Diskuterar om LV och HV-elektriska kablar

Figur 2 - Högspänningskabelns tvärsnitt

Utrymmet är verkligen ett kritiskt kriterium när man diskuterar elektriska kablar och ledningar. I en lågspännings (LV) plastmantlad kabel med ledartvärsnitt upp till 10 mm2 per ledare eller i högspänningsledningar (HV)figur 2), är lejonens andel av tvärsnittsytan upptaget av det isolerande materialet.

Om aluminium snarare än koppar används som ledarmaterial, krävs ytterligare tvärsnittsarean mer eller mindre försumbart i jämförelse.

Vänster: Figur 3 - Mineralisolerade kablar; Höger: Figur 4 - Strukturen av brandbeständig plastbelagd kabel och mineralisolerad kabel

Det är åtminstone situationen för konventionella plastbelagda kablar. Mineralisolerade kablar och ledningar (Figur 3) är inte bara helt brandsäkra, de tar också upp mycket mindre utrymme (Figur 4) än konventionella plastmantlade kablar.

För en tid var dessa mineralisolerade kablar även utrustade med en aluminiumskede, men det blev aldrig etablerat och kopparmantel förblir normen.

Och i de flesta europeiska länder används koppar fortfarande övervägande, om inte exklusivt för elektrisk installation arbeta i byggnader.

Så varför är det att de flesta europeiska standarder inte tillåter användning av aluminiumledare med tvärsnitt upp till 16 mm² (eller i vissa fall) upp till 10 mm²?

Det finns tre huvudorsaker:

1 Även om aluminium är ganska flexibel, är det inte såduktil som koppar Ändarna av stif-trådar som läggs i väggar t.ex. eftersom anslutningar till inloppsuttag eller vägguttag tenderar att bryta efter att de upprepade gånger böjts fram och tillbaka. Detta kan vara problematiskt om den överhängande sprickpunkten är belägen inuti isoleringsmanteln och om tråden fortsätter att användas. I sådana fall kan felet förbli oupptäckt tills kabeln måste bära en stor ström (det vill säga en nära den nominella maxströmmen) och även om det kan vara år innan denna situation uppstår, kommer ledarmaterialet att smälta vid sprickpunkt och långvarig bågning kan uppstå.

I värsta fall kan detta leda till att aluminiumet brinner och brinner som en säkringsledning.

2 Vid exponering för luft, ytan av aluminiumblir snabbt täckt av ett hårt, slitstarkt oxidskikt som inte leder elektricitet, vilket gör det svårare att säkerställa elektrisk kontakt. Uppbyggnad av oxid vid punkter där aluminiumtrådarna är avslutade eller anslutna kan öka ledarens lokala elektriska motstånd. Det ökade motståndet kan orsaka förhöjda temperaturer med risk för värmeskador på isoleringsmaterialen och eventuellt brand.

Koppar genomgår också oxidation vid exponering för luft, men kanske överraskande hindrar oxidskiktet inte elektrisk kontakt, även om kopparoxiderna (CuO och Cu₂O) har ledningsförmågor ungefär 13 storleksordningar mindre än elementärt koppar och kan därför knappast beskrivas som elektriska ledare.

3 Aluminium har en benägenhet att genomgå långsammaterialkryp. När det utsätts för höga tryck kommer materialet att ge över tiden. Ett resultat av detta är att ursprungligen täta anslutningar gradvis kan bli lös.

Anslutningsteknik är tillgänglig som kan hanteramed detta problem och det är värt att investera extra kostnader och kostnader för installationer som involverar relativt få anslutningspunkter (t ex HV-överföringsledningar), men inte för mer komplexa grenade nätverk, såsom de som finns i byggnader.

Avslutande…

På grund av den andra av de tre ovannämnda problemen bör anslutningar med ändar av aluminiumledare alltid göras som snäva skruvförband.

Tyvärr är det tredje problemet som diskuterats ovaninnebär att dessa leder ofta inte är permanenta. Fjäderkontakter kan vara till hjälp, men de tenderar att dra nytta av problemen med de isolerande aluminiumoxidskikten. I båda fallen är resultatet en långsam ökning av kontaktmotståndet vid anslutningspunkten och därigenom en ökad risk för brand.

Lyckligtvis finns metoder nu tillgängliga för att säkerställa korrekt elektrisk kontakt mellan dessa äldre "skyddad"Installationer och nyare elektriska system. Dessa kontakter kombinerar fjäderbelastade kontakter med en speciell kontaktpasta gjord av fett och skarpa metallpartiklar.

När anslutningen görs penetrerar partiklarna det befintliga aluminiumoxid skikt medan fettet skyddar kontaktytan från förnyad korrosion.

Figur 6 - Endast i lågspänningsströmkablar utgör ledarmaterialet det mesta av kabelns totala tvärsnittsarea

Koppar är också det föredragna ledarmaterialeti högspänningskablar. Även om användningen av aluminium skulle resultera i endast en liten ökning av det övergripande ledartvärdet, är isoleringsmaterialen och den yttre skärmen som krävs för HV-kablar dyra och den större totala tvärsnittsarean hos kabeln skulle avbryta besparingarna av med hjälp av det billigare ledarmaterialet - i motsats till situationen med lågspännings-strömkablar (Figur 6).

Om aluminium väljs som ledarmaterial, kommer behandlingen av skrotkabeln i slutet av dess (till synes långa) livslängd att involvera det ytterligare steget att separera de två materialen.

Omkring 45% av koppar som krävs idag ärgenererade av skrot, och de produkter för vilka det används (kablar, transformatorer, vattenrör eller röda ng) kommer att förbli i bruk under lång tid, i genomsnitt cirka fyrtio år. För fyrtio år sedan var efterfrågan på koppar bara ungefär hälften av vad det är idag.

Det följer att cirka 90% av koppar som användes vid den tiden fortfarande används idag. Detta gäller lika med aluminium och andra metaller. Metaller förbrukas inte, de används.