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Diskussion über elektrische Kabel von LV und HV

Querschnitt der Hochspannungskabel

Abbildung 2 - Querschnitt der Hochspannungskabel

Der Raum ist wirklich ein kritisches Kriterium bei der Diskussion Stromkabel und Drähte. In einem Niederspannungskabel (LV) mit Kunststoffmantel mit Leiterquerschnitten von bis zu 10 mm2 pro Leiter oder in Hochspannungskabeln (HV) (Figur 2), der Löwenanteil der Querschnittsfläche wird vom Isoliermaterial eingenommen.

Ob Aluminium Anstelle von Kupfer als Leitermaterial ist die zusätzlich benötigte Querschnittsfläche mehr oder weniger vernachlässigbar.

Abbildungen 3, 4 - Struktur mineralisolierter Kabel

Links: Abbildung 3 - Mineralisolierte Kabel; Rechts: Abbildung 4 - Der Aufbau von feuerfesten, kunststoffbeschichteten Kabeln und mineralisolierten Kabeln


Dies ist zumindest bei herkömmlichen kunststoffbeschichteten Kabeln der Fall. Mineralisolierte Kabel und Drähte (Figur 3) sind nicht nur absolut feuerfest, sie benötigen auch viel weniger Platz (Figur 4) als herkömmliche Kabel mit Kunststoffummantelung.

Diese mineralisolierten Kabel waren zeitweise sogar mit einer Aluminiumummantelung ausgestattet, die sich jedoch nie etablierte, und Kupferummantelungen bleiben die Norm.


Und in den meisten europäischen Ländern wird Kupfer überwiegend, wenn auch nicht ausschließlich, verwendet Elektroinstallation Arbeit in Gebäuden.

Warum ist es so, dass die meisten europäischen Normen die Verwendung von Aluminiumleitern mit Querschnitten bis zu 16 mm nicht zulassen?2 (oder in einigen Fällen) bis zu 10 mm2?

Es gibt drei Hauptgründe:

1 Obwohl Aluminium ziemlich duktil ist, ist es nicht soduktil wie Kupfer. Die Enden von Steifdrähten, die in Wänden verlegt sind, z. Anschlüsse an Unterputzdosen oder Wandauslässe neigen dazu, nach wiederholtem Hin- und Herbiegen zu brechen. Dies kann problematisch sein, wenn sich der bevorstehende Bruchpunkt innerhalb der Isolierhülle befindet und der Draht weiter verwendet wird. In solchen Fällen kann der Fehler unerkannt bleiben, bis der Draht einen ansehnlichen Strom (dh einen Strom in der Nähe seines maximalen Nennstroms) führen muss. Obwohl dies Jahre dauern kann, wird dies eintreten Bruchpunkt und anhaltende Lichtbogenbildung können auftreten.

Aluminium neigt auch dazu, diese lokalen zu bildenVerengungen leichter als Kupfer und da es einen niedrigeren Schmelzpunkt und einen niedrigeren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten als Kupfer hat, tritt diese Art des lokalen Schmelzens in Drähten und Kabeln mit Aluminiumleitern leichter auf.

Im schlimmsten Fall kann dies dazu führen, dass das Aluminium in Brand gerät und wie ein Sicherungsdraht brennt.

2 Wenn er der Luft ausgesetzt ist, besteht die Oberfläche aus Aluminiumwird schnell von einer harten, dauerhaften Oxidschicht bedeckt, die keinen Strom leitet, wodurch es schwieriger wird, den elektrischen Kontakt sicherzustellen. Der Oxidaufbau an Stellen, an denen Aluminiumdrähte abgeschlossen oder verbunden sind, kann den lokalen elektrischen Widerstand des Leiters erhöhen. Die erhöhte Beständigkeit kann zu erhöhten Temperaturen mit der Gefahr von Wärmeschäden an den Dämmstoffen und möglicherweise zu Bränden führen.

Kupfer unterliegt auch einer Oxidation, wenn es der Luft ausgesetzt wird, aber überraschenderweise verhindert die Oxidschicht keinen elektrischen Kontakt, obwohl die KupferoxideCuO und Cu2O) haben etwa 13 Größenordnungen weniger Leitfähigkeit als elementares Kupfer und können daher kaum als elektrische Leiter bezeichnet werden.

3 Aluminium neigt dazu, sich langsam zu unterziehenMaterial kriechen. Wenn das Material hohen Drücken ausgesetzt wird, wird es mit der Zeit nachgeben. Ein Ergebnis davon ist, dass sich ursprünglich feste Verbindungen allmählich lösen können.

Es gibt Anschlusstechnik, mit der man umgehen kannBei diesem Problem lohnt es sich, die zusätzlichen Kosten und den Aufwand für Installationen mit relativ wenigen Verbindungspunkten (z. B. Hochspannungsfreileitungen) zu investieren, nicht jedoch für komplexere verzweigte Netzwerke, wie sie beispielsweise in Gebäuden zu finden sind.

Abschließend…

Wegen des zweiten der drei oben genannten Probleme sollten Verbindungen mit den Enden von Aluminiumleitern immer als feste Schraubkontakte hergestellt werden.

Leider wurde das dritte Problem oben diskutiertbedeutet, dass diese Verbindungen oft nicht dauerhaft sind. Federkontakte können hilfreich sein, leiden jedoch unter den Problemen, die mit den isolierenden Aluminiumoxidschichten verbunden sind. In beiden Fällen führt dies zu einem langsamen Anstieg des Kontaktwiderstandes an der Verbindungsstelle und damit zu einer erhöhten Brandgefahr.

Die Vorschriften des Großvaters schützen weiterhinältere Aluminiuminstallationen in Ostdeutschland und in den meisten Ländern Osteuropas. Der einzige wirkliche Schutz, den diese Art von Regulierung bietet, ist der Schutz vor Verbesserungen.

Glücklicherweise gibt es jetzt Methoden, um einen ordnungsgemäßen elektrischen Kontakt zwischen diesen älterengeschützt„Installationen und neuere elektrische Systeme. Diese Steckverbinder kombinieren federbelastete Kontakte mit einer speziellen Kontaktpaste aus Fett und scharfen Metallpartikeln.

Wenn die Verbindung hergestellt ist, dringen die Partikel in das Vorhandene ein Aluminium Oxid Die Fettschicht schützt die Kontaktfläche vor erneuter Korrosion.

Abbildung 6 - Niederspannungs-Hochstromkabel

Abbildung 6 - Nur bei Niederspannungs-Hochstromkabeln macht das Leitermaterial den größten Teil des gesamten Querschnitts des Kabels aus


Kupfer ist auch das bevorzugte Leitermaterialin Hochspannungskabeln. Obwohl die Verwendung von Aluminium nur zu einer geringfügigen Erhöhung des Gesamtleiterquerschnitts führen würde, sind die für HV-Kabel erforderlichen Isoliermaterialien und die äußere Abschirmung teuer, und der größere Gesamtquerschnitt des Kabels würde die dadurch erzielten Einsparungen aufheben Verwendung des billigeren Leitermaterials - im Gegensatz zu Niederspannungskabeln (Abbildung 6).

Es ist auch erwähnenswert, dass die Kabelschirmung ist immer aus kupfer, weil es das einzige Material ist, das für die Arbeit geeignet ist.

Wenn Aluminium als Leitermaterial gewählt wird, bedeutet die Verarbeitung des Schrottkabels am Ende seiner (zugegebenermaßen langen) Lebensdauer den zusätzlichen Schritt der Trennung der beiden Materialien.

Reines Kupfer hat praktisch ein Material unendliche Lebensdauer. Es kann unbegrenzt oft aufgearbeitet werden, ohne dass ein Qualitätsverlust auftritt.

Etwa 45% des heute benötigten Kupfers sindSie werden aus Schrott erzeugt und die Produkte, für die sie verwendet werden (Kabel, Transformatoren, Wasserleitungen oder Rohrleitungen), werden lange Zeit verwendet, im Durchschnitt etwa vierzig Jahre. Vor vierzig Jahren war die Nachfrage nach Kupfer jedoch nur etwa halb so groß wie heute.

Daraus folgt, dass heute noch etwa 90% des Kupfers verwendet wird. Dies gilt gleichermaßen für Aluminium und andere Metalle. Metalle werden nicht verbraucht, sie werden verwendet.

QUELLE: Praktische Anwendungen elektrischer Leiter - Stefan Fassbinder
Bemerkungen: