Dans le système de distribution d'énergie, Les câbles électriques sont le principal matériau utilisé pour transporter l’électricité. Actuellement, Les câbles électriques les plus courants sont ceux à âme en cuivre et ceux en alliage d'aluminium.. Fait 40 années, L'industrie du câble a développé un alliage d'aluminium de la série AA8000 comme matériau conducteur. Actuellement, plus que 90% des projets municipaux, civils, Aux États-Unis, les secteurs industriel et commercial utilisent des câbles AAAC (conducteurs en alliage d'aluminium).
Table des matières
Les câbles AAAC intègrent des éléments d'alliage tels que le cuivre, hier, magnésium, silicium, zinc et bore dans l'aluminium électrique. Utiliser des procédés de fabrication spéciaux, tels que le tressage et le traitement de recuit, un est produit nouveau type de câble. En fonction de la composition de l'alliage, Les câbles en alliage d'aluminium sont principalement divisés en deux catégories: fils en alliage représentés par AA8030 et fils en alliage d'aluminium aux terres rares représentés par AA8176. Les deux catégories sont communément connues sous le nom de série de câbles en alliage d'aluminium AA8000..
Ensuite, Quelles sont les différences entre les câbles AAAC et les câbles en cuivre? Ensuite, nous effectuerons une analyse comparative en termes de paramètres techniques, installation et construction, coûts totaux et maintenance opérationnelle.
Paramètres techniques
Les paramètres techniques sont des indicateurs importants dans la sélection des matériaux pour les équipements. Ici, nous comparons le conducteur en alliage d'aluminium AA8030 avec le conducteur en cuivre. Dans les paramètres techniques, Il est crucial de prêter attention à la capacité de courant du câble et aux pertes de tension..
Comparaison des performances entre les câbles en alliage et les câbles en cuivre
| Fonctionnalités | Densité (g/mm3) | Résistivité (Ωxmm2/m) | Conductivité (SIGC%) | Résistance à la traction (MPa) | Limite élastique (MPa) | Élongation (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| cuivre électrique | 8.89 | 0.017241 | 100 | 220-270 | 60-80 | 30-45 |
| Alliage d'aluminium | 2.7 | 0.0279 | 61.8 | 113.8 | 53.9 | 30 |
D'après le tableau précédent, la densité de l'alliage d'aluminium n'est qu'un tiers de celle du cuivre électrique, sa résistivité est 1.6 fois celle du cuivre et sa conductivité est 61.8% de cuivre. La résistance à la traction de l'alliage d'aluminium est environ la moitié de celle du cuivre, et sa résistance au fluage et à l'allongement sont proches de la limite inférieure du cuivre. Nous nous concentrons particulièrement sur la comparaison de la conductivité et de la résistivité, puisque les paramètres techniques directement liés à la conductivité sont la capacité de courant et la résistivité est directement liée aux pertes de tension. Ensuite, Une analyse comparative de ces deux paramètres est réalisée.
Condition de comparaison: La section transversale du câble en alliage d'aluminium est 1.5 fois celui du fil de cuivre.
Comparaison de la section transversale et de la capacité de courant entre les fils de cuivre et les fils en alliage d'aluminium
| Matériel | Section de câble (mm2) | diamètre extérieur du câble (millimètre) | Capacité de pose de ponts(UN) | Capacité de pose de canalisations(UN) |
|---|---|---|---|---|
| Cuivre | 16 | 22.3 | 100 | 79 |
| Alliage d'aluminium | 25 | 25.2 | 97 | 78 |
| Cuivre | 25 | 27.6 | 127 | 101 |
| Alliage d'aluminium | 35 | 28.4 | 120 | 94 |
| Cuivre | 35 | 30.6 | 158 | 122 |
| Alliage d'aluminium | 50 | 31.4 | 146 | 112 |
| Cuivre | 50 | 32.7 | 192 | 144 |
| Alliage d'aluminium | 70 | 35.6 | 187 | 138 |
| Cuivre | 70 | 38 | 246 | 178 |
| Alliage d'aluminium | 120 | 41.2 | 263 | 186 |
| Cuivre | 95 | 41.3 | 298 | 211 |
| Alliage d'aluminium | 150 | 47.5 | 304 | 210 |
| Cuivre | 120 | 46.4 | 346 | 240 |
| Alliage d'aluminium | 185 | 51.9 | 347 | 236 |
| Cuivre | 150 | 50.5 | 399 | 271 |
| Alliage d'aluminium | 240 | 56.4 | 409 | 272 |
| Cuivre | 185 | 55.3 | 456 | 304 |
| Alliage d'aluminium | 300 | 62.4 | 478 | 308 |
Comparaison de la section transversale et des pertes de tension entre les câbles en cuivre et les câbles en alliage d'aluminium
| Matériel | Section de câble (mm2) | Endurance (Ω/kmα=80°C) | Perte de tension(%(Akkhkm) cosφ=0,8) |
|---|---|---|---|
| Cuivre | 16 | 1.359 | 0.518 |
| Alliage d'aluminium | 25 | 1.348 | 0.512 |
| Cuivre | 25 | 0.870 | 0.340 |
| Alliage d'aluminium | 35 | 0.869 | 0.339 |
| Cuivre | 35 | 0.622 | 0.249 |
| Alliage d'aluminium | 50 | 0.617 | 0.248 |
| Cuivre | 50 | 0.435 | 0.180 |
| Alliage d'aluminium | 70 | 0.430 | 0.178 |
| Cuivre | 70 | 0.310 | 0.134 |
| Alliage d'aluminium | 120 | 0.308 | 0.120 |
| Cuivre | 95 | 0.229 | 0.105 |
| Alliage d'aluminium | 150 | 0.224 | 0.101 |
| Cuivre | 120 | 0.181 | 0.087 |
| Alliage d'aluminium | 185 | 0.179 | 0.080 |
| Cuivre | 150 | 0.145 | 0.074 |
| Alliage d'aluminium | 240 | 0.140 | 0.071 |
| Cuivre | 185 | 0.118 | 0.064 |
| Alliage d'aluminium | 300 | 0.112 | 0.059 |
D'après les informations ci-dessus, lorsque la section transversale du fil en alliage d'aluminium est 1.5 fois celui de câble électrique en cuivre, La capacité de courant et les pertes de tension des deux câbles sont pratiquement les mêmes dans des conditions de température similaires.
Installation et construction
Pendant le processus d'installation et de construction, Il est crucial de prêter attention aux propriétés mécaniques des conducteurs en aluminium et en alliage de cuivre, qui comprennent les aspects suivants.
Souplesse
Le rayon de courbure du câble conducteur en alliage d'aluminium est 7 fois le diamètre du fil, tandis que celui du câble conducteur en cuivre est 10 un 20 fois le diamètre. Le câble en alliage d'aluminium est plus facile à plier lors de l'installation, ce qui réduit efficacement les coûts d'installation et réduit le risque d'accidents.
Élasticité
L'élasticité de conducteur en alliage d'aluminium c'est un 40% inférieur à celui du cuivre. Si les deux câbles, alliage d'aluminium et de cuivre, sont pliés à 90° et la contrainte est libérée dans les mêmes conditions de température, l'angle de rebond du câble en alliage d'aluminium n'est que le 60% du câble en cuivre. L'utilisation de câbles AAAC réduit considérablement la contrainte élastique provoquée par le conducteur lors de l'installation, faciliter la construction.
Souplesse
La flexibilité du conducteur en alliage d'aluminium est un 25% supérieur à celui du cuivre. Il a une plasticité supérieure, haute résistance à la fatigue et facile à traiter et à façonner. Peut être plié à plusieurs reprises sans développer de fissures ou de rupture, ce qui améliore la sécurité des lignes de câblage.
Taux de prolongation
Le taux d'extension est un indicateur clé de la qualité du câble et de sa résistance aux forces externes. Après traitement de recuit, Le taux d'extension du câble conducteur en alliage d'aluminium peut augmenter jusqu'à 30%, tandis que celui du câble conducteur en cuivre est 25%. Cela indique que les câbles en alliage d'aluminium sont plus flexibles que câbles en cuivre conventionnels, ce qui signifie que moins de force de traction est requise lors de l'installation.
En résumé, pendant le processus d'installation et de construction, Les propriétés mécaniques des conducteurs en alliage d'aluminium dépassent celles des câbles en cuivre.
Coûts totaux
Coûts d'acquisition
Comme d'habitude, pour obtenir les mêmes performances électriques, coûts d'acquisition directs des câbles en alliage d'aluminium (y compris les bornes de connexion spécialisées et les racks) sont environ un 20% – 40% inférieur aux câbles en cuivre. Parce que les câbles en alliage d'aluminium non armés nécessitent une augmentation de la section du câble pour obtenir les mêmes performances électriques, il en résulte une augmentation de la section transversale des cadres. Cela augmente les coûts du matériau principal des racks, mais les coûts totaux d'acquisition lors de l'utilisation de câbles en alliage d'aluminium sont réduits.
Frais d'installation
Selon la méthode de pose des câbles, Les matériaux auxiliaires nécessaires à l'installation des câbles varient également. Lors de l'installation de câbles en cuivre à l'intérieur comme câbles principaux, la pose en rack est généralement utilisée. Selon les exigences réglementaires, La section transversale des câbles posés sur les racks ne doit pas être supérieure à la 40% de la section transversale du cadre. Cependant, Les câbles blindés en alliage d'aluminium ne nécessitent pas l'utilisation de racks.
En prenant comme exemple un budget de projet de $20 millions pour l'acquisition de câbles: si des câbles en alliage d'aluminium sont utilisés, peut économiser environ $1.8 millions en frais d'installation, ce qui représente une économie de 50% par rapport aux coûts d'installation des câbles en cuivre. Cette économie sur les coûts d'installation représente le 8% du budget total de acquisition par câble.
Opération et maintenance
Pendant l'opération, il faut faire attention à plusieurs caractéristiques des câbles, comme une perte d'énergie, résistance à l'écoulement du plastique, résistance à la corrosion, résistance au feu et durée de vie.
Perte d'énergie
Selon la formule de calcul des pertes dans les lignes câblées, à courants de fonctionnement égaux, Les pertes dans les lignes de câbles étendus AAAC et de câbles en cuivre sont pratiquement les mêmes.
Résistance à l'écoulement du plastique
Le phénomène dans lequel la déformation augmente avec le temps sous contrainte constante est appelé ramper. Les câbles sont soumis à des tensions constantes lors de l'installation et de la connexion à long terme. Si la résistance à l'écoulement du plastique est faible, les connexions peuvent se desserrer avec le temps, augmentant la résistance de contact et créant un risque pour le fonctionnement sûr de la ligne. Les fils en alliage d'aluminium permettent aux éléments d'alliage de se dissoudre dans la matrice en aluminium, former une solution solide. Cela rend difficile la déformation des atomes du soluté par glissement., améliorant considérablement la résistance à l'écoulement du plastique. Donc, Les câbles en alliage d'aluminium peuvent atteindre une résistance à l'écoulement plastique similaire à celle des câbles en cuivre.
Résistance à la corrosion
La résistance unique à la corrosion de l’aluminium provient de la couche d’oxyde qui se forme naturellement à sa surface lorsqu’elle entre en contact avec l’air.. Cette couche d'oxyde peut résister à différents types de corrosion. Les sols alcalins et certains types de sols acides ont un potentiel corrosif élevé pour l'aluminium., les câbles nus AAAC ne doivent donc pas être enterrés directement et doivent être protégés par un couvercle pour éviter la corrosion. Cependant, dans des environnements avec présence de soufre, comme les tunnels ferroviaires, La résistance à la corrosion de l'aluminium dépasse celle du cuivre.
Résistance au feu
L'isolation des câbles armés en alliage d'aluminium utilise un matériau XLPE (polyéthylène réticulé) faible fumée et sans halogène. En outre, Sa structure de blindage auto-ajustable unique contribue à un classement au feu à faible émission de fumée et sans halogène (IA). Le blindage auto-ajustable améliore la capacité de dissipation thermique et les propriétés de résistance au feu du câble. Cependant, car le point de fusion de l'aluminium est de 660°C, Les câbles en alliage d'aluminium ne doivent pas être utilisés dans les lignes d'alimentation électrique de secours nécessitant une alimentation continue en cas d'incendie.. Cependant, pour autres circuits d'alimentation nécessitant un faible dégagement de fumée et une résistance au feu sans halogène, des câbles en alliage d'aluminium auto-ajustables peuvent être utilisés.
Durée de vie
Dans des conditions d’exploitation favorables, La durée de vie des câbles en cuivre est généralement d'environ 30 années, tandis que la durée de vie des câbles en alliage d'aluminium peut atteindre 40 années.
conclusion
En résumé, Les câbles AAAC sont essentiellement équivalents aux câbles en cuivre en termes de paramètres techniques et de perte de puissance., étant supérieur dans d'autres aspects lorsqu'il est utilisé comme conducteurs nus dans les lignes aériennes. On s'attend à ce qu'à l'avenir, avec une amélioration continue de la recherche sur les matériaux conducteurs et les technologies de fabrication, L'application de câbles en alliage d'aluminium attirera de plus en plus l'attention de l'industrie.