Aluminium kabels — doorsnede-equivalentie ten opzichte van koper en de 1,6×-vuistregel

De gids over aluminium/koper-verbindingen en bimetaalcorrosie behandelt het galvanische-corrosierisico bij een klemverbinding tussen een aluminium en een koperen geleider. Dit artikel behandelt een ander, voorafgaand aspect van aluminium bekabeling: hoeveel groter een aluminium geleider moet zijn dan een koperen geleider om dezelfde stroom veilig te kunnen voeren, en waarom dat zo is.

De fysische oorzaak: soortelijke weerstand

Aluminium heeft een hogere soortelijke elektrische weerstand dan koper: bij dezelfde doorsnede en lengte biedt een aluminium geleider ongeveer 1,6× meer weerstand dan een koperen geleider. Voor eenzelfde stroom levert dat dus aanzienlijk meer warmteontwikkeling (I²R-verliezen) op in een aluminium geleider van gelijke doorsnede. Om bij dezelfde stroom tot dezelfde temperatuurstijging (en dus dezelfde stroombelastbaarheid) te komen, moet een aluminium geleider daarom een grotere doorsnede hebben dan de koperen tegenhanger — bij benadering in dezelfde orde van grootte als die 1,6×-weerstandsverhouding, al wijkt de exacte praktische verhouding per doorsnede iets af door de niet-lineaire stroombelastbaarheidstabellen.

De praktische vuistregel en IEC 60364-5-52-tabelwaarden

In de praktijk wordt vaak de vuistregel gehanteerd dat een aluminium geleider ongeveer 1,6× de doorsnede van de equivalente koperen geleider nodig heeft voor dezelfde stroombelastbaarheid. Omdat kabels alleen in gestandaardiseerde doorsnedestappen verkrijgbaar zijn, komt dit in de praktijk meestal neer op één tot twee doorsnedestappen omhoog ten opzichte van de koperen referentie. Een voorbeeld op basis van de IEC 60364-5-52-tabelwaarden voor XLPE-geïsoleerde kabel volgens referentiemethode C: een 50 mm² koperen kabel heeft een stroombelastbaarheid van ongeveer 179 A; de dichtstbijzijnde aluminium equivalent daarvoor ligt rond 70-95 mm², afhankelijk van of naar boven of naar beneden wordt afgerond op de dichtstbijzijnde standaarddoorsnede.

Let op: dit artikel geeft de vuistregel en het onderliggende principe; voor een concreet ontwerp moet altijd de daadwerkelijke stroombelastbaarheidstabel van IEC 60364-5-52 (of de fabrikantspecificatie) worden geraadpleegd voor de specifieke combinatie van isolatiemateriaal, installatiemethode en omgevingscorrectiefactoren — zie ook de gids over referentiemethoden — in plaats van uitsluitend op de 1,6×-vuistregel te vertrouwen.

Waarom toch voor aluminium kiezen ondanks de grotere doorsnede

Ondanks de grotere benodigde doorsnede is aluminium bekabeling in bepaalde toepassingen nog altijd aantrekkelijk:

• Gewicht: aluminium heeft, zelfs bij de grotere doorsnede die nodig is voor eenzelfde stroombelastbaarheid, een aanzienlijk lager gewicht per voedende meter dan koper — relevant bij lange hoogspannings- of middenspanningstracés, luchtlijnen en toepassingen waar het gewicht van de kabeldraagconstructie een beperkende factor is.
• Materiaalkosten: bij vergelijkbare marktprijzen per kilogram is aluminium door zijn lagere dichtheid vaak nog steeds goedkoper per gevoerde ampère over een gegeven lengte dan koper, ondanks de grotere benodigde doorsnede — dit prijsvoordeel varieert met de grondstofmarkt en moet per project opnieuw worden beoordeeld.
• Toepassingsgebied: aluminium wordt vaker toegepast bij grotere doorsneden (hoofdvoedingskabels, MS-kabels, luchtlijnen) waar het gewichtsvoordeel het meest telt, en minder vaak bij kleine eindgroep-doorsneden waar de verbindingstechniek (klemvastheid, kruip van het materiaal onder druk) relatief meer aandacht vraagt.

Praktische relevantie

Bij het vervangen of verzwaren van een bestaande koperen voeding door een aluminium kabel — of omgekeerd, bij het beoordelen van een bestaande aluminium voeding — moet de doorsnede-equivalentie altijd worden gecontroleerd aan de hand van de daadwerkelijke stroombelastbaarheids- tabellen voor de toegepaste isolatie en installatiemethode, niet door simpelweg "dezelfde doorsnede" aan te houden: een aluminium kabel met dezelfde doorsnede als de koperen kabel die hij vervangt, heeft een aanzienlijk lagere stroombelastbaarheid en kan bij ongewijzigde belasting tot oververhitting leiden.

Veelgemaakte fouten

1. Een aluminium kabel met dezelfde doorsnede als koper toepassen zonder de doorsnede te vergroten — dit leidt tot een aanzienlijk lagere werkelijke stroombelastbaarheid dan bij de oorspronkelijke koperen kabel.
2. De 1,6×-vuistregel als exacte, universele waarde behandelen in plaats van als een benadering — de daadwerkelijke stroombelastbaar- heidstabellen van IEC 60364-5-52 wijken per doorsnede en installatiemethode iets af van een simpele lineaire factor.
3. Alleen de doorsnede aanpassen, maar de verbindingstechniek niet — aluminium vereist andere klemmen, aanhaalmomenten en (bij klemverbindingen met koper) corrosiepreventie, zie de gids over bimetaalcorrosie.
4. Uitsluitend op gewicht of materiaalprijs beslissen zonder de grotere fysieke doorsnede (en daarmee grotere buigstraal en ruimtebeslag in kabelgoten/-buizen) mee te wegen in het ontwerp.

Gerelateerd

• Aluminium/koper-verbindingen en bimetaalcorrosie
• Kabeldoorsnede & stroombelastbaarheid
• Referentiemethoden / installatiemethode voor stroombelastbaarheid
• Geleiderklassen IEC 60228