Koper- vs. aluminiumkabels: Een uitgebreide vergelijking

I. Voordelen van koperkernkabels ten opzichte van aluminiumkernkabels:

1. Lage weerstand:

De weerstand van kabels met een aluminium kern is ongeveer 1,68 keer hoger dan die van kabels met een koperen kern.

2. Goede vervormbaarheid:

De rek van koperlegeringen is 20-40%, de rek van elektrisch koper is meer dan 30%, terwijl die van aluminiumlegeringen slechts 18% is.

3. Hoge sterkte:

De toelaatbare spanning bij kamertemperatuur voor koper is 7-28% hoger dan die voor aluminium. Vooral bij hoge temperaturen is het verschil in spanning tussen de twee nog groter.

4. Weerstand tegen vermoeiing:

Aluminium materiaal is gevoelig voor breuk na herhaald buigen, terwijl koper dat niet is. In termen van elasticiteitsindex is koper ook ongeveer 1,7-1,8 keer hoger dan aluminium.

5. Goede stabiliteit, corrosiebestendigheid:

Een koperen kern is bestand tegen oxidatie en corrosie, terwijl een aluminium kern gevoelig is voor oxidatie en corrosie.

6. Grote stroombelastbaarheid:

Door de lage weerstand is de toelaatbare stroombelastbaarheid (de maximale stroom die doorgelaten kan worden) van koperen kabels met dezelfde doorsnede ongeveer 30% hoger dan die van aluminiumkernkabels.

7. Laag spanningsverlies:

Door de lage weerstand van koperen kabels hebben ze een kleinere spanningsval wanneer dezelfde stroom door dezelfde doorsnede gaat.

Met andere woorden, onder toegestane spanningsdalingen kunnen koperkernkabels stroom over langere afstanden transporteren, d.w.z. ze hebben een groter verzorgingsgebied, wat gunstig is voor de planning van tijdelijke stroomvoorzieningsnetwerken en het aantal benodigde voedingspunten vermindert.

8. Lage verwarmingstemperatuur:

Bij dezelfde stroomsterkte is de warmte die wordt gegenereerd door kabels met koperen kern en dezelfde doorsnede veel minder dan die van kabels met aluminium kern, waardoor de werking veiliger is.

9. Laag energieverbruik:

Omdat koper een lage weerstand heeft, hebben koperen kabels in vergelijking met aluminiumkabels een lager verlies aan elektrische energie, wat duidelijk is. Dit is gunstig voor het verbeteren van de energieopwekkingsefficiëntie en het beschermen van het milieu.

10. Weerstand tegen oxidatie, weerstand tegen corrosie:

De verbindingen van kabels met een koperen kern zijn stabiel en veroorzaken geen ongelukken door oxidatie. De verbindingen van kabels met een aluminium kern zijn vaak instabiel en kunnen ongelukken veroorzaken door een verhoogde contactweerstand en verhitting door oxidatie. Daarom is de kans op ongelukken veel groter dan bij kabels met een koperen kern.

11. Gemakkelijk te installeren:

• De koperen kern is flexibel met een kleine toelaatbare buigradius, zodat deze gemakkelijk kan worden gebogen en door buizen kan worden geleid;
• De koperen kern is bestand tegen vermoeidheid en breekt niet na herhaald buigen, waardoor de bedrading gemakkelijk is;
• De koperen kern heeft een hoge mechanische sterkte, is bestand tegen grotere mechanische spanningen, brengt veel gemak bij het leggen en schept ook voorwaarden voor gemechaniseerd bouwen.

II. Voordelen van kabels met een aluminium kern ten opzichte van kabels met een koperen kern

1. Goedkopere prijs:

De prijs van koperstaaf is 3,5 keer die van aluminium staaf, en het soortelijk gewicht van koper is 3,3 keer dat van aluminium, dus aluminiumkernkabels zijn veel goedkoper dan koperkernkabels, geschikt voor projecten met een laag kapitaal of tijdelijke stroomvoorziening.

2. De kabel is erg licht:

Het gewicht van kabels met een aluminium kern is 40% van dat van kabels met een koperen kern, wat resulteert in lagere constructie- en transportkosten.

3. Oxidatiebestendigheid, corrosiebestendigheid:

Aluminium reageert snel met zuurstof in de lucht om een oxidelaag te vormen die verdere oxidatie voorkomt, waardoor aluminium geleiders het materiaal bij uitstek zijn voor hoogspanning, grote doorsnede, bovengrondse transmissie over lange afstanden.

4. Aluminiumdraad voert warmte sneller af dan koperdraad.

Koperdraad heeft een lagere weerstand. Aluminiumdraad heeft een hogere weerstand dan koperdraad, maar voert de warmte sneller af dan koperdraad.

Hoewel kabels met een aluminium kern erg goedkoop zijn, hebben koperen kabels uitstekende voordelen in kabelvoeding, vooral op het gebied van ondergrondse kabelvoeding.

Het gebruik van koperen kabels voor ondergrondse stroomvoorziening heeft kenmerken als een laag ongevallenpercentage, corrosiebestendigheid, hoge betrouwbaarheid en gemakkelijke aanleg en onderhoud. Dit is ook de reden waarom koperen kabels voornamelijk worden gebruikt in ondergrondse kabelvoeding in China.

III. Verwante specificaties

1. Civiele elektrische ontwerpspecificaties:

Kabels en draden kunnen koperkern of aluminium kern hebben, maar koperkernkabels of -draden moeten worden gebruikt voor civiele gebouwen. Kabels of draden met een koperen kern moeten op de volgende plaatsen worden gebruikt:

(1) Brandbare en explosieve plaatsen;

(2) Belangrijke openbare gebouwen en woongebouwen;

(3) Bijzonder vochtige plaatsen en plaatsen die corrosief zijn voor aluminium;

(4) Plaatsen met een hoge concentratie mensen;

(5) Belangrijke datakamers, computerruimtes en belangrijke opslagruimtes;

(6) Mobiele apparatuur of plaatsen met hevige trillingen;

(7) Andere plaatsen met speciale voorschriften.

2. Specificaties voor het ontwerp van Power Engineering-kabels

Voor besturingskabels moeten koperen geleiders worden gebruikt. Voor stroomkabels die in de volgende situaties worden gebruikt, moeten koperen geleiders worden gebruikt:

(1) Circuits waarbij een hoge betrouwbaarheid van de verbinding vereist is, zoals motorbekrachtiging, belangrijke stroombronnen, mobiele elektrische apparatuur, enz;

(2) Ruwe werkomgevingen met zware trillingen, explosiegevaar of bijtende stoffen;

(3) Brandwerende kabels;

(4) Opgesteld in de buurt van apparatuur met hoge temperaturen;

(5) Openbare voorzieningen met hoge veiligheidseisen;

(6) Als een grotere werkstroom vereist is, moet het aantal kabels worden verhoogd.

Behalve voor producten die alleen koperen geleiders mogen hebben en waarbij is vastgesteld dat koperen geleiders moeten worden gebruikt, kan het materiaal van de kabelgeleider koper of aluminium zijn.

IV. Berekening van de huidige draagkracht

A 25m ² koperen kabel die boven het hoofd wordt gelegd, mag een stroom leveren van 120A met een vermogen van 67KW, en als hij direct begraven wordt, is dat 110A, 61KW. Een 35m ² koperkabel is een stroom toegestaan van 147A, 82KW en een stroom van 130A, 75KW. Een 35m ² aluminiumdraad, indien gereduceerd tot 30%, mag een stroom van 103A, 57KW; en een stroom van 91A, 53KW.

Niet zo goed als een 25m ² koperen kabel (de capaciteit is gebaseerd op driefasige 380V, Cosφ=0,85; als eenfasige 220V, Cosφ=0,85, moet de capaciteit worden vermenigvuldigd met 1/3); koperen geleiders hebben een betere thermische stabiliteit in vergelijking met aluminium geleiders, en de nominale stroom is ook een niveau hoger, wat betekent dat een 10 vierkante millimeter koperen geleider gelijk is aan een 16 vierkante millimeter aluminium geleider. Koper heeft ook een betere corrosiebestendigheid, treksterkte en oxidatieweerstand dan aluminium.

De "Electrical Equipment Installation Engineering Busbar Device Construction and Acceptance Specification" bepaalt duidelijk: Wanneer stroomrails elkaar overlappen met stroomrails, stroomrails met aftakkingen en stroomrails met elektrische aansluitingen, moet de behandeling van het overlappende oppervlak aan de volgende eisen voldoen:

1. Koper naar koper:

Buitenshuis, bij hoge temperaturen en in vochtige omstandigheden, of binnenshuis met corrosieve gassen op de rail, moet vertinnen worden toegepast; binnenshuis, in droge omstandigheden, is directe aansluiting mogelijk.

2. Aluminium op aluminium:

Directe verbinding.

3. Koper naar aluminium:

Binnen en droog moet de koperen geleider worden vertind. Buiten of binnen, waar de relatieve luchtvochtigheid dicht bij 100% ligt, moet een koper-aluminium overgangsplaat worden gebruikt en moet het koperen uiteinde worden vertind. Bij het verbinden van koperen kabels met aluminium kabels kunnen koper-aluminium connectoren worden gebruikt en bij het verbinden van koperen kabels met aluminium draden kunnen koper-aluminium terminals worden gebruikt, waarvan het koperen uiteinde vertind is, enz.

V. Bij de keuze van elektrische draden en kabels moet in het algemeen aandacht worden besteed aan de keuze van het type en de specificaties (doorsnede van de geleiders) van de draden en kabels

1. Selectie van elektrische draden en kabels

• Houd bij het kiezen van draden en kabels rekening met het doel, de legomstandigheden en de veiligheid;
• Afhankelijk van het doel kun je kiezen voor stroomkabels, bovengrondse geïsoleerde kabels, besturingskabels, enz;
• Afhankelijk van de legomstandigheden kun je kiezen voor algemene kunststof geïsoleerde kabels, gepantserde staalbandkabels, gepantserde staaldraadkabels, anticorrosiekabels, enz;
• Afhankelijk van de veiligheidseisen kun je kiezen voor niet-brandvoortplantende kabels, brandvertragende kabels, halogeenvrije brandvertragende kabels, brandwerende kabels, enz.

2. Selectie van elektrische draad- en kabelspecificaties

Bij het bepalen van de specificaties voor het gebruik van draden en kabels (geleiderdoorsnede), moet men over het algemeen rekening houden met selectievoorwaarden zoals verwarming, spanningsverlies, economische stroomdichtheid en mechanische sterkte.

Op basis van ervaring wordt voor laagspanningsleidingen met grotere belastingsstromen de doorsnede over het algemeen eerst geselecteerd op basis van de verwarmingsomstandigheden en vervolgens worden het spanningsverlies en de mechanische sterkte gecontroleerd; voor laagspanningsverlichtingsleidingen, die hogere spanningsniveaus vereisen, kan de doorsnede eerst worden geselecteerd op basis van de toegestane spanningsverliezen en vervolgens worden de verwarmingsomstandigheden en de mechanische sterkte gecontroleerd.

Hoewel kabels met een aluminium kern goedkoper zijn, hebben koperen kabels uitstekende voordelen op het gebied van kabelvoeding, vooral bij ondergrondse kabelvoeding. Het gebruik van koperen kabels voor ondergrondse stroomvoorziening heeft kenmerken als een laag ongevallenpercentage, corrosiebestendigheid, hoge betrouwbaarheid en een gemakkelijke aanleg en onderhoud.