알루미늄과 구리 버스 바: 어떤 것이 최선의 선택일까요?

전해 구리 재료의 가격이 상승함에 따라 엔지니어링 프로젝트에서 구리 버스 바 및 배전 시스템의 비용이 크게 증가했습니다. 현재 구리 버스 바가 시장을 지배하고 있지만, 비슷한 성능을 유지하는 비용 효율적인 대안에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

알루미늄 버스 바는 상당히 저렴한 비용으로 뛰어난 전기적 및 열적 특성을 제공하는 매우 실용적인 솔루션으로 부상했습니다. 이러한 버스 바는 시스템 안정성이나 효율성을 희생하지 않으면서 비용을 최적화하려는 엔지니어와 프로젝트 관리자에게 매력적인 대안을 제시합니다.

현재 알루미늄 버스 바의 단가는 구리의 약 50%로, 배전 시스템에서 상당한 비용 절감을 위한 매력적인 옵션이 되고 있습니다. 이러한 가격 차이는 버스 바의 총 길이가 광범위할 수 있는 대규모 프로젝트에서 특히 중요합니다.

그러나 구리 및 알루미늄 버스 바를 선택할 때 비용만을 기준으로 선택해서는 안 된다는 점에 유의해야 합니다. 전도도, 열팽창, 무게 및 특정 애플리케이션 요구 사항과 같은 요소를 신중하게 고려해야 합니다. 구리에 비해 알루미늄의 낮은 전도도(구리의 약 61%)는 더 큰 단면적 사용으로 상쇄되는 경우가 많으며, 이는 여전히 전반적인 비용 절감으로 이어질 수 있습니다.

이 글에서는 알루미늄 버스 바의 성능을 종합적으로 분석하여 전기적, 기계적, 열적 특성을 자세히 설명합니다. 이러한 특성이 기존 구리 버스 바와 어떻게 비교되는지 살펴보고 알루미늄 버스 바가 탁월한 특정 애플리케이션에 대해 논의합니다. 이 개요가 끝나면 사용자는 전기 시스템에 알루미늄 버스 바를 구현할 때 얻을 수 있는 이점과 고려 사항을 완전히 이해할 수 있을 것입니다.

I. 알루미늄 버스 바의 전도도 분석

당사의 구리 버스 바는 99.98%의 탁월한 전도성을 보여 업계 표준 범위인 52% ~ 85%를 훨씬 능가합니다. 이러한 뛰어난 전도성은 배전 시스템에서 최적의 전기 성능과 에너지 효율을 보장합니다.

안전성과 전류 전달 용량을 더욱 향상시키기 위해 버스 바의 단면적은 더욱 넓어졌습니다. 이러한 설계 선택은 열 관리를 개선할 뿐만 아니라 고전류 애플리케이션에 필수적인 더 높은 안전율을 제공합니다.

특정 프로젝트에서 경제성과 무게를 고려해야 하는 점을 인식하여 비용 효율적인 대안으로 알루미늄 버스 바를 제공합니다. 이러한 알루미늄 변형은 61% 이상의 전도도를 자랑하며, 이는 구리 옵션보다는 낮지만 시중에서 판매되는 일부 구리 버스 바와 비슷한 수준입니다. 알루미늄의 본질적으로 낮은 전도도를 보완하기 위해 이러한 버스 바의 단면적도 비례적으로 늘렸습니다.

이러한 전략적 설계는 알루미늄 버스 바의 전류 전달 능력과 전반적인 안전 성능을 구리 버스 바와 동등한 수준으로 유지하도록 보장합니다. 단면적 증가는 전기 효율을 유지할 뿐만 아니라 전기 시스템의 장기적인 신뢰성에 중요한 열 방출을 향상시킵니다.

소니는 고전도성 구리와 최적화된 알루미늄 옵션을 모두 제공함으로써 다양한 프로젝트 요구 사항을 충족하는 다목적 솔루션을 제공하여 안전이나 전기 효율을 저하시키지 않으면서 성능, 비용 및 무게 고려 사항의 균형을 맞추고 있습니다.

II. 알루미늄 버스 바의 전류 밀도 분석

알루미늄 도체와 구리 도체 간의 전류 밀도 비교(단위: A/mm²)

동일한 무게 조건에서 부하 전류 분석:

알루미늄의 밀도는 입방 센티미터당 2.7그램인 반면 구리의 밀도는 입방 센티미터당 8.9그램입니다.

구리의 밀도는 알루미늄의 약 3.3배입니다. 따라서 동일한 무게에서 알루미늄의 부하 전류는 구리의 부하 전류를 훨씬 초과합니다.

예를 들어, 1600A 시나리오에서 알루미늄의 단위 중량당 부하 전류는 구리의 2.67배입니다. 따라서 버스바의 무게가 크게 줄어들어 건물 하중을 완화하고 시공 시 설치가 용이해집니다.

III. 임피던스 분석

3상 50Hz 또는 60Hz AC 전원에 사용되는 H-P 유형 알루미늄 또는 구리 도체의 임피던스 값은 다음과 같습니다:

단위: ×10^-4Ω/m

1600A를 예로 들면 구리의 임피던스는 다음과 같습니다: R: 0.282, X: 0.129, Z: 0.311.

알루미늄의 임피던스는 다음과 같습니다: R: 0.360, X: 0.107, Z: 0.375. 단위: (10^-4Ω/m).

보시다시피 알루미늄과 구리의 임피던스는 거의 동일합니다. 임피던스가 낮으면 전송 거리가 늘어나고 효과적인 신호 전달이 향상될 수 있습니다.

IV. 전압 강하 분석

전압 강하 측면에서 볼 때 구리 및 알루미늄 는 다음 공식으로 계산됩니다:

전압 강하 계산 △V = √3 I(Rcosφ+Xsinφ)

• △V: 라인 간 전압 강하(V/m)
• I: 부하 전류(A)
• cosφ: 부하 역률
• sinφ: √1- cos2φ
• R: 부하 전류에서 AC 저항(Ω/m)

R=R₉₅×(1+α{55×I/I₀+20}²/1+75α)

• R95: 임피던스 값 표의 데이터입니다. (10^-4Ω/m)
• α: 저항 온도 계수 구리: 3.85×10^-3
• 알루미늄: 4.00×10^-3
• I₀: 정격 전류(A)
• X: 리액턴스(Ω/m)

예를 들어 cosφ=0.8인 경우입니다:

전류가 증가함에 따라 알루미늄과 구리 사이의 전압 강하 차이가 약간 증가하지만 그 차이는 그다지 크지 않으며 정상적인 사용에 영향을 미치지 않음을 알 수 있습니다.

버스바 길이가 100m인 경우 3150A 버스바의 알루미늄과 구리의 차이는 0.4V로 사실상 무시할 수 있습니다. 따라서 전압 강하 측면에서 알루미늄과 구리의 성능은 기본적으로 동일합니다.

V. 온도 상승 분석

중국 강제 인증(CCC) 부서의 인증에 따르면, 당사의 부스바 온도 상승 성능은 국가 표준을 준수하고 이를 크게 초과합니다:

1600A 버스바:
국가 표준은 연결 지점의 최대 허용 온도 상승을 ≤70K로 규정하고 있습니다.

• 알루미늄 부스바의 최고 온도 상승: 49.7K
• 구리 부스바의 최고 온도 상승: 43.1K

3150A 버스바:
최대 허용 온도 상승에 대한 국가 표준: ≤70K

• 알루미늄 부스바의 최고 온도 상승: 52.8K
• 구리 부스바의 최고 온도 상승: 51.5K

5000A 버스바:
최대 허용 온도 상승에 대한 국가 표준: ≤70K

• 소니 알루미늄 부스바의 최고 온도 상승: 39.4K
• 구리 부스바의 최고 온도 상승: 38.2K

이러한 데이터는 당사의 부스바가 국가 표준을 준수할 뿐만 아니라 최대 허용 한도보다 훨씬 낮은 온도 상승으로 표준을 크게 능가한다는 것을 입증합니다. 이러한 우수한 성능은 뛰어난 열 관리와 효율적인 전류 전달 용량을 나타냅니다.

주목할 만한 점은 모든 암페어 정격에서 구리 버스바와 알루미늄 버스바의 온도 상승 차이가 2K에서 4K에 불과하다는 점입니다. 이 좁은 차이는 구리 버스바와 거의 동등한 열 성능을 발휘하는 알루미늄 버스바의 뛰어난 품질을 보여줍니다.

이 데이터의 의미는 매우 중요합니다:

1. 알루미늄 버스바는 구리 버스바와 비슷한 열 성능을 제공하여 전기 애플리케이션에서 알루미늄의 열등성에 대한 기존의 인식에 도전합니다.
2. 알루미늄 부스바의 열 효율은 특히 재료비가 중요한 요소인 고전류 애플리케이션에서 구리를 대체할 수 있는 비용 효율적인 대안이 될 수 있습니다.
3. 다양한 암페어 정격에서 일관되게 낮은 온도 상승은 광범위한 배전 시스템에 적합한 견고하고 확장 가능한 버스바 설계를 시사합니다.

결론적으로, 당사의 알루미늄 부스바는 구리 부스바와 동등한 열 성능을 보여주며 시중에서 판매되는 많은 구리 부스바의 성능을 능가합니다. 이 성과는 버스바 기술의 혁신과 품질에 대한 당사의 노력을 강조하며, 고객에게 전기 배전 요구 사항에 맞는 고성능의 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다.

VI. 허용 단락 과부하 전류 분석

전원 공급 회로에 단락 오류가 발생하면 단락 회로의 단락 전류는 정격 전류보다 몇 배에서 수백 배 더 커지며, 종종 수천 암페어에 이릅니다.

전기 장비와 도체를 통과하는 단락 전류는 필연적으로 큰 기전력을 발생시키고 장비의 온도가 급격히 상승하여 버스바가 손상될 수 있습니다.

따라서 버스바는 국가 표준에서 요구하는 단락 전류를 견딜 수 있어야 합니다.

CCC 유형 테스트 후 당사 알루미늄 부스바의 단시간 내구성 테스트 결과는 다음 표와 같습니다:

구리 및 알루미늄 부스바의 단락 테스트 성능 비교표

당사의 제품은 국가 표준 GB7251.2-2006을 완벽하게 준수합니다. 이 점에서 구리 및 알루미늄 버스바는 동일한 성능을 공유합니다. 특히 소니의 버스바는 일본에서 테스트 전류가 240KA인 테스트를 거쳤습니다.

따라서 당사의 부스바 성능은 국가 표준을 충족할 뿐만 아니라 이를 뛰어넘습니다. 따라서 사용 중 단락이 발생하더라도 당사의 부스바는 더욱 가혹한 테스트를 견딜 수 있습니다.

VII. 실용적인 애플리케이션

알루미늄은 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있지만, 특히 습도가 높은 환경에서 전기 전도체로 사용될 때 고유한 과제를 안고 있습니다. 알루미늄의 부식에 대한 취약성은 전기화학적 특성과 대기 조건과의 상호 작용에서 비롯됩니다. 습한 공기, 특히 임계 습도 수준인 65% 이상에 노출되면 알루미늄은 용존 대기 가스로 인한 전해질 형성으로 인해 부식이 가속화됩니다.

알루미늄이 이종 금속과 접촉할 때 표준 전극 전위의 차이로 인해 갈바닉 반응이 일어나면 부식 과정이 더욱 악화됩니다. 또한 알루미늄 내부의 불순물이 국소적인 마이크로셀 반응을 일으켜 무결성을 더욱 손상시킬 수 있습니다. 부식이 진행됨에 따라 알루미늄 표면에 산화막이 형성되는데, 이는 일부 시나리오에서는 잠재적으로 보호 기능을 제공하지만 전기 애플리케이션에서는 문제가 될 수 있습니다.

전력 전송 시스템에서 이 산화물 층은 상당한 위험을 초래합니다. 전류가 흐르는 동안 접촉 저항이 증가하여 연결 지점에서 국부적인 발열이 발생할 수 있습니다. 이러한 열 축적은 에너지 효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 과열, 연결 장애 또는 극단적인 경우 전기 화재로 이어질 수 있는 안전 위험을 초래할 수 있습니다.

이러한 문제를 완화하고 알루미늄의 경량성, 우수한 전도성 등 알루미늄의 장점을 활용하기 위해 첨단 표면 처리 기술이 개발되었습니다. 소니의 버스바 시스템은 특수 주석 도금 공정을 사용하여 도체로서 알루미늄의 내재적 한계를 효과적으로 해결합니다. 이 혁신적인 처리는 보호 장벽을 형성합니다:

1. 알루미늄이 부식성 환경에 직접 노출되는 것을 방지합니다.
2. 연결 지점의 접촉 저항 감소
3. 장기적인 신뢰성 및 성능 안정성 향상
4. 방열 특성 개선

이 주석 도금 기술을 구현함으로써 송전 시스템에서 알루미늄의 적용 범위를 성공적으로 확장하여 기존 구리 도체에 대한 비용 효과적이고 효율적인 대안을 제공했습니다. 이 접근 방식은 알루미늄 버스바의 수명을 연장할 뿐만 아니라 다양한 산업 및 상업용 애플리케이션에서 보다 안전하고 안정적인 전력 분배를 보장합니다.