Barramentos de alumínio vs. cobre: qual é a melhor escolha?

Com a escalada dos preços dos materiais de cobre eletrolítico, o custo dos barramentos de cobre e dos sistemas de distribuição eléctrica em projectos de engenharia aumentou significativamente. Embora os barramentos de cobre dominem atualmente o mercado, existe uma procura crescente de alternativas económicas que mantenham um desempenho comparável.

Os barramentos de alumínio surgiram como uma solução altamente viável, oferecendo excelentes propriedades eléctricas e térmicas a um custo consideravelmente mais baixo. Estes barramentos constituem uma alternativa atraente para engenheiros e gestores de projectos que procuram otimizar os custos sem sacrificar a fiabilidade ou a eficiência do sistema.

Atualmente, o preço unitário dos barramentos de alumínio é aproximadamente 50% o do cobre, o que os torna uma opção atractiva para uma redução substancial dos custos nos sistemas de distribuição eléctrica. Esta diferença de preço é particularmente significativa em projectos de grande escala, onde o comprimento total dos barramentos pode ser extenso.

No entanto, é crucial notar que a seleção entre barramentos de cobre e alumínio não se deve basear apenas no custo. Factores como a condutividade, a expansão térmica, o peso e os requisitos específicos da aplicação devem ser cuidadosamente considerados. A condutividade mais baixa do alumínio em comparação com o cobre (cerca de 61% da do cobre) é frequentemente compensada pela utilização de uma área de secção transversal maior, o que pode ainda assim resultar numa poupança global de custos.

Este artigo tem como objetivo fornecer uma análise abrangente do desempenho do nosso barramento de alumínio, detalhando as suas características eléctricas, mecânicas e térmicas. Exploraremos como essas propriedades se comparam aos barramentos de cobre tradicionais e discutiremos as aplicações específicas em que os barramentos de alumínio se destacam. No final desta visão geral, os utilizadores terão uma compreensão completa das vantagens e considerações associadas à implementação de barramentos de alumínio nos seus sistemas eléctricos.

I. Análise da Condutividade de Barramentos de Alumínio

Os nossos barramentos de cobre apresentam uma condutividade excecional de 99,98%, ultrapassando significativamente a gama padrão da indústria de 52% a 85%. Esta condutividade superior garante um desempenho elétrico ótimo e uma eficiência energética nos sistemas de distribuição de energia.

Para aumentar ainda mais a segurança e a capacidade de transporte de corrente, os nossos barramentos apresentam uma área de secção transversal alargada. Esta escolha de design não só melhora a gestão térmica, como também proporciona um fator de segurança mais elevado, crucial para aplicações de corrente elevada.

Reconhecendo as considerações económicas e de peso em determinados projectos, oferecemos barramentos de alumínio como uma alternativa económica. Estas variantes de alumínio apresentam uma condutividade de ≥61%, que, embora inferior às nossas opções de cobre, é comparável a alguns barramentos de cobre disponíveis no mercado. Para compensar a condutividade inerentemente mais baixa do alumínio, aumentámos proporcionalmente a área da secção transversal destes barramentos.

Esta conceção estratégica garante que a capacidade de transporte de corrente e o desempenho global de segurança dos nossos barramentos de alumínio se mantêm ao mesmo nível dos seus homólogos de cobre. O aumento da área da secção transversal não só mantém a eficiência eléctrica como também melhora a dissipação de calor, essencial para a fiabilidade a longo prazo dos sistemas eléctricos.

Ao oferecer opções de cobre de alta condutividade e alumínio optimizado, fornecemos soluções versáteis que satisfazem diversos requisitos de projeto, equilibrando considerações de desempenho, custo e peso sem comprometer a segurança ou a eficiência eléctrica.

II. Análise da densidade de corrente dos barramentos de alumínio

Comparação da densidade de corrente entre condutores de alumínio e de cobre (Unidade: A/mm²)

Análise da corrente de carga em condições de peso igual:

A densidade do alumínio é de 2,7 gramas por centímetro cúbico, enquanto a do cobre é de 8,9 gramas por centímetro cúbico.

A densidade do cobre é aproximadamente 3,3 vezes superior à do alumínio. Assim, com o mesmo peso, a corrente de carga do alumínio excede significativamente a do cobre.

Por exemplo, num cenário de 1600A, a corrente de carga do alumínio por unidade de peso é 2,67 vezes superior à do cobre. Isto reduz substancialmente o peso do barramento, beneficiando a carga do edifício e facilitando a instalação na construção.

III. Análise de Impedância

Os valores de impedância para os condutores de alumínio ou de cobre do tipo H-P utilizados para a alimentação trifásica de 50Hz ou 60Hz são os seguintes

Unidade: ×10^-4Ω/m

Tomando 1600A como exemplo, a impedância do cobre é: R: 0,282, X: 0,129, Z: 0,311.

A impedância do alumínio é: R: 0,360, X: 0,107, Z: 0,375. Unidade: (10^-4Ω/m).

Como se pode ver, a impedância do alumínio e do cobre é praticamente a mesma. A baixa impedância pode aumentar a distância de transmissão e melhorar a transmissão de sinais efectivos.

IV. Análise da queda de tensão

Em termos de queda de tensão, a queda de tensão de cobre e alumínio é calculado pela seguinte fórmula:

Cálculo da queda de tensão △V = √3 I (Rcosφ+Xsinφ)

• △V: Queda de tensão linha a linha (V/m)
• I: Corrente de carga (A)
• cosφ: Fator de potência da carga
• sinφ: √1- cos2φ
• R: Resistência CA sob corrente de carga (Ω/m)

R=R₉₅×(1+α{55×I/I₀+20}²/1+75α)

• R95: Dados na tabela de valores de impedância. (10^-4Ω/m)
• α: Coeficiente de temperatura da resistência Cobre: 3,85×10^-3
• Alumínio: 4.00×10^-3
• I₀: Corrente nominal (A)
• X: Reactância (Ω/m)

Por exemplo, quando cosφ=0,8:

Pode ver-se que, embora a diferença na queda de tensão entre o alumínio e o cobre aumente ligeiramente com o crescimento da corrente, a diferença não é muito significativa e não afectará a utilização normal.

Se o comprimento do barramento for de 100 metros, então a diferença entre o alumínio e o cobre para um barramento de 3150A é de 0,4V, o que pode ser praticamente ignorado. Portanto, em termos de queda de tensão, o desempenho do alumínio e do cobre é basicamente o mesmo.

V. Análise do aumento da temperatura

De acordo com a certificação do departamento de Certificação Obrigatória da China (CCC), o desempenho do aumento da temperatura do barramento da nossa empresa está em conformidade e excede significativamente as normas nacionais:

1600A Barramento:
A norma nacional estipula que o aumento máximo de temperatura permitido no ponto de ligação é ≤70K.

• O aumento de temperatura mais elevado do nosso barramento de alumínio: 49,7K
• O aumento de temperatura mais elevado do nosso barramento de cobre: 43,1K

3150A Barramento:
Norma nacional para o aumento máximo admissível da temperatura: ≤70K

• O aumento de temperatura mais elevado do nosso barramento de alumínio: 52,8K
• O aumento de temperatura mais elevado do nosso barramento de cobre: 51,5K

5000A Barramento:
Norma nacional para o aumento máximo admissível da temperatura: ≤70K

• O aumento de temperatura mais elevado do nosso barramento de alumínio: 39,4K
• O aumento de temperatura mais elevado do nosso barramento de cobre: 38,2K

Estes dados demonstram que os nossos barramentos não só cumprem as normas nacionais, como as superam significativamente, com aumentos de temperatura muito abaixo dos limites máximos permitidos. Este desempenho superior indica uma excelente gestão térmica e uma eficiente capacidade de transporte de corrente.

Uma observação notável é a diferença mínima de aumento de temperatura entre nossos barramentos de cobre e alumínio, variando de apenas 2K a 4K em todas as classificações de amperagem. Esta diferença estreita mostra a qualidade excecional dos nossos barramentos de alumínio, que apresentam um desempenho térmico quase equivalente ao dos barramentos de cobre.

As implicações destes dados são significativas:

1. Os nossos barramentos de alumínio oferecem um desempenho térmico comparável ao dos barramentos de cobre, desafiando a perceção tradicional da inferioridade do alumínio em aplicações eléctricas.
2. A eficiência térmica dos nossos barramentos de alumínio pode constituir uma alternativa rentável ao cobre, especialmente em aplicações de alta amperagem em que os custos de material são um fator significativo.
3. O aumento consistentemente baixo da temperatura em diferentes classificações de amperagem sugere um design de barramento robusto e escalável, adequado para uma vasta gama de sistemas de distribuição eléctrica.

Em conclusão, os barramentos de alumínio da nossa empresa demonstram um desempenho térmico equivalente ao dos barramentos de cobre e excedem o desempenho de muitos barramentos de cobre disponíveis no mercado. Esta conquista sublinha o nosso compromisso com a inovação e a qualidade na tecnologia de barramentos, oferecendo aos clientes soluções de alto desempenho e económicas para as suas necessidades de distribuição eléctrica.

VI. Análise da corrente de sobrecarga de curto-circuito admissível

Quando ocorre uma falha de curto-circuito no circuito da fonte de alimentação, a corrente de curto-circuito no circuito de curto-circuito é várias a centenas de vezes superior à corrente nominal, atingindo frequentemente vários milhares de amperes.

A corrente de curto-circuito que passa através do equipamento elétrico e dos condutores gerará inevitavelmente uma grande força eletromotriz, e a temperatura do equipamento pode aumentar acentuadamente, podendo danificar o barramento.

Por conseguinte, o barramento deve ser capaz de suportar a corrente de curto-circuito exigida pela norma nacional.

Após o teste do tipo CCC, os resultados do teste de resistência a curto prazo dos barramentos de alumínio da nossa empresa são os apresentados na tabela seguinte:

Tabela de comparação do desempenho do ensaio de curto-circuito para barramentos de cobre e de alumínio

O nosso produto está em total conformidade com a norma nacional GB7251.2-2006. A este respeito, os barramentos de cobre e alumínio partilham o mesmo desempenho. Nomeadamente, os nossos barramentos foram submetidos a testes no Japão, onde a corrente de teste foi de 240KA.

Por conseguinte, o desempenho dos nossos barramentos não só cumpre as normas nacionais, como também as excede. Assim, se ocorrer um curto-circuito durante a utilização, os nossos barramentos podem suportar testes ainda mais rigorosos.

VII. Aplicações práticas

O alumínio, apesar da sua utilização generalizada em várias indústrias, apresenta desafios únicos quando utilizado como condutor elétrico, particularmente em ambientes de elevada humidade. A sua suscetibilidade à corrosão resulta das suas propriedades electroquímicas e das interacções com as condições atmosféricas. Quando exposto ao ar húmido, especialmente acima do nível crítico de humidade de 65%, o alumínio sofre corrosão acelerada devido à formação de electrólitos a partir de gases atmosféricos dissolvidos.

O processo de corrosão é ainda exacerbado por reacções galvânicas quando o alumínio entra em contacto com metais diferentes, devido a diferenças nos potenciais padrão dos eléctrodos. Além disso, as impurezas no alumínio podem iniciar reacções localizadas de microcélulas, comprometendo ainda mais a sua integridade. À medida que a corrosão progride, forma-se uma película de óxido na superfície do alumínio, que, embora potencialmente protetora em alguns cenários, pode ser problemática em aplicações eléctricas.

Nos sistemas de transmissão de energia, esta camada de óxido apresenta riscos significativos. Durante o fluxo de corrente, pode levar a um aumento da resistência de contacto, resultando num aquecimento localizado nos pontos de ligação. Esta acumulação térmica não só reduz a eficiência energética, como também apresenta riscos de segurança, podendo levar a sobreaquecimento, falha de ligação ou, em casos extremos, incêndios eléctricos.

Para mitigar estes problemas e aproveitar as propriedades vantajosas do alumínio - como a sua natureza leve e excelente condutividade - foram desenvolvidas técnicas avançadas de tratamento de superfície. Os nossos sistemas de barramentos empregam um processo especializado de estanhagem, que resolve eficazmente as limitações inerentes ao alumínio como condutor. Este tratamento inovador cria uma barreira protetora que:

1. Evita a exposição direta do alumínio a ambientes corrosivos
2. Reduz a resistência de contacto nos pontos de ligação
3. Aumenta a fiabilidade a longo prazo e a estabilidade do desempenho
4. Melhora as características de dissipação de calor

Ao implementar esta tecnologia de revestimento de estanho, expandimos com sucesso a aplicação do alumínio em sistemas de transmissão de energia, oferecendo uma alternativa económica e eficiente aos condutores de cobre tradicionais. Esta abordagem não só prolonga a vida útil dos barramentos de alumínio, como também garante uma distribuição de energia mais segura e fiável em várias aplicações industriais e comerciais.