アルミ製バスバーと銅製バスバー：どちらがベストな選択か？

電解銅材料の価格が高騰しているため、エンジニアリング・プロジェクトにおける銅バスバーや配電シス テムのコストは大幅に上昇しています。現在、銅バスバーが市場の大半を占めていますが、同等の性能を保ちながらコスト効率のよい代替品への需要が高まっています。

アルミニウム・バス・バーは、かなり低いコストで優れた電気的・熱的特性を提供する、非常に実行可能なソリューションとして登場しました。これらのバスバーは、システムの信頼性や効率を犠牲にすることなくコストを最適化したいエンジニアやプロジェクトマネージャーにとって、魅力的な選択肢となります。

現在、アルミ製バスバーの単価は銅製バスバーの約50%であり、配電システムの大幅なコスト削減のための魅力的な選択肢となっている。この価格差は、バスバーの全長が長くなる大規模プロジェクトでは特に大きな意味を持ちます。

しかし、銅バスバーとアルミ・バスバーのどちらを選ぶかは、コストだけで決めるべきでないことに注意する必要があります。導電率、熱膨張率、重量、特定のアプリケーションの要件などの要素を慎重に考慮する必要があります。アルミは銅に比べて導電率が低い（銅の約61%）ですが、断面積を大きくすることで相殺されることが多く、全体的なコスト削減につながります。

この記事では、電気的、機械的、熱的特性について詳しく説明し、アルミニウム製バスバーの性能を総合的に分析することを目的としています。これらの特性を従来の銅バスバーと比較し、アルミニウム製バスバーが優れている具体的な用途について説明します。この概要が終わるころには、ユーザーは、電気システムにアルミニウム製バスバーを導入する際の利点と注意点を完全に理解できるようになります。

I.アルミニウム製バスバーの導電率解析

当社の銅バスバーは、業界標準の52%～85%を大幅に上回る、99.98%という卓越した導電性を示します。この優れた導電率により、配電システムにおいて最適な電気性能とエネルギー効率を実現します。

安全性と通電容量をさらに高めるため、当社のバスバーは断面積を拡大しています。この設計上の選択により、熱管理が改善されるだけでなく、大電流アプリケーションに不可欠な高い安全係数も提供されます。

特定のプロジェクトにおける経済性と重量を考慮し、当社は費用対効果の高い代替品としてアルミニウム製バスバーを提供しています。これらのアルミニウム製バスバーの導電率は≥61%で、銅製バスバーより低いものの、市場で入手可能な銅製バスバーと同程度です。アルミニウムの本質的に低い導電率を補うため、これらのバスバーの断面積を比例して大きくしています。

この戦略的な設計により、アルミニウム製バスバーの通電容量と全体的な安全性能は、銅製バスバーと同等を維持しています。断面積の増大は、電気効率を維持するだけでなく、電気システムの長期信頼性にとって重要な放熱性も高めます。

高導電性の銅と最適化されたアルミニウムの両方のオプションを提供することで、安全性や電気効率に妥協することなく、性能、コスト、重量のバランスを考慮し、多様なプロジェクトの要求に応える汎用性の高いソリューションを提供します。

II.アルミニウム製バスバーの電流密度の解析

アルミニウム導体と銅導体の電流密度の比較（単位：A/mm²)

等重量条件下での負荷電流の解析：

アルミニウムの密度は1立方センチメートルあたり2.7グラムで、銅の密度は1立方センチメートルあたり8.9グラムである。

銅の密度はアルミニウムの約3.3倍である。そのため、同じ重さであれば、アルミニウムの負荷電流は銅を大きく上回ります。

例えば、1600Aのシナリオでは、単位重量あたりのアルミニウムの負荷電流は銅の2.67倍です。これによりバスバーの重量が大幅に軽減され、建物への負荷が軽減され、建設時の設置が容易になります。

III.インピーダンスの解析

三相50Hzまたは60Hzの交流電力に使用されるH-Pタイプのアルミニウムまたは銅導体のインピーダンス値は以下の通りである：

単位×10^-4Ω/m

1600Aを例にとると、銅のインピーダンスは次のようになる：R：0.282、X：0.129、Z：0.311。

アルミニウムのインピーダンスはR: 0.360, X: 0.107, Z: 0.375.単位：（10^-4Ω/m）。

見てわかるように、アルミニウムと銅のインピーダンスはほとんど同じである。インピーダンスが低いと、伝送距離が長くなり、効果的な信号の伝達が強化される。

IV.電圧降下の分析

電圧降下に関しては 銅とアルミニウム は以下の式で計算される：

電圧降下の計算 △V = √3 I (Rcosφ+Xsinφ)

• V：線間電圧降下（V/m）
• I：負荷電流（A）
• cosφ：負荷力率
• sinφ√1- cos2φ
• R：負荷電流に対する交流抵抗（Ω/m）

R=R₉₅×（1+α{55×I/I₀+20}²/1+75α)

• R95:インピーダンス値表のデータ。(10^-4Ω/m)
• α:抵抗温度係数 銅：3.85×10^-3
• アルミニウム：4.00×10^-3
• I₀:定格電流 (A)
• X:リアクタンス（Ω/m）

例えば、cosφ=0.8の場合：

アルミニウムと銅の電圧降下の差は、電流の増加に伴ってわずかに増加するが、その差はそれほど大きくなく、通常の使用には影響しないことがわかる。

バスバーの長さが100メートルだとすると、3150Aのバスバーにおけるアルミと銅の差は0.4Vであり、これは事実上無視できる。したがって、電圧降下という点では、アルミニウムと銅の性能は基本的に同じです。

V.温度上昇の分析

中国強制認証（CCC）部門の認証によると、当社のバスバー温度上昇性能は国家標準に準拠し、それを大幅に上回っている：

1600A バスバー
国家規格では、接続点の最大許容温度上昇は≤70Kと規定されている。

• アルミニウム製バスバーの最高温度上昇：49.7K
• 銅バスバーの最高温度上昇：43.1K

3150A バスバー
最高許容温度上昇のための国家標準: ≤70K

• アルミニウム製バスバーの最高温度上昇：52.8K
• 銅バスバーの最高温度上昇：51.5K

5000A バスバー
最高許容温度上昇のための国家標準: ≤70K

• アルミニウム製バスバーの最高温度上昇：39.4K
• 銅バスバーの最高温度上昇：38.2K

これらのデータは、当社のバスバーが国家規格に準拠しているだけでなく、温度上昇が最大許容限度をはるかに下回るなど、規格を大幅に上回っていることを示しています。この優れた性能は、優れた熱管理と効率的な通電能力を示しています。

特筆すべき点は、当社の銅バスバーとアルミバスバーの温度上昇の差が最小であることで、すべての定格電流でわずか2Kから4Kです。このわずかな差は、銅バスバーとほぼ同等の熱性能を示す当社のアルミバスバーの卓越した品質を示しています。

このデータが意味するところは大きい：

1. 当社のアルミニウム・バスバーは、銅バスバーと同等の熱性能を提供し、電気用途においてアルミニウムが劣るという従来の認識を覆します。
2. 当社のアルミニウム製バスバーの熱効率は、特に材料費が重要な要素となる高電流アプリケーションにおいて、銅に代わるコスト効率の高い選択肢を提供する可能性があります。
3. さまざまな定格電流にわたって一貫して低い温度上昇は、幅広い配電システムに適した、堅牢でスケーラブルなバスバー設計を示唆しています。

結論として、当社のアルミ製バスバーは銅製バスバーと同等の熱性能を示し、市場で入手可能な多くの銅製バスバーの性能を上回っています。この実績は、バスバー技術の革新と品質に対する当社のコミットメントを強調するものであり、配電のニーズに対して高性能で費用対効果の高いソリューションを顧客に提供するものです。

VI.許容短絡過負荷電流の解析

電源回路に短絡故障が発生すると、短絡回路に流れる短絡電流は定格電流の数倍から数百倍になり、数千アンペアに達することも少なくない。

電気機器や導体を通過する短絡電流は、必然的に大きな起電力を発生させ、機器の温度が急激に上昇し、バスバーを損傷する可能性がある。

したがって、バスバーは、国家規格が要求する短絡電流に耐えるものでなければならない。

CCC型式試験後、当社アルミブスバーの短時間耐力試験結果は下表の通りです：

銅バスバーとアルミバスバーの短絡試験性能比較表

当社の製品は、国家標準GB7251.2-2006に完全に準拠しています。この点で、銅バスバーとアルミバスバーは同じ性能を共有しています。特に、当社のバスバーは日本で試験を受け、試験電流は240KAでした。

その結果、当社のバスバーの性能は、国家規格を満たすだけでなく、それを上回るものとなっています。したがって、使用中に短絡が発生しても、当社のバスバーはさらに過酷なテストに耐えることができます。

VII.実践的応用

アルミニウムは、さまざまな産業で広く使用されているにもかかわらず、導電体として使用される場合、特に高湿度環境では独特の課題があります。その腐食しやすさは、電気化学的特性と大気条件との相互作用に起因しています。湿度の高い空気、特に臨界湿度65%以上にさらされると、溶解した大気ガスから電解質が形成されるため、アルミニウムの腐食が加速されます。

標準電極電位の違いにより、アルミニウムが異種金属と接触すると、ガルバニック反応によって腐食プロセスがさらに悪化する。さらに、アルミニウム内の不純物が局所的なマイクロセル反応を引き起こし、アルミニウムの完全性をさらに損ないます。腐食が進行すると、アルミニウム表面に酸化皮膜が形成されます。これは、シナリオによっては保護する可能性がありますが、電気的用途では問題となることがあります。

送電システムでは、この酸化被膜が重大なリスクをもたらす。電流が流れている間、接触抵抗の増加につながり、接続点で局所的な発熱が生じます。この熱蓄積は、エネルギー効率を低下させるだけでなく、過熱、接続不良、極端な場合には電気火災につながる可能性があり、安全上の危険をもたらします。

このような問題を軽減し、軽量性や優れた導電性など、アルミニウムの有利な特性を利用するために、高度な表面処理技術が開発されました。当社のバスバーシステムは、特殊なスズめっきプロセスを採用しており、導体としてのアルミニウム固有の制限に効果的に対処しています。この革新的な処理により、以下のような保護バリアが形成されます：

1. アルミニウムが腐食性環境に直接さらされるのを防ぐ
2. 接続部の接触抵抗を低減
3. 長期的な信頼性と性能の安定性を強化
4. 放熱特性の向上

この錫メッキ技術を導入することで、当社は送電システムにおけるアルミニウムの用途拡大に成功し、従来の銅導体に代わるコスト効率の高い効率的な選択肢を提供しています。このアプローチにより、アルミ製バスバーの寿命が延びるだけでなく、さまざまな産業用および商業用アプリケーションにおいて、より安全で信頼性の高い配電が実現します。