Barramentos de alumínio x cobre: qual é a melhor opção?

Com a escalada dos preços dos materiais de cobre eletrolítico, o custo dos barramentos de cobre e dos sistemas de distribuição elétrica em projetos de engenharia aumentou significativamente. Embora os barramentos de cobre dominem o mercado atualmente, há uma demanda crescente por alternativas econômicas que mantenham um desempenho comparável.

Os barramentos de alumínio surgiram como uma solução altamente viável, oferecendo excelentes propriedades elétricas e térmicas a um custo consideravelmente menor. Esses barramentos representam uma alternativa atraente para engenheiros e gerentes de projeto que buscam otimizar os custos sem sacrificar a confiabilidade 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 atraente para a redução substancial de custos em sistemas de distribuição elétrica. Essa diferença de preço é particularmente significativa em projetos de grande escala em que o comprimento total dos barramentos pode ser extenso.

No entanto, é fundamental observar que a escolha entre barramentos de cobre e alumínio não deve ser baseada apenas no custo. Fatores como condutividade, expansão térmica, peso e requisitos específicos da aplicação devem ser cuidadosamente considerados. A condutividade mais baixa do alumínio em comparação com a do cobre (cerca de 61% da do cobre) é geralmente compensada pelo uso de uma área de seção transversal maior, o que ainda pode resultar em economia geral de custos.

Este artigo tem como objetivo fornecer uma análise abrangente do desempenho do nosso barramento de alumínio, detalhando suas características elétricas, 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. Ao final desta visão geral, os usuários terão uma compreensão completa dos benefícios e das considerações associadas à implementação de barramentos de alumínio em seus sistemas elétricos.

I. Análise da condutividade de barramentos de alumínio

Nossos barramentos de cobre apresentam uma condutividade excepcional de 99,98%, superando significativamente a faixa padrão do setor de 52% a 85%. Essa condutividade superior garante um ótimo desempenho elétrico e eficiência energética nos sistemas de distribuição de energia.

Para aumentar ainda mais a segurança e a capacidade de condução de corrente, nossos barramentos apresentam uma área de seção transversal ampliada. Essa escolha de design não só melhora o gerenciamento térmico, mas também proporciona um fator de segurança mais alto, crucial para aplicações de alta corrente.

Reconhecendo as considerações econômicas e de peso em determinados projetos, oferecemos barramentos de alumínio como uma alternativa econômica. Essas variantes de alumínio apresentam uma condutividade de ≥61%, que, embora seja 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, aumentamos proporcionalmente a área da seção transversal desses barramentos.

Esse design estratégico garante que a capacidade de condução de corrente e o desempenho geral de segurança de nossos barramentos de alumínio permaneçam no mesmo nível de seus equivalentes de cobre. O aumento da área da seção transversal não só mantém a eficiência elétrica, mas também melhora a dissipação de calor, essencial para a confiabilidade de longo prazo dos sistemas elétricos.

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

II. Análise da densidade de corrente dos barramentos de alumínio

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

Análise da corrente de carga sob 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 maior que a do alumínio. Portanto, com o mesmo peso, a corrente de carga do alumínio excede significativamente a do cobre.

Por exemplo, em um cenário de 1600 A, a corrente de carga do alumínio por unidade de peso é 2,67 vezes maior que a do cobre. Isso 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 condutores de alumínio ou cobre do tipo H-P usados para energia CA trifásica de 50 Hz ou 60 Hz 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 pode ser visto, a impedância do alumínio e do cobre é praticamente a mesma. A baixa impedância pode aumentar a distância de transmissão e melhorar o fornecimento de sinais eficazes.

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: Reatância (Ω/m)

Por exemplo, quando cosφ=0,8:

Pode-se observar 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 afetará o uso normal.

Se o comprimento do barramento for de 100 metros, a diferença entre o alumínio e o cobre para um barramento de 3150 A é de 0,4 V, 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 de temperatura

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

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

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

3150A Barramento:
Padrão nacional para aumento máximo de temperatura permitido: ≤70K

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

Barramento de 5000A:
Padrão nacional para aumento máximo de temperatura permitido: ≤70K

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

Esses dados demonstram que nossos barramentos não apenas cumprem as normas nacionais, mas as superam significativamente, com aumentos de temperatura bem abaixo dos limites máximos permitidos. Esse desempenho superior indica um excelente gerenciamento térmico e uma eficiente capacidade de condução 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. Essa pequena diferença mostra a qualidade excepcional de nossos barramentos de alumínio, que apresentam desempenho térmico quase equivalente ao dos barramentos de cobre.

As implicações desses dados são significativas:

1. Nossos barramentos de alumínio oferecem desempenho térmico comparável ao dos barramentos de cobre, desafiando a percepção tradicional da inferioridade do alumínio em aplicações elétricas.
2. A eficiência térmica de nossos barramentos de alumínio pode oferecer uma alternativa econômica 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 projeto de barramento robusto e escalável, adequado para uma ampla gama de sistemas de distribuição elétrica.

Em conclusão, os barramentos de alumínio da nossa empresa demonstram desempenho térmico equivalente ao dos barramentos de cobre e excedem o desempenho de muitos barramentos de cobre disponíveis no mercado. Essa conquista ressalta nosso compromisso com a inovação e a qualidade na tecnologia de barramento, oferecendo aos clientes soluções econômicas e de alto desempenho para suas necessidades de distribuição elétrica.

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

Quando ocorre uma falha de curto-circuito no circuito da fonte de alimentação, a corrente de curto-circuito no circuito de curto-circuito é de várias a centenas de vezes maior do que a corrente nominal, muitas vezes chegando a vários milhares de amperes.

A corrente de curto-circuito que passa pelos equipamentos e condutores elétricos inevitavelmente gerará uma grande força eletromotriz, e a temperatura do equipamento pode aumentar muito, possivelmente danificando o barramento.

Portanto, 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 mostrados na tabela a seguir:

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

Nosso produto está em total conformidade com o padrão nacional GB7251.2-2006. Nesse sentido, os barramentos de cobre e alumínio têm o mesmo desempenho. Em especial, nossos barramentos foram submetidos a testes no Japão, onde a corrente de teste foi de 240KA.

Consequentemente, o desempenho de nossos barramentos não apenas atende aos padrões nacionais, mas também os excede. Assim, caso ocorra um curto-circuito durante o uso, nossos barramentos podem resistir a testes ainda mais rigorosos.

VII. Aplicações práticas

O alumínio, apesar de seu uso generalizado em vários setores, apresenta desafios únicos quando empregado como condutor elétrico, especialmente em ambientes com alta umidade. Sua suscetibilidade à corrosão decorre de suas propriedades eletroquímicas e interações com as condições atmosféricas. Quando exposto ao ar úmido, especialmente acima do nível crítico de umidade de 65%, o alumínio sofre corrosão acelerada devido à formação de eletrólitos a partir de gases atmosféricos dissolvidos.

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

Nos sistemas de transmissão de energia, essa camada de óxido apresenta riscos significativos. Durante o fluxo de corrente, ela pode levar ao aumento da resistência de contato, resultando em aquecimento localizado nos pontos de conexão. Esse acúmulo térmico não apenas reduz a eficiência energética, mas também representa riscos à segurança, podendo levar a superaquecimento, falha na conexão ou, em casos extremos, incêndios elétricos.

Para atenuar esses problemas e aproveitar as propriedades vantajosas do alumínio, como sua natureza leve e excelente condutividade, foram desenvolvidas técnicas avançadas de tratamento de superfície. Nossos sistemas de barramento empregam um processo especializado de revestimento de estanho, que trata com eficácia as limitações inerentes ao alumínio como condutor. Esse tratamento inovador cria uma barreira protetora que:

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

Ao implementar essa tecnologia de revestimento de estanho, expandimos com sucesso a aplicação do alumínio em sistemas de transmissão de energia, oferecendo uma alternativa econômica e eficiente aos condutores de cobre tradicionais. Essa abordagem não apenas aumenta a vida útil dos barramentos de alumínio, mas também garante uma distribuição de energia mais segura e confiável em várias aplicações industriais e comerciais.