Barres omnibus en aluminium ou en cuivre : quel est le meilleur choix ?

Avec l'escalade des prix des matériaux en cuivre électrolytique, le coût des barres omnibus en cuivre et des systèmes de distribution électrique dans les projets d'ingénierie a considérablement augmenté. Bien que les barres omnibus en cuivre dominent actuellement le marché, il existe une demande croissante d'alternatives rentables qui conservent des performances comparables.

Les barres omnibus en aluminium sont apparues comme une solution très viable, offrant d'excellentes propriétés électriques et thermiques à un coût considérablement réduit. Ces barres constituent une alternative convaincante pour les ingénieurs et les chefs de projet qui cherchent à optimiser les coûts sans sacrifier la fiabilité ou l'efficacité du système.

Actuellement, le prix unitaire des barres omnibus en aluminium est d'environ 50% celui du cuivre, ce qui en fait une option attrayante pour une réduction substantielle des coûts dans les systèmes de distribution électrique. Cette différence de prix est particulièrement significative dans les projets à grande échelle où la longueur totale des barres omnibus peut être importante.

Toutefois, il est essentiel de noter que le choix entre les barres omnibus en cuivre et en aluminium ne doit pas être basé uniquement sur le coût. Des facteurs tels que la conductivité, la dilatation thermique, le poids et les exigences spécifiques de l'application doivent être soigneusement pris en compte. La conductivité plus faible de l'aluminium par rapport au cuivre (environ 61% celle du cuivre) est souvent compensée par l'utilisation d'une plus grande surface de section transversale, ce qui peut encore se traduire par des économies globales.

Cet article vise à fournir une analyse complète des performances de nos barres omnibus en aluminium, en détaillant leurs caractéristiques électriques, mécaniques et thermiques. Nous examinerons comment ces propriétés se comparent à celles des barres omnibus traditionnelles en cuivre et discuterons des applications spécifiques où les barres omnibus en aluminium excellent. À la fin de cet aperçu, les utilisateurs auront une compréhension approfondie des avantages et des considérations associés à la mise en œuvre des barres omnibus en aluminium dans leurs systèmes électriques.

I. Analyse de la conductivité des barres omnibus en aluminium

Nos barres de cuivre présentent une conductivité exceptionnelle de 99,98%, dépassant largement la gamme standard de l'industrie de 52% à 85%. Cette conductivité supérieure garantit des performances électriques et une efficacité énergétique optimales dans les systèmes de distribution d'énergie.

Pour améliorer encore la sécurité et la capacité de transport de courant, nos barres omnibus présentent une section transversale élargie. Ce choix de conception permet non seulement d'améliorer la gestion thermique, mais aussi d'obtenir un facteur de sécurité plus élevé, ce qui est crucial pour les applications à courant élevé.

Conscients des considérations économiques et de poids dans certains projets, nous proposons des barres omnibus en aluminium comme alternative rentable. Ces variantes en aluminium ont une conductivité de ≥61%, qui, bien qu'inférieure à celle de nos options en cuivre, est comparable à celle de certaines barres omnibus en cuivre disponibles sur le marché. Pour compenser la conductivité intrinsèquement plus faible de l'aluminium, nous avons augmenté proportionnellement la surface de la section transversale de ces barres omnibus.

Cette conception stratégique garantit que la capacité de transport de courant et les performances globales de sécurité de nos barres omnibus en aluminium restent équivalentes à celles de leurs homologues en cuivre. L'augmentation de la section transversale permet non seulement de maintenir l'efficacité électrique, mais aussi d'améliorer la dissipation de la chaleur, ce qui est essentiel pour la fiabilité à long terme des systèmes électriques.

En proposant des options en cuivre à haute conductivité et en aluminium optimisé, nous fournissons des solutions polyvalentes qui répondent aux diverses exigences des projets, en équilibrant les performances, les coûts et les considérations de poids sans compromettre la sécurité ou l'efficacité électrique.

II. Analyse de la densité de courant des barres omnibus en aluminium

Comparaison de la densité de courant entre les conducteurs en aluminium et en cuivre (Unité : A/mm²)

Analyse du courant de charge dans des conditions de poids égal :

La densité de l'aluminium est de 2,7 grammes par centimètre cube, tandis que celle du cuivre est de 8,9 grammes par centimètre cube.

La densité du cuivre est environ 3,3 fois supérieure à celle de l'aluminium. Ainsi, à poids égal, le courant de charge de l'aluminium est nettement supérieur à celui du cuivre.

Par exemple, dans un scénario de 1600 A, le courant de charge de l'aluminium par unité de poids est 2,67 fois supérieur à celui du cuivre. Cela réduit considérablement le poids du jeu de barres, ce qui permet d'alléger la charge du bâtiment et de faciliter l'installation lors de la construction.

III. Analyse de l'impédance

Les valeurs d'impédance des conducteurs en aluminium ou en cuivre de type H-P utilisés pour le courant alternatif triphasé de 50 Hz ou 60 Hz sont les suivantes :

Unité : ×10^-4Ω/m

En prenant l'exemple de 1600A, l'impédance du cuivre est la suivante : R : 0,282, X : 0,129, Z : 0,311.

L'impédance de l'aluminium est la suivante R : 0,360, X : 0,107, Z : 0,375. Unité : (10^-4Ω/m).

Comme on peut le constater, l'impédance de l'aluminium et du cuivre est pratiquement la même. Une faible impédance permet d'augmenter la distance de transmission et d'améliorer l'efficacité des signaux.

IV. Analyse de la chute de tension

En termes de chute de tension, la chute de tension de cuivre et aluminium est calculée selon la formule suivante :

Calcul de la chute de tension △V = √3 I (Rcosφ+Xsinφ)

• △V : chute de tension ligne à ligne (V/m)
• I : Courant de charge (A)
• cosφ : Facteur de puissance de la charge
• sinφ : √1- cos2φ
• R : Résistance AC sous courant de charge (Ω/m)

R=R₉₅×(1+α{55×I/I₀+20}²/1+75α)

• R95 : Données du tableau des valeurs d'impédance. (10^-4Ω/m)
• α : Coefficient de température de résistance Cuivre : 3,85×10^-3
• Aluminium : 4.00×10^-3
• I₀: Courant nominal (A)
• X : Réactance (Ω/m)

Par exemple, lorsque cosφ=0,8 :

On peut constater que, bien que la différence de chute de tension entre l'aluminium et le cuivre augmente légèrement avec la croissance du courant, la différence n'est pas très significative et n'affectera pas l'utilisation normale.

Si la longueur du jeu de barres est de 100 mètres, la différence entre l'aluminium et le cuivre pour un jeu de barres de 3150 A est de 0,4 V, ce qui peut être pratiquement ignoré. Par conséquent, en termes de chute de tension, les performances de l'aluminium et du cuivre sont fondamentalement les mêmes.

V. Analyse de l'élévation de la température

Selon la certification du département China Compulsory Certification (CCC), les performances de notre société en matière d'élévation de température des barres omnibus sont conformes aux normes nationales et les dépassent largement :

1600A Barre omnibus :
La norme nationale stipule que l'augmentation de température maximale admissible au point de connexion est ≤70K.

• L'élévation de température la plus élevée de nos barres en aluminium : 49,7 K
• L'élévation de température la plus élevée de notre jeu de barres en cuivre : 43,1 K

3150A Barre omnibus :
Norme nationale pour l'augmentation de température maximale admissible : ≤70K

• L'élévation de température la plus élevée de nos barres en aluminium : 52,8 K
• L'élévation de température la plus élevée de nos barres de cuivre : 51,5K

5000A Barre omnibus :
Norme nationale pour l'augmentation de température maximale admissible : ≤70K

• L'élévation de température la plus élevée de notre jeu de barres en aluminium : 39,4K
• L'élévation de température la plus élevée de nos barres de cuivre : 38,2 K

Ces données démontrent que nos barres omnibus sont non seulement conformes aux normes nationales, mais qu'elles les dépassent largement, avec des hausses de température bien inférieures aux limites maximales autorisées. Ces performances supérieures sont le signe d'une excellente gestion thermique et d'une capacité de transport de courant efficace.

Une observation notable est la différence minime d'élévation de température entre nos jeux de barres en cuivre et en aluminium, allant de seulement 2K à 4K pour tous les calibres d'ampérage. Ce faible écart met en évidence la qualité exceptionnelle de nos jeux de barres en aluminium, dont les performances thermiques sont presque équivalentes à celles des jeux de barres en cuivre.

Les implications de ces données sont importantes :

1. Nos barres omnibus en aluminium offrent des performances thermiques comparables à celles des barres omnibus en cuivre, ce qui remet en cause la perception traditionnelle de l'infériorité de l'aluminium dans les applications électriques.
2. L'efficacité thermique de nos barres omnibus en aluminium peut constituer une alternative économique au cuivre, en particulier dans les applications à fort ampérage où le coût des matériaux est un facteur important.
3. L'élévation de température toujours faible pour différents niveaux d'ampérage suggère une conception robuste et évolutive du jeu de barres, adaptée à une large gamme de systèmes de distribution électrique.

En conclusion, les barres omnibus en aluminium de notre société présentent des performances thermiques équivalentes à celles des barres omnibus en cuivre et dépassent les performances de nombreuses barres omnibus en cuivre disponibles sur le marché. Cette réussite souligne notre engagement en faveur de l'innovation et de la qualité dans la technologie des barres omnibus, en offrant aux clients des solutions performantes et rentables pour leurs besoins en matière de distribution électrique.

VI. Analyse du courant de surcharge de court-circuit admissible

Lorsqu'un défaut de court-circuit se produit dans le circuit d'alimentation, le courant de court-circuit dans le circuit de court-circuit est plusieurs fois, voire des centaines de fois, supérieur au courant nominal, atteignant souvent plusieurs milliers d'ampères.

Le courant de court-circuit qui traverse l'équipement électrique et les conducteurs génère inévitablement une force électromotrice importante, et la température de l'équipement peut augmenter fortement, ce qui risque d'endommager le jeu de barres.

Par conséquent, le jeu de barres doit pouvoir supporter le courant de court-circuit exigé par la norme nationale.

Après l'essai de type CCC, les résultats de l'essai de résistance à court terme des barres omnibus en aluminium de notre société sont indiqués dans le tableau suivant :

Tableau comparatif des performances des essais de court-circuit pour les barres omnibus en cuivre et en aluminium

Notre produit est entièrement conforme à la norme nationale GB7251.2-2006. À cet égard, les barres omnibus en cuivre et en aluminium ont les mêmes performances. En particulier, nos barres omnibus ont été testées au Japon, où le courant d'essai était de 240 kA.

Par conséquent, les performances de nos jeux de barres répondent non seulement aux normes nationales, mais les dépassent également. Ainsi, en cas de court-circuit lors de l'utilisation, nos jeux de barres peuvent résister à des tests encore plus sévères.

VII. Applications pratiques

L'aluminium, malgré son utilisation répandue dans diverses industries, présente des défis uniques lorsqu'il est utilisé comme conducteur électrique, en particulier dans des environnements à forte humidité. Sa susceptibilité à la corrosion découle de ses propriétés électrochimiques et de ses interactions avec les conditions atmosphériques. Lorsqu'il est exposé à l'air humide, en particulier au-dessus du niveau d'humidité critique de 65%, l'aluminium subit une corrosion accélérée due à la formation d'électrolytes à partir des gaz atmosphériques dissous.

Le processus de corrosion est encore aggravé par des réactions galvaniques lorsque l'aluminium entre en contact avec des métaux différents, en raison des différences de potentiel des électrodes standard. En outre, les impuretés présentes dans l'aluminium peuvent déclencher des réactions microcellulaires localisées, ce qui compromet encore davantage son intégrité. Au fur et à mesure que la corrosion progresse, un film d'oxyde se forme sur la surface de l'aluminium, qui, bien que potentiellement protecteur dans certains scénarios, peut être problématique dans les applications électriques.

Dans les systèmes de transmission d'énergie, cette couche d'oxyde présente des risques importants. Lors du passage du courant, elle peut entraîner une augmentation de la résistance de contact, ce qui se traduit par un échauffement localisé au niveau des points de connexion. Cette accumulation thermique réduit non seulement l'efficacité énergétique, mais pose également des problèmes de sécurité, pouvant entraîner une surchauffe, une défaillance de la connexion ou, dans des cas extrêmes, des incendies électriques.

Pour atténuer ces problèmes et exploiter les propriétés avantageuses de l'aluminium, telles que sa légèreté et son excellente conductivité, des techniques avancées de traitement de surface ont été mises au point. Nos systèmes de barres omnibus utilisent un procédé d'étamage spécialisé qui permet de remédier efficacement aux limites inhérentes à l'aluminium en tant que conducteur. Ce traitement innovant crée une barrière protectrice qui :

1. Empêche l'exposition directe de l'aluminium aux environnements corrosifs
2. Réduit la résistance de contact aux points de connexion
3. Améliore la fiabilité à long terme et la stabilité des performances
4. Améliore les caractéristiques de dissipation de la chaleur

En mettant en œuvre cette technologie d'étamage, nous avons réussi à étendre l'application de l'aluminium dans les systèmes de transmission d'énergie, en offrant une alternative rentable et efficace aux conducteurs traditionnels en cuivre. Cette approche permet non seulement de prolonger la durée de vie des barres omnibus en aluminium, mais aussi de garantir une distribution d'énergie plus sûre et plus fiable dans diverses applications industrielles et commerciales.