Barras conductoras de aluminio frente a cobre: ¿cuál es la mejor opción? | MáquinaMFG

Barras conductoras de aluminio frente a cobre: ¿cuál es la mejor opción?

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Con la subida de los precios de los materiales de cobre electrolítico, el coste de las barras colectoras de cobre y la distribución eléctrica en ingeniería se han disparado. En la actualidad, las barras colectoras de cobre dominan el mercado.

¿Existe algún producto que funcione tan bien como una barra colectora de cobre pero tenga un precio inferior? La respuesta es afirmativa.

Las barras colectoras de aluminio, por su rentabilidad y excelente rendimiento, pueden sustituir a las de cobre.

En la actualidad, el precio unitario de las barras colectoras de aluminio es aproximadamente 50% del del cobre, lo que las convierte en una alternativa viable para reducir costes sin comprometer el rendimiento.

Este artículo presenta principalmente el rendimiento de nuestras barras colectoras de aluminio para proporcionar una comprensión global para los usuarios.

I. Análisis de la conductividad de las barras colectoras de aluminio

La conductividad de nuestras barras colectoras de cobre es de 99,98%, mientras que las barras de cobre estándar del mercado muestran una conductividad de sólo 52%~85%. Evidentemente, la barra colectora de cobre conductividad supera significativamente la de otras marcas.

Además, nuestras barras conductoras tienen una mayor sección transversal, lo que aumenta su factor de seguridad. Dado el precio y peso del cobre barras colectoras, también ofrecemos barras colectoras de aluminio, que utilizan barras de aluminio con una conductividad de ≥61%.

Aunque es inferior a la de las barras colectoras de cobre, iguala la conductividad de algunas barras colectoras de cobre del mercado, y la sección transversal de las barras colectoras de aluminio también ha aumentado. Por lo tanto, las prestaciones de seguridad de las barras conductoras no se verán comprometidas por los cambios de material.

II. Análisis de la densidad de corriente de las barras colectoras de aluminio

Comparación de la densidad de corriente entre conductores de aluminio y cobre (Unidad: A/mm2)

Corriente eléctrica/Materiales   1600A 1600A~3150A3150A~5000A
Aluminio2~1.51.6~1.51.5~1.15
Cobre2.5~1.781.78~1.671.67~1.59

Análisis de la corriente de carga en condiciones de igual peso:

La densidad del aluminio es de 2,7 gramos por centímetro cúbico, mientras que la del cobre es de 8,9 gramos por centímetro cúbico.

La densidad del cobre es aproximadamente 3,3 veces la del aluminio. Así, a igualdad de peso, la corriente de carga del aluminio supera con creces a la del cobre.

Por ejemplo, en un escenario de 1600 A, la corriente de carga del aluminio por unidad de peso es 2,67 veces la del cobre. Esto reduce sustancialmente el peso de la barra colectora, lo que aligera la carga del edificio y facilita la instalación en la construcción.

III. Análisis de la impedancia

Los valores de impedancia para conductores de aluminio o cobre de tipo H-P utilizados para corriente alterna trifásica de 50 Hz o 60 Hz son los siguientes:

Unidad: ×10-4Ω/m

 Corriente nominal (A)50 Hz60 Hz
R(Ω/m)X(Ω/m)Z(Ω/m)R(Ω/m)X(Ω/m)X(Ω/m)
COBRE6000.9740.3801.0450.9770.4561.078
8000.7840.3230.8480.7890.3870.879
10000.5300.2350.5800.5360.2820.606
12000.4050.1850.4450.41202220.468
13500.3310.1520.3640.3380.1830.384
15000.3310.1520.3640.3380.1830.384
16000.2820.1290.3110.2890.1550.328
20000.235.0.1070.2590.2410.1280,273
25000.1660.0760.1820.1690.0910.192
30000.1410.0650.1550.1440.0780.164
35000.1230.0560.1350.1270.0680.143
40000.1100.05101210.1130.0610.126
45000.0940.0430.1040.0960.0520.109
50000.0820.0380.0910.0840.0450.096
ALUMINIO6001.2570.3231.2971.3850.3871.438
8000.8480.2350.8790.8510.2820.896
10000.6410.1850.6670.6450.2220.682
12000.5180.1520.5400.5230.1830.554
13500.4360.1290.4540.4430.1550.469
15000.3780.1130.3940.3860.1350.409
16000.3600.1070.3750.3670.1280.389
20000.2860.0840.2980.2930.1010.310
25000.2180.0650.2280.2210.0780.235
30000.1800.0540.1880.1840.0640.195
35000.1430.0420.1490.1460.0510.155
40000.1260.0380.1310.1290.0450.136
45000.1200.0360.1250.1220.0430.130
50000.0950.0280.0990.0980.0340.103

Tomando como ejemplo 1600A, la impedancia del cobre es: R: 0,282, X: 0,129, Z: 0,311.

La impedancia del aluminio es: R: 0,360, X: 0,107, Z: 0,375. Unidad: (10-4Ω/m).

Como puede verse, la impedancia del aluminio y el cobre es casi la misma. Una impedancia baja puede aumentar la distancia de transmisión y mejorar la entrega de señales eficaces.

IV. Análisis de la caída de tensión

En términos de caída de tensión, la caída de tensión de cobre y aluminio se calcula mediante la siguiente fórmula:

Cálculo de la caída de tensión △V = √3 I (Rcosφ+Xsinφ)

  • △V: Caída de tensión de línea a línea (V/m)
  • I: Corriente de carga (A)
  • cosφ: Factor de potencia de carga
  • sinφ: √1- cos2φ
  • R: Resistencia CA bajo corriente de carga (Ω/m)

R=R95×(1+α{55×I/I0+20}2/1+75α)

  • R95: Datos de la tabla de valores de impedancia. (10-4Ω/m)
  • α: Coeficiente de temperatura de resistencia Cobre: 3,85×10-3
  • Aluminio: 4,00×10-3
  • I0: Corriente nominal (A)
  • X: Reactancia (Ω/m)

Por ejemplo, cuando cosφ=0,8:

 Caída de tensión del aluminio (V/m)Caída de tensión del cobre (V/m)
1600A  0.1030.098
3150A0.0960.092
5000A0.086 0.080 

Puede observarse que, aunque la diferencia de caída de tensión entre el aluminio y el cobre aumenta ligeramente con el crecimiento de la corriente, la diferencia no es muy significativa y no afectará al uso normal.

Si la longitud de la barra es de 100 metros, la diferencia entre el aluminio y el cobre para una barra de 3150 A es de 0,4 V, lo que prácticamente puede ignorarse. Por lo tanto, en términos de caída de tensión, el rendimiento del aluminio y del cobre es básicamente el mismo.

V. Análisis del aumento de temperatura

Según la certificación del departamento CCC, el aumento de temperatura de las barras colectoras de nuestra empresa cumple la norma nacional:

Barra colectora 1600A:

La norma nacional establece que el aumento de temperatura admisible en la conexión es ≤70(K)

El mayor aumento de temperatura en la conexión de la barra colectora de aluminio de nuestra empresa es de 49,7(K),

El mayor aumento de temperatura en la conexión de la barra colectora de cobre es de 43,1(K).

Barra colectora 3150A:

La norma nacional establece que el aumento de temperatura admisible en la conexión es ≤70(K)

El mayor aumento de temperatura en la conexión de la barra colectora de aluminio de nuestra empresa es de 52,8(K),

El mayor aumento de temperatura en la conexión de la barra colectora de cobre es de 51,5(K).

Barra colectora de 5000A:

La norma nacional establece que el aumento de temperatura admisible en la conexión es ≤70(K)

El mayor aumento de temperatura en la conexión de la barra colectora de aluminio de nuestra empresa es de 39,4(K),

El mayor aumento de temperatura en la conexión de la barra colectora de cobre es de 38,2(K).

De los datos anteriores se desprende que las barras colectoras de nuestra empresa no sólo cumplen la norma nacional, sino que están muy por debajo de ella.

Un punto que merece la pena destacar es que la diferencia de aumento de temperatura entre las barras colectoras de cobre y aluminio es de sólo 2~4K.

Por lo tanto, puede decirse que las barras colectoras de aluminio de nuestra empresa no son inferiores a las de cobre en lo que respecta al aumento de temperatura, e incluso son mejores que la mayoría de las barras colectoras de cobre del mercado.

VI. Análisis de la corriente de sobrecarga de cortocircuito admisible

Cuando se produce un fallo de cortocircuito en el circuito de alimentación, la corriente de cortocircuito en el circuito de cortocircuito es de varias a cientos de veces mayor que la corriente nominal, alcanzando a menudo varios miles de amperios.

La corriente de cortocircuito que pasa por los equipos eléctricos y los conductores generará inevitablemente una gran fuerza electromotriz, y la temperatura de los equipos puede aumentar bruscamente, dañando posiblemente la barra colectora.

Por lo tanto, la barra colectora debe poder soportar la corriente de cortocircuito exigida por la norma nacional.

Después de la prueba de tipo CCC, los resultados de la prueba de resistencia a corto plazo de las barras colectoras de aluminio de nuestra empresa son los que se muestran en la siguiente tabla:

Tabla comparativa de los resultados de las pruebas de cortocircuito de las barras colectoras de cobre y aluminio

Materiales/Corriente de ensayoBarra colectora de cobreBarra colectora de aluminio
30KALínea principal: Durante una prueba con una corriente de 30KA y un tiempo de energización de 1ms, la barra colectora de aluminio no sufrió ningún daño o deformación de las partes mecánicas o aislantes. 

Unidad funcional: Durante una prueba con una corriente de 35KA y un tiempo de energización de 1ms, los contactos del enchufe no mostraron signos de soldadura por fusión y no hubo daños en las partes mecánicas o aislantes. 

Barra colectora de neutro: Con una corriente de 18KA y un tiempo de energización de 1ms, la barra colectora de aluminio no sufrió ningún daño o deformación de las partes mecánicas o aisladores. Esto cumple completamente con las normas nacionales.
Línea principal: Con una corriente de prueba de 30KA y un tiempo de electrificación de 1ms, la barra colectora de aluminio no sufrió daños ni deformaciones mecánicas ni en las piezas aislantes.  

Unidad funcional: Con una corriente de prueba de 35KA y un tiempo de electrificación de 1ms, los contactos del enchufe no mostraron signos de soldadura por fusión, y no hubo daños en las partes mecánicas y aislantes. 

Línea neutra: A 18KA, con un tiempo de electrificación de 1ms, la barra colectora de aluminio no sufrió daños ni deformaciones en ninguna pieza mecánica o aislante. Esto cumple plenamente la normativa nacional.
65KALínea madre: Durante la prueba con una corriente de 65KA y una duración de 1ms, la barra colectora de aluminio no sufrió ningún daño o deformación en ninguno de los componentes mecánicos o aislantes. 

Unidad funcional: Durante la prueba con una corriente de 35KA y una duración de 1ms, el contacto de la clavija no mostró ningún fenómeno de soldadura y no se produjeron daños en ningún componente mecánico o aislante. 

Línea neutra: A 39KA y una duración de 1ms, la barra colectora de aluminio no sufrió ningún daño ni deformación en ningún componente mecánico o aislante. Cumple plenamente la normativa nacional.
Línea madre: La corriente de prueba fue de 65KA, y el tiempo de energización fue de 1ms. La barra colectora de aluminio no resultó dañada ni deformada por ninguna pieza mecánica ni aislante. 

Unidad funcional: La corriente de prueba fue de 35KA, y el tiempo de energización fue de 1ms. Los contactos del enchufe no presentaron ningún fenómeno de soldadura, y no se dañaron piezas mecánicas ni aislantes. 

Línea neutra: 39KA, el tiempo de energización fue de 1ms. La barra colectora de aluminio no resultó dañada ni deformada por ninguna pieza mecánica ni aislante. Cumple plenamente las disposiciones de las normas nacionales.
80KABarra colectora principal: La corriente de prueba es de 80KA, el tiempo de energización es de 1ms, la barra colectora de aluminio no presenta daños ni deformaciones de ninguna de las partes mecánicas y aislantes. 

Unidad funcional: La corriente de prueba es de 35KA, el tiempo de energización es de 1ms, el contacto del enchufe no tiene fenómeno de soldadura, y no hay daño a ningún componente mecánico y aislante. 

Barra colectora de neutro: 48KA, el tiempo de energización es de 1ms, la barra colectora de aluminio no presenta daños ni deformaciones de ningún componente mecánico ni de las piezas aislantes. Cumple plenamente con la normativa nacional estándar.
Barra colectora principal: Corriente de prueba 80KA, el tiempo de electrificación es de 1ms, la barra colectora de aluminio no fue dañada ni deformada por ninguna pieza mecánica ni aislante. 

Unidad funcional: Corriente de prueba 35KA, el tiempo de electrificación es de 1ms, no hubo fenómeno de soldadura en el contacto del enchufe, y no se dañaron partes mecánicas o de aislamiento. 

Barra de neutro: 48KA, el tiempo de electrificación es de 1ms, la barra de aluminio no fue dañada ni deformada por ninguna pieza mecánica ni aislante. Cumple plenamente con las regulaciones de las normas nacionales.

Nuestro producto cumple plenamente la norma nacional GB7251.2-2006. En este sentido, las barras colectoras de cobre y aluminio comparten el mismo rendimiento. En particular, nuestras barras conductoras se sometieron a pruebas en Japón, donde la corriente de prueba fue de 240KA.

En consecuencia, el rendimiento de nuestras barras colectoras no sólo cumple las normas nacionales, sino que las supera. Así, si se produce un cortocircuito durante el uso, nuestras barras colectoras pueden soportar pruebas aún más duras.

VII. Aplicaciones prácticas

Como es bien sabido, el aluminio, debido a sus propiedades inherentes, se corroe fácilmente cuando se utiliza como metal, especialmente en aire húmedo. Los gases nocivos se disuelven en el agua para formar electrolitos, y cuando el aluminio entra en contacto con otros metales, se produce una reacción celular primaria debido a las diferencias de potenciales de electrodo estándar entre los metales.

La presencia de impurezas en el aluminio puede provocar reacciones microcelulares. La humedad crítica del aluminio es de 65%, y cuanto mayor sea la humedad relativa que supere este nivel crítico, más rápida será la corrosión del aluminio.

La superficie del aluminio formará una película de óxido, que generará calor durante la electrificación, provocando un aumento excesivo de la temperatura en la superficie de contacto, pudiendo incluso provocar una explosión.

Sin embargo, los contactos de nuestras barras conductoras se tratan con un proceso especial de estañado que resuelve eficazmente el comportamiento adverso del aluminio como conductor, lo que permite reutilizarlo ampliamente en el campo de la transmisión de potencia.

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