Mengapa perdebatan antara paduan aluminium dan konduktor tembaga begitu penting dalam industri listrik? Sebagai bahan konduktor, keduanya memiliki manfaat dan kekurangan yang unik. Artikel ini mengeksplorasi kinerja, efektivitas biaya, dan aplikasi dari bahan-bahan ini, memberikan wawasan tentang sifat mekanik dan listriknya. Pembaca akan memahami bagaimana paduan aluminium muncul sebagai alternatif yang layak untuk tembaga, yang berpotensi mengubah sistem transmisi dan distribusi daya. Selami untuk mempelajari konduktor mana yang dapat memimpin masa depan infrastruktur listrik.
Penggunaan tembaga oleh manusia dapat ditelusuri kembali ke 10.000 tahun yang lalu. Sebuah artefak - penutup telinga dari tembaga - yang berasal dari 8.700 tahun yang lalu ditemukan di Irak utara, dan peralatan perunggu telah ada di Tiongkok lebih dari 4.000 tahun yang lalu selama era Xia Yu.
Penggunaan tembaga sebagai konduktor telah berlangsung lebih dari 200 tahun sejak penemuan dan penerapan listrik pada akhir abad ke-18.
Aluminium, logam yang relatif muda, dikenal sebagai "emas perak" pada pertengahan abad ke-19, lebih berharga daripada emas, hingga tahun 1886 ketika ilmuwan Amerika, Hall, secara mandiri mengembangkan metode aluminium elektrolitik, yang membuka jalan bagi produksi industri.
Penggunaan aluminium sebagai konduktor dimulai pada tahun 1896, ketika Sir William Crookes dari Inggris memasang kawat aluminium terdampar di atas kepala yang pertama di dunia di Bolton.
Pada tahun 1910, Hupp dari Asosiasi Aluminium Amerika menemukan kawat pilin aluminium inti baja, yang dipasang di atas Air Terjun Niagara. Sejak saat itu, saluran transmisi tegangan tinggi di atas kepala secara bertahap digantikan oleh kawat berinti baja beruntai aluminium.
Selain itu, negara-negara industri Barat mulai menggunakan konduktor aluminium untuk menggantikan konduktor tembaga sebagai kabel distribusi pada tahun 1910.
Saat ini, sekitar 14% aluminium yang diproduksi di dunia digunakan sebagai bahan listrik, dengan Amerika Serikat memimpin dalam penggunaan aluminium pada kabel listrik, mencapai sekitar 35%.
Jumlah aluminium yang digunakan oleh departemen kelistrikan China menyumbang sekitar sepertiga dari total konsumsi aluminium, terutama digunakan untuk transmisi tegangan tinggi, sedangkan proporsi konduktor aluminium yang digunakan dalam distribusi kurang dari 5%. Penggunaan tembaga atau aluminium sebagai konduktor dipengaruhi oleh kondisi historis, nasional, dan sumber daya.
Pada tahun 1950-an, dengan kenaikan harga tembaga yang cepat, industri kawat dan kabel global mengusulkan untuk mengganti tembaga dengan aluminium. Untuk mencapai performa listrik yang sama, luas penampang konduktor aluminium harus dua tingkat lebih besar atau bertambah 50% dibandingkan dengan konduktor tembaga.
Pada tahun 1960-an dan 1970-an, untuk alasan yang sama, proposal untuk mengganti tembaga dengan aluminium dibuat. Dari tahun 2005 hingga saat ini, proposal untuk mengganti tembaga dengan aluminium telah diajukan lagi.
Dengan kemajuan teknologi, kali ini mengganti tembaga dengan aluminium terutama mengacu pada penggantian tembaga dengan paduan aluminium. Bagaimana prospek mengganti tembaga dengan aluminium? Kita perlu memahami lebih lanjut tentang sifat-sifat paduan aluminium, tembaga, dan aluminium.
| Kinerja | Aluminium | Aluminium | Tembaga | Tembaga | |
| Anil (0) | Keras (H8) | Anil | Keras | ||
| Berat Atom | 26.98 | 63.54 | |||
| Kepadatan / kgm-3 | 2700 | 8890 | |||
| Resistivitas / nΩ-m | 27.8 | 28.3 | 17.24 | 17.77 | |
| Konduktivitas / %IACS | 62 | 61 | 100 | 97 | |
| Koefisien Resistansi Suhu / (nΩ-m) - K-1 | 0.1 | 0.1 | 0.09825 | 0.09525 | |
| Kekuatan Tarik/MPa | 80-110 | 150-200 | 200-270 | 350470 | |
| Modulus Young/GPa | 63 | 63 | 120 | 120 | |
| Koefisien Ekspansi Linier / × 10-6K-1 | 23 | 23 | 17 | 17 | |
| Kapasitas Panas Spesifik | /J (kg-K)-1 | 900 | 392 | ||
| / J (℃ -cm3)-1 | 2.38 | 3.42 | |||
| Konduktivitas Termal / W- (m-K) | 231 | 436 | |||
| Ketahanan Termal / K-W-1 | 0.491 | 0.259 | |||
| Potensial Elektroda Merkurius / V | -0.75 | -0.22 | |||
| Kekerasan Brinell | 25 | 45 | 60 | 120 | |
| Titik leleh/℃ | 600 | 1083 | |||
| Panas leleh/ × 105J - kg-1 | 3.906 | 2.142 | |||
Catatan: Data berasal dari edisi kedua dari "Aluminium Alloy and Its Processing Handbook".
Dari perspektif standar produksi kabel, semua produksi kabel daya mengikuti GB12706.1-2008 "Kabel dan Aksesori Daya Berinsulasi Ekstrusi dengan Tegangan Pengenal 1kV (Um = 1,2kV) hingga 35kV (Um = 40,5kV): Bagian 1: Kabel dengan Tegangan Pengenal 1kV (Um = 1.2kV) dan 3kV (Um = 3.6kV)", di mana konduktor kabel diproduksi sesuai dengan GB / T3956-2008.
GB/T3956-2008 "Konduktor Kabel" memiliki peraturan eksplisit, yang mengizinkan penggunaan konduktor tembaga anil berlapis logam atau non-logam, konduktor aluminium atau paduan aluminium jenis pertama atau kedua.
Kekuatan tarik dan konduktivitas listrik dari aluminium listrik
| Status | σb/MPa | Resistivitas Maksimum (Ω-mm2/m) | Konduktivitas (Minimum) / %IACS |
| 1350-0 | 58.3~98 | 0.027899 | 61.8 |
| 1350-H12 atau H22 | 82.3~117.6 | 0.028035 | 61.5 |
| 1350-H14 atau 24 | 102.9~137.2 | 0.028080 | 61.4 |
| 1350-H16 atau 26 | 117.6~150.9 | 0.028126 | 61.3 |
| 1350-H19 | 161.7~198.9 | 0.028172 | 61.2 |
Catatan: Data berasal dari edisi kedua dari "Aluminium Alloy and Its Processing Handbook."
Pada tahun enam puluhan dan tujuh puluhan, harga tembaga global melonjak. Karena faktor politik, tembaga diatur sebagai bahan strategis, dan di dalam negeri, aluminium secara luas digunakan sebagai bahan konduktor utama untuk kabel transmisi.
Kebijakan "mengganti tembaga dengan aluminium" menjadi kebijakan teknis yang umum dalam industri listrik, dengan penggunaan kabel konduktor tembaga yang memerlukan aplikasi laporan.
Oleh karena itu, jalur utama dan jalur cabang bangunan sipil semuanya menggunakan kabel aluminium murni. Kerugian konduktor aluminium murni (AA1350) terutama tercermin dalam aspek-aspek berikut:
(1) Kekuatan mekanis yang buruk, mudah rusak,
(2) Rentan merayap, sehingga memerlukan pengencangan sekrup yang sering,
(3) Mudah mengalami panas berlebih saat kelebihan beban, sehingga menimbulkan risiko keselamatan,
(4) Masalah koneksi transisi antara tembaga dan aluminium tidak ditangani dengan baik.
Masalah-masalah ini tidak hanya dihadapi di dalam negeri, tetapi juga lazim terjadi di industri kabel global. Namun, dengan peningkatan hubungan internasional dan implementasi reformasi dan keterbukaan Tiongkok, kami dapat mengimpor sejumlah besar sumber daya tembaga dari luar negeri, dan perbedaan harga antara tembaga dan aluminium menjadi tidak signifikan, yang mengarah pada penghapusan bertahap tren "aluminium menggantikan tembaga" di dalam negeri.
Secara bersamaan, negara-negara asing secara aktif mengembangkan konduktor paduan aluminium baru untuk memecahkan masalah koneksi antara konduktor paduan dan terminal.
Akhirnya, Amerika Serikat dan Eropa secara ekstensif menggunakan konduktor paduan aluminium dalam jalur distribusi.
Menurut American National Electrical Code [5] NEC330.14: "Konduktor padat dengan penampang melintang 8, 10, 12AWG (setara dengan ukuran domestik 8,37mm2, 5,26mm2, 3,332mm2) harus dibuat dari bahan paduan aluminium kelas listrik seri AA8000.
Konduktor terdampar dari 8AWG (setara dengan ukuran domestik 8,37mm2) hingga 1000kcmil (setara dengan ukuran domestik 506,7mm2), dilabeli sebagai Tipe RHH, RHW, XHHW, THW, THHW, THWN, THHN, pintu masuk servis Tipe SE Style U dan SE Style R, harus dibuat dari bahan konduktor paduan aluminium kelas listrik seri AA-8000."
Perkembangan pesat paduan aluminium yang digunakan sebagai konduktor dipicu oleh kenaikan harga tembaga yang signifikan selama tahun 1960-an dan 1970-an. Dalam sebutan paduan Asosiasi Aluminium, jenis utama paduan aluminium yang digunakan sebagai konduktor meliputi seri AA1000 (aluminium murni), seri AA6000, dan seri AA8000.
Seri AA1000 terutama digunakan untuk saluran udara tegangan tinggi. Seri AA6000 Al-Mg-Si (paduan aluminium-magnesium-silikon) terutama digunakan untuk saluran udara tegangan tinggi dan batang bus aluminium; kedua jenis konduktor ini ada dalam keadaan keras, dengan sambungan terutama dicapai melalui pengelasan.
Seri AA8000 Al-Mg-Cu-Fe (paduan aluminium-magnesium-tembaga-besi) mewakili paduan aluminium lunak nyata yang digunakan pada jalur distribusi. AA8000 serangkaian aluminium paduan mengumpulkan banyak paten selama tahun 1960-an dan 1970-an.
| Nama Paduan | Nomor Paten AS | |
| ANSI-H35.1 | UNS | |
| 8017 | A98017 | ...... |
| 8030 | A98030 | 3711339 |
| 8076 | A98076 | 3697260 |
| 8130 | A98130 | ...... |
| 8176 | A98176 | RE28419 |
| RE30465 | ||
| 8177 | A98177 | ...... |
| Paduan Aluminium | Persentase komposisi kimia berdasarkan kualitas | |||||||||
| ANSI | UNS | Aluminium | Silikon | Besi | Tembaga | Magnesium | Seng | Boron | Lainnya (Total) | Lainnya (Total) |
| 8017 | A98017 | Residu | 0.10 | 0.55-0.8 | 0.10-0.20 | 0.01-0.05 | 0.05 | 0.04 | 0.03A | 0.10 |
| 8030 | A98030 | Residu | 0.10 | 0.30-0.8 | 0.15-0.30 | 0.05 | 0.05 | 0.001-0.04 | 0.03 | 0.10 |
| 8076 | A98076 | Residu | 0.10 | 0.6-0.9 | 0.04 | 0.08-0.22 | 0.05 | 0.04 | 0.03 | 0.10 |
| 8130 | A98130 | Residu | 0.15B | 0.40-1.0B | 0.05-0.15 | ... | 0.10 | ... | 0.03 | 0.10 |
| 8176 | A98176 | Residu | 0.03-0.15 | 0.40-1.0 | ...... | ... | 0.10 | ... | 0.05C | 0.15 |
| 8177 | A98177 | Residu | 0.10 | 0.25-0.45 | 0.04 | 0.04-0.12 | 0.05 | 0.04 | 0.03 | 0.10 |
J: Kandungan lithium maksimum adalah 0,03.
B: Kandungan silikon dan besi maksimum adalah 1,0.
C: Kandungan galium maksimum adalah 0,03.
Catatan: Data bersumber dari Buku Panduan Konduktor Listrik Aluminium - Edisi Ketiga.
Penambahan elemen tembaga, besi, dan magnesium memainkan peran penting dalam paduannya:
Tembaga: Meningkatkan stabilitas hambatan listrik paduan pada suhu tinggi.
Besi: Meningkatkan ketahanan mulur dan kekuatan tekan sebesar 280%, mencegah masalah yang disebabkan oleh pelonggaran yang disebabkan oleh mulur.
Magnesium: Di bawah tekanan antarmuka yang sama, dapat meningkatkan titik kontak dan memberikan kekuatan tarik yang lebih tinggi.
Performa Paduan Aluminium untuk Kabel Listrik Lunak
| Merek atau Nama Produk | σb/MPa | σ0.2 / MPa | δ/% | Merek atau Nama Produk / %IACS |
| 1350 | 74.5 | 27.5 | 32 | 63.5 |
| Triple E | 95 | 67.7 | 33 | 62.5 |
| Super -T | 95 | 67.6 | 33 | 62.5 |
| X8076 | 108.8 | 60.8 | 22 | 61.5 |
| Stabiloy | 113.8 | 53.9 | 20 | 61.8 |
| NiCo | 108.8 | 67.7 | 26 | 61.3 |
| X8130 | 102.0 | 60.8 | 21 | 62.1 |
Catatan: Data berasal dari edisi kedua dari "Aluminium Alloy and Its Processing Handbook."
(1) Kekuatan mekanis: Seperti yang dapat dilihat dari tabel, dibandingkan dengan konduktor aluminium murni AA1350, kekuatan tarik konduktor seri AA8000 adalah sekitar 150% aluminium murni, dan kekuatan luluh adalah sekitar 200% aluminium murni.
(2) Ketahanan mulur: Dari uji mulur 500 jam, terbukti bahwa ketahanan mulur dari paduan seri AA8000 adalah sekitar 280% dari konduktor aluminium murni AA1350, pada dasarnya mencapai tingkat yang sama dengan konduktor tembaga.
| Karakteristik Konduktor | Tembaga Listrik (Cu) | Paduan Aluminium AA8000 |
| Kepadatan (g/mm³) | 8.89 | 2.7 |
| Titik Leleh (℃) | 1083 | 660 |
| Koefisien Ekspansi Linier | 17*10-6 | 23*10-6 |
| Tahanan Listrik (Ω*mm²/m) | 0.017241 | 0.0279 |
| Konduktivitas Listrik IACS% | 100 | 61.8 |
| Kekuatan Tarik (MPa) | 220-270 | 113.8 |
| Kekuatan Luluh (MPa) | 60-80 | 53.9 |
| Tingkat Pemanjangan (%) | 30-45 | 30 |
Membandingkan konduktor paduan aluminium AA8000 dan konduktor tembaga, kami menemukan bahwa karena perbedaan resistivitas, nilai Standar Tembaga Anil Internasional (IACS) bervariasi.
Paduan aluminium AA8000 adalah 61,8% dari nilai tembaga. Ketika kami meningkatkan luas penampang konduktor paduan aluminium sebesar dua tingkat atau menaikkannya menjadi 150% dari luas penampang konduktor tembaga, kinerja kelistrikannya menjadi sejajar.
Dalam hal kekuatan tarik, konduktor paduan aluminium hanya setengah dari konduktor tembaga (113,8 vs 220 MPa).
Namun, karena kerapatan paduan aluminium AA8000 hanya 30,4% dari konduktor tembaga, bahkan ketika luas penampang konduktor paduan aluminium ditingkatkan menjadi 150% dari konduktor tembaga, berat konduktor paduan aluminium hanya 45% dari konduktor tembaga.
Situasi ini memberikan konduktor paduan aluminium dengan keunggulan tertentu dalam kekuatan tarik dibandingkan konduktor tembaga.
Kekuatan luluh konduktor paduan aluminium AA8000 mendekati konduktor tembaga, memungkinkan sifat mulur konduktor paduan aluminium mendekati konduktor tembaga.
Dalam hal perpanjangan putus, konduktor paduan aluminium dan konduktor tembaga pada dasarnya sama.
Karena koefisien muai yang berbeda dari konduktor paduan aluminium dan konduktor tembaga, keduanya tidak cocok untuk sambungan langsung. Kami memastikan keandalan koneksi mereka melalui metode berikut.
Terminal tembaga dan aluminium tipe crimp dan tabung sambungan standar GB14315-2008 untuk konduktor kabel daya telah diimplementasikan secara resmi.
Dalam standar ini, terminal transisi tembaga-aluminium juga telah secara resmi dimasukkan, memberikan dasar teoretis untuk menghubungkan kabel paduan ke busbar tembaga dan peralatan listrik.
Metode utama saat ini untuk transisi tembaga-aluminium adalah sebagai berikut:
1) Kabel paduan + terminal transisi tembaga-aluminium (terminal langsung terhubung ke busbar tembaga).
2) Kabel paduan + terminal aluminium (ketika terminal aluminium dan busbar tembaga berlapis timah terhubung, kencangkan sekrup sesuai dengan nilai torsi yang disediakan oleh standar nasional, dan tambahkan mesin cuci cakram untuk mempertahankan koneksi tembaga dan aluminium yang efektif selama ekspansi dan kontraksi termal).
3) Kabel paduan + terminal aluminium + mesin cuci bimetalik (bagian aluminium dari mesin cuci terhubung dengan terminal aluminium, dan bagian tembaga terhubung dengan busbar tembaga).
Semua metode koneksi ini memerlukan 1.000 tes siklus panas sesuai dengan IEC61238-2008 atau GB9327-2008, yang mensimulasikan penggunaan selama 30 tahun untuk memastikan keandalan koneksi kabel.
Uji siklus panas yang dilakukan oleh Dewan Tenaga Listrik Georgia di Amerika Serikat dan Institut Penelitian Kabel Shanghai menunjukkan bahwa sambungan kabel paduan aman dan dapat diandalkan. Data laporan eksperimental menunjukkan bahwa keandalannya bahkan lebih stabil daripada konduktor tembaga.
Sesuai data dari United States Geological Survey (USGS), kandungan tembaga di kerak bumi kurang dari 0,01%, sedangkan aluminium sebesar 7,73%.
Dengan demikian, kandungan aluminium lebih dari 1000 kali lipat dari tembaga. Berdasarkan tingkat konsumsi saat ini, dengan tingkat pertumbuhan tahunan rata-rata 3%, sumber daya tembaga global akan bertahan selama 32 tahun lagi.
Namun demikian, dengan mempertimbangkan skala ekstraksi aluminium saat ini (sekitar 140 juta ton/tahun), cadangan bauksit yang ada saat ini dapat memenuhi kebutuhan industri aluminium global selama hampir 180 tahun.
Mengingat sifat listrik dan mekanik yang sangat baik dari konduktor paduan aluminium, konduktor ini telah memperbaiki sambungan aluminium yang tidak dapat diandalkan, kekuatan mekanik yang tidak mencukupi, dan kerentanan terhadap creep.
Konduktor ini mirip dengan tembaga dalam kinerja mekanis, dan dengan meningkatkan luas penampang, konduktor ini dapat mencapai konduktivitas yang sama dengan tembaga, sehingga dapat digunakan secara luas dalam sistem distribusi tegangan rendah.
Promosi konduktor paduan aluminium di pasar domestik dapat membantu negara menghemat sejumlah besar sumber daya tembaga, mengurangi ketergantungan pada sumber daya tembaga asing, menghemat sejumlah besar devisa, dan juga memberikan penghematan ekonomi tertentu bagi pengguna, memfasilitasi pemasangan yang lebih mudah bagi pemasang.
Dengan begitu banyak keuntungan, masuk akal untuk percaya bahwa aplikasi konduktor paduan aluminium pada kabel daya tegangan rendah akan diterima secara luas. Tren penggantian aluminium dengan tembaga berpotensi memicu transformasi dalam industri kabel.
Sebagai pendiri MachineMFG, saya telah mendedikasikan lebih dari satu dekade karier saya untuk industri pengerjaan logam. Pengalaman saya yang luas telah memungkinkan saya untuk menjadi ahli di bidang fabrikasi lembaran logam, permesinan, teknik mesin, dan peralatan mesin untuk logam. Saya terus berpikir, membaca, dan menulis tentang subjek-subjek ini, terus berusaha untuk tetap menjadi yang terdepan di bidang saya. Biarkan pengetahuan dan keahlian saya menjadi aset bagi bisnis Anda.
ID 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR