No sistema de distribuição de energia, Os cabos de energia são o principal material utilizado para transportar eletricidade. Atualmente, Os cabos elétricos mais comuns são aqueles com núcleo de cobre e aqueles feitos de liga de alumínio. Faz 40 anos, indústria de cabos desenvolveu liga de alumínio da série AA8000 como material condutor. Na atualidade, mais do que 90% de projetos municipais, civis, Industrial e comercial nos Estados Unidos usam cabos AAAC (condutores de liga de alumínio).
Índice
Os cabos AAAC incorporam elementos de liga como cobre, ferro, magnésio, silício, zinco e boro em alumínio elétrico. Usando processos de fabricação especiais, como tratamento de trança e recozimento, a é produzido novo tipo de cabo. Dependendo da composição da liga, Os cabos de liga de alumínio são divididos principalmente em duas categorias: fios de liga representados por AA8030 e fios de liga de alumínio de terras raras representados por AA8176. Ambas as categorias são comumente conhecidas como série de cabos de liga de alumínio AA8000.
então, Quais são as diferenças entre cabos AAAC e cabos de cobre? A seguir, faremos uma análise comparativa em termos de parâmetros técnicos, instalação e construção, custos totais e manutenção operacional.
Parâmetros técnicos
Os parâmetros técnicos são indicadores importantes na seleção de materiais para equipamentos. Aqui, comparamos o condutor de liga de alumínio AA8030 com o condutor de cobre. Nos parâmetros técnicos, É crucial prestar atenção à capacidade de corrente do cabo e às perdas de tensão.
Comparação de desempenho entre cabos de liga e cabos de cobre
| Características | Densidade (g/mm3) | Resistividade (Ωxmm2/m) | Condutividade (%IACS) | Resistência à tracção (MPa) | Limite elástico (Mpa) | Alongamento (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| cobre elétrico | 8.89 | 0.017241 | 100 | 220-270 | 60-80 | 30-45 |
| Liga de alumínio | 2.7 | 0.0279 | 61.8 | 113.8 | 53.9 | 30 |
De acordo com a tabela anterior, a densidade da liga de alumínio é apenas um terço da do cobre elétrico, sua resistividade é 1.6 vezes a do cobre e sua condutividade é 61.8% de cobre. A resistência à tração da liga de alumínio é cerca de metade da do cobre, e sua resistência à fluência e ao alongamento estão próximas do limite inferior do cobre. Nós nos concentramos especialmente na comparação de condutividade e resistividade, já que os parâmetros técnicos diretamente relacionados à condutividade são a capacidade de corrente e a resistividade está diretamente relacionada às perdas de tensão. A seguir, Uma análise comparativa desses dois parâmetros é realizada.
Condição de comparação: A seção transversal do cabo de liga de alumínio é 1.5 vezes maior que o fio de cobre.
Comparação da seção transversal e capacidade de corrente entre fios de cobre e fios de liga de alumínio
| Material | Seção de cabo (mm2) | diâmetro externo do cabo (milímetros) | Capacidade de colocação de pontes(UMA) | Capacidade de colocação de tubos(UMA) |
|---|---|---|---|---|
| Cobre | 16 | 22.3 | 100 | 79 |
| Liga de alumínio | 25 | 25.2 | 97 | 78 |
| Cobre | 25 | 27.6 | 127 | 101 |
| Liga de alumínio | 35 | 28.4 | 120 | 94 |
| Cobre | 35 | 30.6 | 158 | 122 |
| Liga de alumínio | 50 | 31.4 | 146 | 112 |
| Cobre | 50 | 32.7 | 192 | 144 |
| Liga de alumínio | 70 | 35.6 | 187 | 138 |
| Cobre | 70 | 38 | 246 | 178 |
| Liga de alumínio | 120 | 41.2 | 263 | 186 |
| Cobre | 95 | 41.3 | 298 | 211 |
| Liga de alumínio | 150 | 47.5 | 304 | 210 |
| Cobre | 120 | 46.4 | 346 | 240 |
| Liga de alumínio | 185 | 51.9 | 347 | 236 |
| Cobre | 150 | 50.5 | 399 | 271 |
| Liga de alumínio | 240 | 56.4 | 409 | 272 |
| Cobre | 185 | 55.3 | 456 | 304 |
| Liga de alumínio | 300 | 62.4 | 478 | 308 |
Comparação de seção transversal e perdas de tensão entre cabos de cobre e cabos de liga de alumínio
| Material | Seção de cabo (mm2) | Resistência (Ω/km α=80°C) | Perda de tensão(%(Ahkm) cosφ=0,8) |
|---|---|---|---|
| Cobre | 16 | 1.359 | 0.518 |
| Liga de alumínio | 25 | 1.348 | 0.512 |
| Cobre | 25 | 0.870 | 0.340 |
| Liga de alumínio | 35 | 0.869 | 0.339 |
| Cobre | 35 | 0.622 | 0.249 |
| Liga de alumínio | 50 | 0.617 | 0.248 |
| Cobre | 50 | 0.435 | 0.180 |
| Liga de alumínio | 70 | 0.430 | 0.178 |
| Cobre | 70 | 0.310 | 0.134 |
| Liga de alumínio | 120 | 0.308 | 0.120 |
| Cobre | 95 | 0.229 | 0.105 |
| Liga de alumínio | 150 | 0.224 | 0.101 |
| Cobre | 120 | 0.181 | 0.087 |
| Liga de alumínio | 185 | 0.179 | 0.080 |
| Cobre | 150 | 0.145 | 0.074 |
| Liga de alumínio | 240 | 0.140 | 0.071 |
| Cobre | 185 | 0.118 | 0.064 |
| Liga de alumínio | 300 | 0.112 | 0.059 |
De acordo com as informações acima, quando a seção transversal do fio de liga de alumínio é 1.5 vezes que de cabo elétrico de cobre, A capacidade de corrente e as perdas de tensão de ambos os cabos são praticamente as mesmas sob condições de temperatura semelhantes.
Instalação e Construção
Durante o processo de instalação e construção, É crucial prestar atenção às propriedades mecânicas dos condutores de liga de alumínio e cobre, que incluem os seguintes aspectos.
Flexibilidade
O raio de curvatura do cabo condutor de liga de alumínio é 7 vezes o diâmetro do cabo, enquanto o do cabo condutor de cobre é 10 uma 20 vezes o diâmetro. O cabo de liga de alumínio é mais fácil de dobrar durante a instalação, o que efetivamente reduz os custos de instalação e reduz o risco de acidentes.
Elasticidade
A elasticidade de condutor de liga de alumínio é um 40% menos que o do cobre. Se ambos os cabos, liga de alumínio e cobre, são dobrados em 90° e a tensão é liberada sob as mesmas condições de temperatura, o ângulo de recuperação do cabo de liga de alumínio é apenas o 60% do cabo de cobre. O uso de cabos AAAC reduz significativamente a tensão elástica causada pelo condutor durante a instalação, facilitando a construção.
Flexibilidade
A flexibilidade do condutor de liga de alumínio é um 25% maior que o do cobre. Tem plasticidade superior, alta resistência à fadiga e é fácil de processar e moldar. Pode ser dobrado repetidamente sem desenvolver rachaduras ou quebrar, o que melhora a segurança das linhas de fiação.
Taxa de extensão
A taxa de extensão é um indicador chave da qualidade do cabo e da resistência a forças externas. Após o tratamento de recozimento, A taxa de extensão do cabo condutor de liga de alumínio pode aumentar até 30%, enquanto o do cabo condutor de cobre é 25%. Isto indica que os cabos de liga de alumínio são mais flexíveis do que cabos de cobre convencionais, o que significa que menos força de tração é necessária durante a instalação.
Em resumo, durante o processo de instalação e construção, As propriedades mecânicas dos condutores de liga de alumínio excedem as dos cabos de cobre.
Custos totais
Custos de aquisição
Em geral, para obter o mesmo desempenho elétrico, custos diretos de aquisição de cabos de liga de alumínio (incluindo terminais de conexão e racks especializados) são aproximadamente um 20% – 40% inferior aos cabos de cobre. Porque os cabos de liga de alumínio não blindados exigem um aumento na seção transversal do cabo para atingir o mesmo desempenho elétrico, isso resulta em um aumento na seção transversal dos quadros. Isso aumenta os custos do material principal das estantes, mas os custos totais de aquisição ao usar cabos de liga de alumínio são reduzidos.
Custos de instalação
De acordo com o método de colocação de cabos, Os materiais auxiliares necessários para a instalação do cabo também variam. Ao instalar cabos de cobre em ambientes internos como cabos principais, a colocação de rack é geralmente usada. De acordo com os requisitos regulamentares, A seção transversal dos cabos colocados nos racks não deve ser superior à 40% da seção transversal do quadro. Porém, Cabos blindados em liga de alumínio não requerem o uso de racks.
Tomando como exemplo um orçamento de projeto de $20 milhões para aquisição de cabos: se cabos de liga de alumínio forem usados, pode economizar aproximadamente $1.8 milhões em custos de instalação, o que representa uma economia de 50% em comparação com os custos de instalação de cabos de cobre. Esta poupança nos custos de instalação representa a 8% do orçamento total de aquisição de cabo.
Operação e manutenção
durante a operação, é preciso ficar atento a diversas características dos cabos, como perda de energia, resistência ao fluxo de plástico, resistência à corrosão, resistência ao fogo e vida útil.
Perda de energia
De acordo com a fórmula de cálculo de perdas em linhas de cabos, em correntes operacionais iguais, As perdas nas linhas de cabos expandidos AAAC e cabos de cobre são praticamente as mesmas.
Resistência ao fluxo de plástico
O fenômeno no qual a deformação aumenta com o tempo sob tensão constante é chamado rastejar. Os cabos estão sujeitos a tensões constantes durante a instalação e conexão de longo prazo. Se a resistência ao fluxo de plástico for baixa, conexões podem se soltar com o tempo, aumentando a resistência de contato e criando um risco para a operação segura da linha. Os fios de liga de alumínio permitem que os elementos de liga se dissolvam na matriz de alumínio, formando uma solução sólida. Isso torna difícil para os átomos do soluto se deformarem por deslizamento., melhorando significativamente a resistência ao fluxo de plástico. Portanto, Cabos de liga de alumínio podem atingir resistência ao fluxo de plástico semelhante à dos cabos de cobre.
Resistência à corrosão
A resistência à corrosão única do alumínio vem da camada de óxido que se forma naturalmente em sua superfície quando entra em contato com o ar.. Esta camada de óxido pode resistir a vários tipos de corrosão. Solos alcalinos e alguns tipos de solos ácidos apresentam alto potencial corrosivo para o alumínio, portanto, os cabos desencapados AAAC não devem ser enterrados diretamente e devem ser protegidos com uma cobertura para evitar corrosão. Porém, em ambientes com presença de enxofre, como túneis ferroviários, A resistência à corrosão do alumínio excede a do cobre.
Resistência ao fogo
O isolamento de cabos blindados de liga de alumínio utiliza material XLPE (polietileno reticulado) baixo teor de fumaça e livre de halogênio. Além do mais, Sua exclusiva estrutura de blindagem autoajustável contribui para uma classificação de incêndio com baixo teor de fumaça e livre de halogênio (I A). A blindagem autoajustável melhora a capacidade de dissipação de calor e as propriedades de resistência ao fogo do cabo. Porém, porque o ponto de fusão do alumínio é 660°C, Cabos de liga de alumínio não devem ser usados em linhas de fornecimento de energia de emergência que exijam fornecimento contínuo durante incêndios. Não obstante, para outros circuitos de alimentação que exigem baixa emissão de fumaça e resistência ao fogo sem halogênio, cabos de liga de alumínio autoajustáveis podem ser usados.
Vida Útil
Sob condições operacionais favoráveis, A vida útil dos cabos de cobre é geralmente em torno 30 anos, enquanto a vida útil dos cabos de liga de alumínio pode atingir 40 anos.
Conclusão
Em resumo, Os cabos AAAC são essencialmente equivalentes aos cabos de cobre em termos de parâmetros técnicos e perda de potência., sendo superior em outros aspectos quando usado como condutores desencapados em linhas aéreas. Espera-se que no futuro, com melhoria contínua na pesquisa em materiais condutores e tecnologias de fabricação, A aplicação de cabos de liga de alumínio atrairá cada vez mais atenção da indústria.