Aluminium vs. koperen stroomrails: wat is de beste keuze?

Met de escalerende prijzen van elektrolytisch kopermateriaal zijn de kosten van koperen busstaven en elektrische distributiesystemen in technische projecten aanzienlijk gestegen. Terwijl koperen busstaven momenteel de markt domineren, is er een groeiende vraag naar kosteneffectieve alternatieven die vergelijkbare prestaties leveren.

Aluminium busbars hebben zich ontpopt als een zeer levensvatbare oplossing, die uitstekende elektrische en thermische eigenschappen biedt tegen een aanzienlijk lagere kostprijs. Deze busbars vormen een aantrekkelijk alternatief voor ingenieurs en projectmanagers die de kosten willen optimaliseren zonder de betrouwbaarheid of efficiëntie van het systeem op te offeren.

Momenteel is de eenheidsprijs van aluminium geleiders ongeveer 50% die van koper, waardoor ze een aantrekkelijke optie zijn voor een aanzienlijke kostenreductie in elektrische distributiesystemen. Dit prijsverschil is vooral significant bij grootschalige projecten waar de totale lengte van de busrails groot kan zijn.

Het is echter van cruciaal belang om op te merken dat de keuze tussen koperen en aluminium busstaven niet alleen gebaseerd moet zijn op de kosten. Factoren zoals geleidbaarheid, thermische uitzetting, gewicht en specifieke toepassingseisen moeten zorgvuldig worden overwogen. Het lagere geleidingsvermogen van aluminium in vergelijking met koper (ongeveer 61% dat van koper) wordt vaak gecompenseerd door een grotere doorsnede te gebruiken, wat nog steeds kan leiden tot een algemene kostenbesparing.

In dit artikel geven we een uitgebreide analyse van de prestaties van onze aluminium busstaven, met details over hun elektrische, mechanische en thermische eigenschappen. We zullen onderzoeken hoe deze eigenschappen zich verhouden tot traditionele koperen busstaven en bespreken de specifieke toepassingen waarin aluminium busstaven uitblinken. Aan het einde van dit overzicht zullen gebruikers een grondig begrip hebben van de voordelen en overwegingen die gepaard gaan met het implementeren van aluminium busstaven in hun elektrische systemen.

I. Analyse van het geleidingsvermogen van aluminium busstaven

Onze koperen busstaven vertonen een uitzonderlijk geleidingsvermogen van 99,98%, wat aanzienlijk beter is dan de industrienorm van 52% tot 85%. Dit superieure geleidingsvermogen zorgt voor optimale elektrische prestaties en energie-efficiëntie in stroomdistributiesystemen.

Om de veiligheid en stroomcapaciteit verder te verbeteren, hebben onze busrails een grotere dwarsdoorsnede. Deze ontwerpkeuze verbetert niet alleen het thermisch beheer, maar zorgt ook voor een hogere veiligheidsfactor, wat cruciaal is voor toepassingen met hoge stromen.

Gezien de economische en gewichtsoverwegingen bij bepaalde projecten, bieden we aluminium busstaven aan als kosteneffectief alternatief. Deze aluminium varianten hebben een geleidingsvermogen van ≥61%, dat weliswaar lager is dan onze koperopties, maar vergelijkbaar met sommige op de markt verkrijgbare koperen geleiders. Om het inherent lagere geleidingsvermogen van aluminium te compenseren, hebben we de doorsnede van deze geleiders proportioneel vergroot.

Dit strategische ontwerp zorgt ervoor dat de stroomvoerende capaciteit en algemene veiligheidsprestaties van onze aluminium busstaven op hetzelfde niveau blijven als hun koperen tegenhangers. Door de grotere doorsnede blijft niet alleen de elektrische efficiëntie behouden, maar wordt ook de warmteafvoer verbeterd, wat cruciaal is voor de betrouwbaarheid op lange termijn van elektrische systemen.

Door zowel koper met hoge geleiding als geoptimaliseerd aluminium aan te bieden, bieden we veelzijdige oplossingen die voldoen aan diverse projectvereisten, waarbij prestaties, kosten en gewicht in balans zijn zonder afbreuk te doen aan veiligheid of elektrische efficiëntie.

II. Analyse van de stroomdichtheid van aluminium busrails

Vergelijking van stroomdichtheid tussen aluminium en koperen geleiders (Eenheid: A/mm²)

Analyse van belastingsstroom onder omstandigheden met gelijk gewicht:

De dichtheid van aluminium is 2,7 gram per kubieke centimeter, terwijl die van koper 8,9 gram per kubieke centimeter is.

De dichtheid van koper is ongeveer 3,3 keer die van aluminium. Bij gelijk gewicht is de belastingsstroom van aluminium dus aanzienlijk hoger dan die van koper.

In een scenario van 1600 A is de belastingsstroom van aluminium per gewichtseenheid bijvoorbeeld 2,67 keer zo groot als die van koper. Dit vermindert het gewicht van de rail aanzienlijk, wat de belasting van het gebouw verlicht en de installatie in de bouw vergemakkelijkt.

III. Analyse van impedantie

De impedantiewaarden voor aluminium of koperen geleiders van het type H-P die worden gebruikt voor 3-fasige 50Hz of 60Hz wisselstroom zijn als volgt:

Eenheid: ×10^-4Ω/m

Als we 1600A als voorbeeld nemen, is de impedantie van koper: R: 0,282, X: 0,129, Z: 0,311.

De impedantie van aluminium is: R: 0,360, X: 0,107, Z: 0,375. Eenheid: (10^-4Ω/m).

Zoals te zien is, is de impedantie van aluminium en koper bijna gelijk. Een lage impedantie kan de transmissieafstand vergroten en de levering van effectieve signalen verbeteren.

IV. Analyse van spanningsverlies

In termen van spanningsval is de spanningsval van koper en aluminium wordt berekend met de volgende formule:

Berekening spanningsverlies △V = √3 I (Rcosφ+Xsinφ)

• △V: spanningsval van lijn tot lijn (V/m)
• I: belastingsstroom (A)
• cosφ: Vermogensfactor belasting
• sinφ: √1- cos2φ
• R: AC-weerstand onder belastingsstroom (Ω/m)

R=R₉₅× (1+α{55×I/I₀+20}²/1+75α)

• R95: Gegevens in de impedantiewaardetabel. (10^-4Ω/m)
• α: Weerstandstemperatuurcoëfficiënt Koper: 3,85×10^-3
• Aluminium: 4,00×10^-3
• I₀: Nominale stroom (A)
• X: Reactantie (Ω/m)

Bijvoorbeeld als cosφ=0,8:

Het is te zien dat hoewel het verschil in spanningsval tussen aluminium en koper iets toeneemt met de toename van de stroom, het verschil niet erg significant is en geen invloed heeft op normaal gebruik.

Als de lengte van de rail 100 meter is, dan is het verschil tussen aluminium en koper voor een rail van 3150 A 0,4 V, wat vrijwel genegeerd kan worden. In termen van spanningsval zijn de prestaties van aluminium en koper dus in principe gelijk.

V. Analyse van temperatuurstijging

Volgens de certificering van de afdeling China Compulsory Certification (CCC) voldoet de temperatuurstijging van de rail van ons bedrijf aan de nationale normen en overtreft deze zelfs ruimschoots:

1600A rail:
De nationale norm bepaalt dat de maximaal toegestane temperatuurstijging op het aansluitpunt ≤70K is.

• Hoogste temperatuurstijging van onze aluminium rail: 49,7K
• Hoogste temperatuurstijging van onze koperen stroomrail: 43,1K

3150A Stroomrail:
Nationale norm voor maximaal toegestane temperatuurstijging: ≤70K

• De hoogste temperatuurstijging van onze aluminium rail: 52,8K
• Hoogste temperatuurstijging van onze koperen stroomrail: 51,5K

5000A rail:
Nationale norm voor maximaal toegestane temperatuurstijging: ≤70K

• Hoogste temperatuurstijging van onze aluminium rail: 39,4K
• Hoogste temperatuurstijging van onze koperen stroomrail: 38,2K

Deze gegevens tonen aan dat onze stroomrails niet alleen voldoen aan de nationale normen, maar deze zelfs aanzienlijk overtreffen, met temperatuurstijgingen ver onder de maximaal toegestane limieten. Deze superieure prestaties wijzen op een uitstekend thermisch beheer en een efficiënte stroomvoercapaciteit.

Een opmerkelijke constatering is het minimale verschil in temperatuurstijging tussen onze koperen en aluminium geleiders, variërend van slechts 2K tot 4K voor alle stroomsterktes. Dit kleine verschil toont de uitzonderlijke kwaliteit van onze aluminium geleiders, die thermische prestaties vertonen die bijna gelijk zijn aan die van koperen geleiders.

De implicaties van deze gegevens zijn aanzienlijk:

1. Onze aluminium stroomrails bieden vergelijkbare thermische prestaties als koperen stroomrails, waardoor de traditionele perceptie van de inferioriteit van aluminium in elektrische toepassingen wordt weerlegd.
2. De thermische efficiëntie van onze aluminium stroomrails kan een kosteneffectief alternatief zijn voor koper, vooral in toepassingen met een hoge stroomsterkte waar materiaalkosten een belangrijke factor zijn.
3. De consistent lage temperatuurstijging bij verschillende stroomsterktes duidt op een robuust en schaalbaar railontwerp dat geschikt is voor een groot aantal elektrische distributiesystemen.

Kortom, de aluminium stroomgeleiders van ons bedrijf laten thermische prestaties zien die vergelijkbaar zijn met die van koperen stroomgeleiders en overtreffen de prestaties van veel koperen stroomgeleiders die op de markt verkrijgbaar zijn. Deze prestatie onderstreept onze toewijding aan innovatie en kwaliteit in de railtechnologie en biedt klanten hoogwaardige, kosteneffectieve oplossingen voor hun elektrische distributiebehoeften.

VI. Analyse van toelaatbare kortsluitoverbelastingsstroom

Wanneer er een kortsluitingsfout optreedt in het voedingscircuit, is de kortsluitstroom in het kortsluitcircuit enkele tot honderden keren groter dan de nominale stroom, vaak tot enkele duizenden ampères.

De kortsluitstroom die door elektrische apparatuur en geleiders loopt, genereert onvermijdelijk een grote elektromotorische kracht en de temperatuur van de apparatuur kan sterk oplopen, waardoor de stroomrail beschadigd kan raken.

Daarom moet de stroomrail bestand zijn tegen de kortsluitstroom die wordt vereist door de nationale norm.

Na de CCC-type test zijn de testresultaten van de kortstondige weerstand van de aluminium rails van ons bedrijf zoals weergegeven in de volgende tabel:

Vergelijkingstabel van kortsluittestprestaties voor koperen en aluminium stroomrails

Ons product voldoet volledig aan de nationale norm GB7251.2-2006. In dit opzicht hebben de koperen en aluminium stroomrails dezelfde prestaties. Onze stroomrails werden met name getest in Japan, waar de teststroom 240KA bedroeg.

Bijgevolg voldoen de prestaties van onze stroomgeleiders niet alleen aan de nationale normen, maar overtreffen ze deze zelfs. Mocht er dus kortsluiting ontstaan tijdens het gebruik, dan kunnen onze rails nog zwaardere tests doorstaan.

VII. Praktische toepassingen

Ondanks het wijdverspreide gebruik in verschillende industrieën vormt aluminium een unieke uitdaging als elektrische geleider, vooral in omgevingen met een hoge vochtigheidsgraad. De gevoeligheid voor corrosie komt voort uit de elektrochemische eigenschappen en de interactie met de atmosferische omstandigheden. Bij blootstelling aan vochtige lucht, vooral boven de kritische vochtigheidsgraad van 65%, ondergaat aluminium versnelde corrosie door de vorming van elektrolyten uit opgeloste atmosferische gassen.

Het corrosieproces wordt nog verergerd door galvanische reacties wanneer aluminium in contact komt met ongelijke metalen, door verschillen in standaard elektrodepotentiaal. Bovendien kunnen onzuiverheden in het aluminium plaatselijke microcelreacties in gang zetten, waardoor de integriteit verder wordt aangetast. Naarmate de corrosie voortschrijdt, vormt zich een oxidelaag op het aluminiumoppervlak die, hoewel potentieel beschermend in sommige scenario's, problematisch kan zijn in elektrische toepassingen.

In stroomtransmissiesystemen brengt deze oxidelaag aanzienlijke risico's met zich mee. Tijdens het stromen kan het leiden tot een verhoogde contactweerstand, wat resulteert in plaatselijke verhitting op aansluitpunten. Deze thermische opbouw vermindert niet alleen de energie-efficiëntie, maar vormt ook een veiligheidsrisico en kan leiden tot oververhitting, verbindingsfouten of, in extreme gevallen, elektrische brand.

Om deze problemen op te lossen en gebruik te maken van de voordelige eigenschappen van aluminium, zoals het lage gewicht en de uitstekende geleidbaarheid, zijn geavanceerde oppervlaktebehandelingstechnieken ontwikkeld. Onze railsystemen maken gebruik van een gespecialiseerd vertinproces dat de inherente beperkingen van aluminium als geleider effectief aanpakt. Deze innovatieve behandeling creëert een beschermende barrière die:

1. Voorkomt directe blootstelling van aluminium aan corrosieve omgevingen
2. Vermindert de contactweerstand op aansluitpunten
3. Verbetert de betrouwbaarheid en prestatiestabiliteit op lange termijn
4. Verbetert de warmteafvoerkarakteristieken

Door het implementeren van deze vertintechnologie hebben we met succes de toepassing van aluminium in stroomtransmissiesystemen uitgebreid en bieden we een kosteneffectief en efficiënt alternatief voor traditionele koperen geleiders. Deze benadering verlengt niet alleen de levensduur van aluminium stroomrails, maar zorgt ook voor een veiligere en betrouwbaardere stroomdistributie in verschillende industriële en commerciële toepassingen.