Алюминиевые кабели — эквивалентность сечения относительно меди и практическое правило 1,6×

Руководство о соединениях алюминий/медь и биметаллической коррозии рассматривает риск гальванической коррозии в зажимном соединении между алюминиевым и медным проводником. Эта статья рассматривает другой, предшествующий аспект алюминиевой кабельной проводки: насколько больше должен быть алюминиевый проводник по сравнению с медным, чтобы безопасно передавать тот же ток, и почему.

Физическая причина: удельное сопротивление

Алюминий имеет более высокое удельное электрическое сопротивление, чем медь: при равном сечении и длине алюминиевый проводник имеет примерно в 1,6 раза больше сопротивления, чем медный. При том же токе это даёт значительно больше тепловыделения (потери I²R) в алюминиевом проводнике равного сечения. Чтобы достичь того же повышения температуры (а значит, той же токовой нагрузочной способности) при том же токе, алюминиевый проводник поэтому должен иметь большее сечение, чем медный аналог — примерно того же порядка величины, что и это соотношение сопротивлений 1,6×, хотя точное практическое соотношение для отдельных сечений несколько отклоняется из-за нелинейности таблиц токовой нагрузочной способности.

Практическое правило и табличные значения IEC 60364-5-52

На практике часто применяется правило, что алюминиевому проводнику требуется примерно в 1,6 раза большее сечение, чем эквивалентному медному проводнику, для той же токовой нагрузочной способности. Поскольку кабели доступны только в стандартизированных ступенях сечения, на практике это обычно означает подъём на одну-две ступени сечения относительно медного эталона. Пример на основе табличных значений IEC 60364-5-52 для кабеля с изоляцией XLPE по эталонному методу монтажа C: медный кабель 50 мм² имеет токовую нагрузочную способность примерно 179 А; ближайший алюминиевый эквивалент для этого лежит в диапазоне 70-95 мм², в зависимости от того, округляем ли мы вверх или вниз до ближайшего стандартного сечения.

Внимание: эта статья даёт практическое правило и лежащий в его основе принцип; для конкретного проекта всегда следует руководствоваться реальной таблицей токовой нагрузочной способности IEC 60364-5-52 (или спецификацией производителя) для конкретного сочетания изоляционного материала, метода монтажа и поправочных коэффициентов окружающей среды — см. также руководство об эталонных методах — вместо того чтобы полагаться исключительно на практическое правило 1,6×.

Почему всё же выбирают алюминий, несмотря на большее сечение

Несмотря на требуемое большее сечение, алюминиевая кабельная проводка остаётся привлекательной для определённых применений:

• Вес: алюминий, даже при большем сечении, необходимом для равной токовой нагрузочной способности, имеет значительно меньший вес на погонный метр, чем медь — актуально для длинных трасс высокого или среднего напряжения, воздушных линий и применений, где вес кабеленесущей конструкции является ограничивающим фактором.
• Стоимость материала: при сопоставимых рыночных ценах за килограмм алюминий благодаря меньшей плотности часто всё ещё дешевле в расчёте на переданный ампер на заданной длине, чем медь, несмотря на требуемое большее сечение — это ценовое преимущество меняется вместе с рынком сырья и должно заново оцениваться для каждого проекта.
• Область применения: алюминий чаще применяется при больших сечениях (кабели основного питания, кабели СН, воздушные линии), где преимущество по весу проявляется сильнее всего, и реже при малых сечениях конечных цепей, где техника соединения (надёжность зажима, ползучесть материала под давлением) требует относительно большего внимания.

Практическая значимость

При замене или усилении существующей медной питающей линии на алюминиевый кабель — или наоборот, при оценке существующей алюминиевой питающей линии — эквивалентность сечения всегда должна проверяться по реальным таблицам токовой нагрузочной способности для применённой изоляции и метода монтажа, а не путём простого сохранения «того же сечения»: алюминиевый кабель того же сечения, что и заменяемый им медный кабель, имеет значительно более низкую токовую нагрузочную способность и при неизменной нагрузке может привести к перегреву.

Частые ошибки

1. Применение алюминиевого кабеля того же сечения, что и медного без увеличения сечения — это приводит к значительно более низкой фактической токовой нагрузочной способности по сравнению с первоначальным медным кабелем.
2. Рассмотрение практического правила 1,6× как точного, универсального значения вместо приближения — реальные таблицы токовой нагрузочной способности IEC 60364-5-52 несколько отклоняются для отдельных сечений и методов монтажа от простого линейного коэффициента.
3. Изменение только сечения, но не техники соединения — алюминий требует иных зажимов, моментов затяжки и (при зажимных соединениях с медью) мер по предотвращению коррозии, см. руководство о биметаллической коррозии.
4. Принятие решения исключительно на основе веса или цены материала без учёта в проекте большего физического сечения (а значит, большего радиуса изгиба и занимаемого пространства в кабельных лотках/трубах).

Связанные материалы

• Соединения алюминий/медь и биметаллическая коррозия
• Сечение кабеля и токовая нагрузочная способность
• Эталонные методы / метод монтажа для токовой нагрузочной способности
• Классы проводников IEC 60228