Ω/كم α=80 درجة مئوية) | فقدان الجهد(%(أخكم) كوسφ=0.8) |
|---|---|---|---|
| نحاس | 16 | 1.359 | 0.518 |
| سبيكة المنيوم | 25 | 1.348 | 0.512 |
| نحاس | 25 | 0.870 | 0.340 |
| سبيكة المنيوم | 35 | 0.869 | 0.339 |
| نحاس | 35 | 0.622 | 0.249 |
| سبيكة المنيوم | 50 | 0.617 | 0.248 |
| نحاس | 50 | 0.435 | 0.180 |
| سبيكة المنيوم | 70 | 0.430 | 0.178 |
| نحاس | 70 | 0.310 | 0.134 |
| سبيكة المنيوم | 120 | 0.308 | 0.120 |
| نحاس | 95 | 0.229 | 0.105 |
| سبيكة المنيوم | 150 | 0.224 | 0.101 |
| نحاس | 120 | 0.181 | 0.087 |
| سبيكة المنيوم | 185 | 0.179 | 0.080 |
| نحاس | 150 | 0.145 | 0.074 |
| سبيكة المنيوم | 240 | 0.140 | 0.071 |
| نحاس | 185 | 0.118 | 0.064 |
| سبيكة المنيوم | 300 | 0.112 | 0.059 |
وفقا للمعلومات المذكورة أعلاه, عندما يكون المقطع العرضي لسلك سبائك الألومنيوم 1.5 مرات ذلك كابل النحاس الكهربائي, إن السعة الحالية وفقدان الجهد لكلا الكابلين متماثلان عمليًا في ظل ظروف درجات الحرارة المماثلة.
التثبيت والبناء
أثناء عملية التثبيت والبناء, من الضروري الانتباه إلى الخواص الميكانيكية لموصلات الألمنيوم وسبائك النحاس, والتي تشمل الجوانب التالية.
المرونة
نصف قطر الانحناء لكابل موصل سبائك الألومنيوم هو 7 أضعاف قطر الكابل, في حين أن كابل الموصل النحاسي هو 10 أ 20 أضعاف القطر. كابل سبائك الألومنيوم أسهل في الانحناء أثناء التثبيت, مما يقلل بشكل فعال من تكاليف التركيب ويقلل من مخاطر الحوادث.
مرونة
مرونة موصل سبائك الألومنيوم انه 40% أقل من النحاس. إذا كان كلا الكابلات, سبائك الألومنيوم والنحاس, تنحني بزاوية 90 درجة ويتم إطلاق الضغط تحت نفس ظروف درجة الحرارة, زاوية الارتداد لكابل سبائك الألومنيوم هي فقط 60% من الكابل النحاسي. إن استخدام كابلات AAAC يقلل بشكل كبير من الضغط المرن الناتج عن الموصل أثناء التثبيت, تسهيل البناء.
المرونة
مرونة موصل سبائك الألومنيوم هي أ 25% أكبر من النحاس. لديها اللدونة متفوقة, مقاومة عالية للتعب وسهلة المعالجة والشكل. يمكن ثنيها بشكل متكرر دون حدوث تشققات أو كسر, مما يحسن سلامة خطوط الأسلاك.
معدل التمديد
يعد معدل التمديد مؤشرًا رئيسيًا لجودة الكابل ومقاومته للقوى الخارجية. بعد المعالجة الصلب, يمكن أن يزيد معدل التمديد لكابل الموصل المصنوع من سبائك الألومنيوم إلى ما يصل إلى 30%, في حين أن كابل الموصل النحاسي هو 25%. يشير هذا إلى أن كابلات سبائك الألومنيوم أكثر مرونة من الكابلات المصنوعة من سبائك الألومنيوم الكابلات النحاسية التقليدية, مما يعني أن هناك حاجة إلى قوة سحب أقل أثناء التثبيت.
باختصار, أثناء عملية التثبيت والبناء, الخصائص الميكانيكية للموصلات المصنوعة من سبائك الألومنيوم تتجاوز تلك الخاصة بالكابلات النحاسية.
إجمالي التكاليف
تكاليف الاستحواذ
كل عادة, لتحقيق نفس الأداء الكهربائي, تكاليف الشراء المباشرة لكابلات سبائك الألومنيوم (بما في ذلك محطات الاتصال والرفوف المتخصصة) ما يقرب من أ 20% – 40% أقل من الكابلات النحاسية. لأن كابلات سبائك الألومنيوم غير المدرعة تتطلب زيادة في المقطع العرضي للكابل لتحقيق نفس الأداء الكهربائي, وهذا يؤدي إلى زيادة في المقطع العرضي للإطارات. وهذا يزيد من تكاليف المادة الرئيسية للرفوف, ولكن يتم تقليل تكاليف الشراء الإجمالية عند استخدام كابلات سبائك الألومنيوم.
تكاليف التركيب
وفقا لطريقة وضع الكابل, تختلف أيضًا المواد المساعدة اللازمة لتركيب الكابلات. عند تركيب الكابلات النحاسية في الداخل ككابلات رئيسية, يتم استخدام وضع الرف بشكل عام. وفقا للمتطلبات التنظيمية, يجب ألا يكون المقطع العرضي للكابلات الموضوعة على الرفوف أعلى من المقطع العرضي للكابلات الموضوعة على الرفوف 40% من المقطع العرضي للإطار. لكن, لا تتطلب كابلات سبائك الألومنيوم المحمية استخدام الرفوف.
على سبيل المثال ميزانية المشروع $20 مليون دولار لشراء الكابلات: إذا تم استخدام كابلات سبائك الألومنيوم, يمكن أن ينقذ تقريبا $1.8 مليون في تكاليف التركيب, والذي يمثل توفير 50% مقارنة بتكاليف تركيب الكابلات النحاسية. يمثل هذا التوفير في تكاليف التثبيت 8% من إجمالي الميزانية اكتساب الكابلات.
التشغيل والصيانة
خلال العملية, فمن الضروري الانتباه إلى العديد من خصائص الكابلات, مثل فقدان الطاقة, مقاومة التدفق البلاستيكي, المقاومة للتآكل, مقاومة الحريق وعمر الخدمة.
فقدان الطاقة
وفقا لصيغة حساب الخسائر في خطوط الكابلات, في تيارات التشغيل المتساوية, الخسائر في خطوط الكابلات الموسعة AAAC والكابلات النحاسية هي نفسها تقريبًا.
مقاومة تدفق البلاستيك
تسمى الظاهرة التي يزداد فيها الانفعال بمرور الوقت تحت ضغط مستمر زحف. تخضع الكابلات لتوترات مستمرة أثناء التثبيت والاتصال على المدى الطويل. إذا كانت مقاومة تدفق البلاستيك منخفضة, يمكن أن تخفف الاتصالات بمرور الوقت, زيادة مقاومة التلامس وخلق خطر على التشغيل الآمن للخط. تسمح أسلاك سبائك الألومنيوم لعناصر صناعة السبائك بالذوبان في مصفوفة الألومنيوم, تشكيل حل صلب. وهذا يجعل من الصعب على الذرات المذابة أن تتشوه عن طريق الانزلاق., تحسن بشكل كبير مقاومة تدفق البلاستيك. لذلك, يمكن للكابلات المصنوعة من سبائك الألومنيوم أن تحقق مقاومة التدفق البلاستيكي المشابهة لتلك الخاصة بالكابلات النحاسية.
المقاومة للتآكل
تأتي مقاومة الألومنيوم الفريدة للتآكل من طبقة الأكسيد التي تتشكل بشكل طبيعي على سطحه عندما يتلامس مع الهواء.. يمكن لطبقة الأكسيد هذه مقاومة أنواع مختلفة من التآكل. تتمتع التربة القلوية وبعض أنواع التربة الحمضية بإمكانية تآكل عالية للألمنيوم, لذلك لا ينبغي دفن الكابلات العارية AAAC مباشرة ويجب حمايتها بغطاء لمنع التآكل. لكن, في البيئات التي يوجد بها الكبريت, مثل أنفاق السكك الحديدية, مقاومة التآكل للألمنيوم تفوق مقاومة النحاس.
مقاوم النار
عزل كابلات سبائك الألومنيوم المدرعة يستخدم مادة XLPE (البولي إيثيلين المتصالب) دخان منخفض وخالي من الهالوجين. بجانب, يساهم هيكل التدريع الفريد من نوعه ذاتي الضبط في تصنيف حريق منخفض الدخان وخالي من الهالوجين (I ل). يعمل التدريع ذاتي الضبط على تحسين قدرة تبديد الحرارة وخصائص مقاومة الحريق للكابل. لكن, لأن درجة انصهار الألومنيوم هي 660 درجة مئوية, لا ينبغي استخدام كابلات سبائك الألومنيوم في خطوط إمداد الطاقة في حالات الطوارئ التي تتطلب إمدادًا مستمرًا أثناء الحرائق. مع ذلك, لدوائر الإمداد الأخرى التي تتطلب انبعاث دخان منخفض ومقاومة للحريق خالية من الهالوجين, يمكن استخدام كابلات سبائك الألومنيوم ذاتية الضبط.
عمر
في ظل ظروف التشغيل المواتية, عادة ما يكون عمر الكابلات النحاسية موجودًا 30 سنوات, بينما يمكن أن يصل عمر خدمة كابلات سبائك الألومنيوم 40 سنوات.
خاتمة
باختصار, تعتبر كابلات AAAC مكافئة بشكل أساسي للكابلات النحاسية من حيث المعلمات التقنية وفقدان الطاقة., كونها متفوقة في جوانب أخرى عند استخدامها الموصلات العارية في الخطوط الهوائية. ومن المتوقع ذلك في المستقبل, مع التحسين المستمر في البحث في المواد الموصلة وتقنيات التصنيع, إن تطبيق كابلات سبائك الألومنيوم سوف يجذب المزيد والمزيد من الاهتمام من الصناعة.