Kable aluminiowe — równoważność przekroju względem miedzi i reguła praktyczna 1,6×

Przewodnik o połączeniach aluminium/miedź i korozji bimetalicznej omawia ryzyko korozji galwanicznej w połączeniu zaciskowym między przewodnikiem aluminiowym a miedzianym. Ten artykuł omawia inny, poprzedzający aspekt okablowania aluminiowego: o ile większy musi być przewodnik aluminiowy od miedzianego, aby bezpiecznie przenieść ten sam prąd, i dlaczego.

Przyczyna fizyczna: rezystywność

Aluminium ma wyższą rezystywność elektryczną niż miedź: przy tym samym przekroju i długości przewodnik aluminiowy wykazuje około 1,6× więcej rezystancji niż przewodnik miedziany. Przy tym samym prądzie daje to znacznie więcej wydzielanego ciepła (straty I²R) w przewodniku aluminiowym o równym przekroju. Aby osiągnąć ten sam przyrost temperatury (a więc tę samą obciążalność prądową) przy tym samym prądzie, przewodnik aluminiowy musi więc mieć większy przekrój niż odpowiednik miedziany — w przybliżeniu tego samego rzędu wielkości co ten stosunek rezystancji 1,6×, choć dokładny praktyczny stosunek dla poszczególnych przekrojów nieco odbiega od tego z powodu nieliniowych tabel obciążalności prądowej.

Praktyczna reguła i wartości tabelaryczne IEC 60364-5-52

W praktyce często stosuje się regułę, że przewodnik aluminiowy potrzebuje około 1,6× przekroju równoważnego przewodnika miedzianego dla tej samej obciążalności prądowej. Ponieważ kable są dostępne wyłącznie w znormalizowanych stopniach przekroju, w praktyce oznacza to zazwyczaj skok o jeden do dwóch stopni przekroju w górę względem miedzianego odniesienia. Przykład na podstawie wartości tabelarycznych IEC 60364-5-52 dla kabla izolowanego XLPE według metody odniesienia C: kabel miedziany 50 mm² ma obciążalność prądową około 179 A; najbliższy odpowiednik aluminiowy dla tego leży w zakresie 70-95 mm², w zależności od tego, czy zaokrąglamy w górę czy w dół do najbliższego znormalizowanego przekroju.

Uwaga: ten artykuł podaje regułę praktyczną i leżącą u jej podstaw zasadę; dla konkretnego projektu zawsze należy sprawdzić rzeczywistą tabelę obciążalności prądowej IEC 60364-5-52 (lub specyfikację producenta) dla konkretnej kombinacji materiału izolacyjnego, metody instalacji i współczynników korekcyjnych środowiska — zob. też przewodnik o metodach odniesienia — zamiast polegać wyłącznie na regule praktycznej 1,6×.

Dlaczego mimo to wybierać aluminium pomimo większego przekroju

Pomimo większego wymaganego przekroju, okablowanie aluminiowe pozostaje atrakcyjne w pewnych zastosowaniach:

• Waga: aluminium, nawet przy większym przekroju potrzebnym dla tej samej obciążalności prądowej, ma znacznie mniejszą wagę na metr zasilający niż miedź — istotne przy długich trasach wysokiego lub średniego napięcia, liniach napowietrznych oraz zastosowaniach, gdzie waga konstrukcji nośnej kabla jest czynnikiem ograniczającym.
• Koszt materiału: przy porównywalnych cenach rynkowych za kilogram aluminium jest często nadal tańsze na przeniesiony amper na danej długości niż miedź, dzięki niższej gęstości, mimo większego wymaganego przekroju — ta przewaga cenowa zmienia się wraz z rynkiem surowców i musi być ponownie oceniana dla każdego projektu.
• Obszar zastosowania: aluminium jest częściej stosowane przy większych przekrojach (kable zasilania głównego, kable SN, linie napowietrzne), gdzie przewaga wagowa liczy się najbardziej, a rzadziej przy małych przekrojach obwodów końcowych, gdzie technika połączeniowa (pewność zacisku, pełzanie materiału pod ciśnieniem) wymaga stosunkowo więcej uwagi.

Praktyczne znaczenie

Przy wymianie lub wzmacnianiu istniejącego zasilania miedzianego na kabel aluminiowy — lub odwrotnie, przy ocenie istniejącego zasilania aluminiowego — równoważność przekroju musi zawsze być sprawdzona na podstawie rzeczywistych tabel obciążalności prądowej dla zastosowanej izolacji i metody instalacji, a nie przez proste zachowanie „tego samego przekroju": kabel aluminiowy o tym samym przekroju co zastępowany kabel miedziany ma znacznie niższą obciążalność prądową i przy niezmienionym obciążeniu może prowadzić do przegrzania.

Częste błędy

1. Stosowanie kabla aluminiowego o tym samym przekroju co miedziany bez zwiększenia przekroju — prowadzi to do znacznie niższej rzeczywistej obciążalności prądowej niż w przypadku pierwotnego kabla miedzianego.
2. Traktowanie reguły praktycznej 1,6× jako dokładnej, uniwersalnej wartości zamiast przybliżenia — rzeczywiste tabele obciążalności prądowej IEC 60364-5-52 różnią się nieco dla poszczególnych przekrojów i metod instalacji od prostego czynnika liniowego.
3. Dostosowanie wyłącznie przekroju, ale nie techniki połączeniowej — aluminium wymaga innych zacisków, momentów dokręcania oraz (przy połączeniach zaciskowych z miedzią) zapobiegania korozji, zob. przewodnik o korozji bimetalicznej.
4. Decydowanie wyłącznie na podstawie wagi lub ceny materiału bez uwzględnienia w projekcie większego fizycznego przekroju (a więc większego promienia gięcia i zajętości przestrzeni w korytkach kablowych/rurach).

Powiązane

• Połączenia aluminium/miedź i korozja bimetaliczna
• Przekrój kabla i obciążalność prądowa
• Metody odniesienia / metoda instalacji dla obciążalności prądowej
• Klasy przewodników IEC 60228