النحاس أو الألومنيوم؟ أي واحد لاستخدام ومتى؟

بصرف النظر عن الموصلية الكهربائية ، وتختلف خصائص النحاس والألومنيوم الأخرى ذات الأهمية التكنولوجية اختلافًا كبيرًا (الكثافة مثال واضح) ، حيث كانت مجالات تطبيقها مميزة دائمًا. ولم يتغير الكثير أو من المحتمل أن يتغير في هذا الصدد.

التطور الوحيد الجديد في السنوات الأخيرة كان إدخال النحاس المصبوب أقفاص الدوار.

هناك أشرطة نحاسية وأشرطة ألمنيوم ... وأشرطة نحاسية مصنوعة من الألومنيوم

هناك بالفعل ثلاثة مجالات فقط ، أربعة الآن ، في الهندسة الكهربائية يتنافس فيها الألومنيوم والنحاس في قطاعات السوق نفسها:

الاستخدامات العملية للنحاس والألومنيوم في قطاع الهندسة الكهربائية - المناطق التي يمكن أن تستخدم فيها المعادن نادرة

كابلات الجهد المنخفض و الجهد المتوسط

كابلات الجهد المتوسط

القرار هنا هو الذي هو أقل من اثنينالشرور: أكبر كابل المقطع العرضي أو أعلى كابل الوزن؟ وبصفة عامة ، فإن كابل الألومنيوم يكون أرخص بكثير. ومع ذلك ، لا يزال من الجدير بالذكر أن الكبل النحاسي أكثر قابلية للدوام وأقل عرضة لمشاكل التلامس الكهربائي ، وبالتالي يوفر هامش أمان أكبر من كبل الألومنيوم المقابل. نظرًا لصغر حجم المقطع العرضي ، سيكون تركيب الكابل النحاسي أسهل أيضًا لأن صلابة الكبل تعتمد على مربع المنطقة المستعرضة وبالتالي على القوة الرابعة للقطر!

من الممكن أيضًا أن تقطعت بهم السبلالكابلات النحاسية؛ لا يتوفر كابل الألمنيوم الذي تقطعت به السبل إلا في المناطق المستعرضة الاسمية التي لا تقل عن 10 مم 2 ولا تزال السلاسل المفردة سميكة للغاية مقارنة بتلك الموجودة في الكابلات النحاسية ذات الحجم المماثل. لأسباب تقنية ، لا تتوفر إلا الموصلات المسماة بـ "الذين تقطعت بهم السبل بشكل جيد" و "خارج السلاسل الدقيقة" فقط في النحاس.

نتيجة لذلك ، أفضل الموصلات الألومنيومالمتاحة هي أكثر صلابة بكثير من أرقى الموصلات النحاسية وهذا الاختلاف أدى في بعض الأحيان إلى بعض المفاجآت باهظة الثمن. على الورق ، قد يكون موصل الألومنيوم أرخص في الشراء ، لكن ذلك لا يأخذ في الاعتبار التكلفة الإضافية والجهد المبذول في تركيب كابلات الألومنيوم الأقل مرونة.

الكابلات تحت الأرض المستخدمة في محطة كهرباء Dietlikon في سويسرا - حل وسط يجمع بين الخصائص التكنولوجية للنحاس وسعر الألومنيوم

في الآونة الأخيرة ، ظهر كبل Cu-Al كحل وسط ، ويتم استخدامه في أداة Dietlikon الكهربائية في سويسرا ككابل تحت الأرض في شبكات التوزيع ذات الجهد المنخفض.

ممثل من مصنع Swiss Dietlikonقدم عرضًا تقديميًا عن المنتج والمفهوم الأساسي بعد دعوته لحضور اجتماعات لجنة DKE 712 "أمان تكنولوجيا المعلومات والمنشآت بما في ذلك الربط والتأريض المتساوي" (DKE: اللجنة الألمانية لتكنولوجيا الكهرباء والإلكترونيات والمعلومات).

إن خدمة كهرباء Dietlikon هي الأولىمشغل شبكة توزيع معروف يقوم بتحويل شبكة التوزيع الخاصة به بشكل منتظم إلى نظام TN-S من خمسة أسلاك - العمل الذي لا ينفّذه بالطبع إلا أثناء عمليات الإصلاح وتوسعات الشبكة والتركيبات الجديدة.

في هذا الكابل الجديد ، موصلات المرحلة لديهانفس المقطع العرضي للموصل المحايد ، مما يساعد على تحقيق هيكل كابل متماثل. موصلات الطور مصنوعة من الألومنيوم ، في حين أن الموصلات المحايدة ذات نفس القطر من النحاس ، مما يتيح لها أن تحمل تيارًا أكبر وبالتالي تجعل الكبل أكثر ملاءمة للتعامل مع مشاكل التلوث التوافقي التي تناقشها اليوم بشكل شائع.

تم تكوين الموصل الأرضي الواقي في هذه الحالة كدرع من الأسلاك النحاسية المحيطة ، والذي يوفر تناسقًا أعلى و EMC أعلى من الموصل الخامس التقليدي.

محولات

يوفر اتصال النحاس الفائق موثوقية عالية

مشكلة لف الفضاء ليست حادة في المحولات كما في محركات كهربائية، وهذا هو السبب في استخدام الألومنيوم يمكن على الأقلأن تؤخذ بعين الاعتبار. في الواقع ، يجب أن يكون لقناة التسرب الرئيسية ، أي الفجوة بين لفات الجهد العالي والجهد المنخفض ، حجم معين للأسباب الثلاثة التالية: العزل ، الحد من تيار الدائرة القصيرة ، والتبريد.

ومع ذلك ، محول مع اللفات الألومنيومستكون أكبر إذا كان يتم الاحتفاظ بفقدان الطاقة وجميع البيانات التشغيلية الهامة الأخرى ، مثل الجهد الكهربائي للدارة القصيرة ، عند نفس مستوى المحول المكافئ مع اللفات النحاسية (بعد كل شيء ، هذا هو ما نعنيه عندما نقول محولين متكافئة). ومع ذلك ، فإن الوزن الكلي للمحولات ذات الحجم الهامشي مع لفائف الألومنيوم سيكون أقل قليلاً.

الاختلافات في التخصيم مانو يكلف كثيراإلغاء بعضها البعض وفي رأي عدد من شركات التصنيع التي تحظى باحترام كبير ، فإن اختيار مواد الموصلات هو في الأساس مسألة فلسفة الشركة.

القضبان

بسبار النحاس اثنين

في هذا التطبيق ، تزن المتطلبات المكانية بدرجة أقل في عملية صنع القرار ، لكنها لا تزال عاملاً. ثانيا، بسبار تتميز التطبيقات بكمية كبيرة من المواد الموصلة وكمية صغيرة من المواد العازلة في مساحة صغيرة. هذا يسلط الضوء على الاختلافات في أسعار المواد.

ثالثا ، العدد الكبير للكهرباءتعني الاتصالات ضمن هذا المجلد الصغير أن مشكلات الاتصال كما هو مشترك مع الألومنيوم أكثر وضوحًا في مثل هذه التطبيقات. عندما تؤخذ كل هذه الجوانب في الاعتبار ، فإننا نترك حالة من الجمود ، ويصبح السؤال عن أي مادة يتم اختيارها فلسفيًا تقريبًا. ومع ذلك ، من المهم التأكد من عدم الخلط بين الأسعار والتكاليف. إذا تم اعتبار السعر هو المعيار الرئيسي للاختيار ، يميل الألومنيوم عمومًا إلى تفضيله. ولكن إذا تم أخذ جميع التكاليف (بما في ذلك التكاليف التشغيلية) في الاعتبار ، فقد تبين عادة أن الألومنيوم يمكنه تعلم شيء أو اثنين من النحاس.

النحاس ويبدو أيضا لديه مظهر أفضل ،لأن بعض قضبان الألمنيوم المتاحة مغلفة بالنحاس - ليس لتحسين التلامس الكهربائي (لأن الحفر واللكم والبراغي سوف تلحق الضرر بأي حال بالطبقة النحاسية) ، ولكن ببساطة لأسباب جمالية.

مجال Aluminium بلا منازع هو مجال النفقات العامةلا تكون للكابلات عالية الجهد ، حيث تتطلب حيزًا ، أي أهمية ولكن حيث يلعب الوزن دورًا مهمًا. يعني انخفاض قوة alu minium أن كبلات الموصل بحاجة إلى تعزيز مع نواة فولاذية ، لكن هذا لا يغير من حقيقة أنه يمكن إنتاج الكابلات بتكلفة منخفضة وأنه يمكن فصل هاتين المادتين بسهولة عن بعضها البعض مغناطيسيًا عند فكهما .

الطلاء والهموم البيئية

كل من الألومنيوم والنحاس سوف تتأكسد عندماتتعرض للغلاف الجوي. أكاسيد ، كلوريد ، أو كبريتيدات المعدن الأساس أكثر موصلة للنحاس من الألمنيوم. للحصول على وصلة ألمنيوم منخفضة المقاومة ، يجب أن تكون موصلات قضبان الألومنيوم مطلية لتقليل الأكسدة. القلق بشأن الأكسدة بعيدا عن المفصل ليست مشكلة وسوف تعمل على حماية الموصل من مزيد من التآكل في معظم البيئات. تعتمد موصلات ناقل الألمنيوم على الطلاء لضمان سلامة التوصيل الكهربائي.

الموصلات الألومنيوم والنحاس وعادة ما تكونمطلي بالفضة أو القصدير. بشكل عام ، يتم تثبيط التوصيل المربوط من الألومنيوم غير المصقول إلى قضبان ناقل النحاس. يتم إجراء معظم اتصالات Al to Cu من خلال تطبيق الطلاء الفضي أو القصدير على المناطق المشتركة لأي من الموصلات أو كلاهما.

وجود كبريتيد الهيدروجين (H2S) فيالجو هو مصدر القلق الرئيسي للنحاس والمعادن الأساسية والفضة. كلاهما يتآكل بشدة في تركيز منخفض نسبياً لـ H2S والأكثر كثافة في المواقع التي عادة ما تكون فيها درجة حرارة مرتفعة أثناء تنشيط المعدات. عمليتان تنشطان في نفس الوقت ، التآكل العام للفضة والتآكل الزاحف للنحاس. يستخدم الطلاء الفضي على نطاق واسع في جهات الاتصال والأجزاء الموصلة الأخرى في المعدات الكهربائية بسبب الموصلية الفائقة ومقاومة التآكل وطول العمر.

يوجد كبريتيد الهيدروجين عادة في المصانع الكيماوية ومصافي النفط ومصانع الصلب ومصانع اللب والورق ومرافق معالجة مياه الصرف.

في بيئة H2S خيوط معدنية (شعيرات)البدء في النمو بمجرد تشكيل طبقة سميكة بما فيه الكفاية من كبريتيد الفضة. ينتج عن هذا التآكل الفضي مقاومة عالية تنتج مزيدًا من الحرارة ، مما يحفز بشكل أكبر على تلطيخ ونمو الشعيرات. هذه العملية إذا سمح لها بالمواصلة تؤدي إلى فشل بسبب الإفراط في التدفئة أو ماس كهربائى.

يعرض طلاء الصفيح حماية بيئية جيدة وهو حل عملي لمشكلة التآكل في النحاس والنحاس المطلي بالفضة H2S