Алюмінієві кабелі — еквівалентність перерізу відносно міді та практичне правило 1,6×

Гід про з'єднання алюміній/мідь та біметалеву корозію розглядає ризик гальванічної корозії у затискному з'єднанні між алюмінієвим і мідним провідником. Ця стаття розглядає інший, попередній аспект алюмінієвої кабельної проводки: наскільки більшим повинен бути алюмінієвий провідник порівняно з мідним, щоб безпечно передавати той самий струм, і чому.

Фізична причина: питомий опір

Алюміній має вищий питомий електричний опір, ніж мідь: за однакового перерізу та довжини алюмінієвий провідник має приблизно у 1,6 раза більше опору, ніж мідний. За того самого струму це дає значно більше тепловиділення (втрати I²R) в алюмінієвому провіднику рівного перерізу. Щоб досягти того самого підвищення температури (а отже, тієї самої струмової навантажувальної здатності) за того самого струму, алюмінієвий провідник тому повинен мати більший переріз, ніж мідний аналог — приблизно того самого порядку величини, що й це співвідношення опорів 1,6×, хоча точне практичне співвідношення для окремих перерізів дещо відхиляється через нелінійність таблиць струмової навантажувальної здатності.

Практичне правило та табличні значення IEC 60364-5-52

На практиці часто застосовується правило, що алюмінієвому провіднику потрібен приблизно у 1,6 раза більший переріз, ніж еквівалентному мідному провіднику, для тієї самої струмової навантажувальної здатності. Оскільки кабелі доступні лише в стандартизованих ступенях перерізу, на практиці це зазвичай означає підйом на один-два ступені перерізу відносно мідного еталону. Приклад на основі табличних значень IEC 60364-5-52 для кабелю з ізоляцією XLPE за еталонним методом монтажу C: мідний кабель 50 мм² має струмову навантажувальну здатність приблизно 179 А; найближчий алюмінієвий еквівалент для цього лежить у діапазоні 70-95 мм², залежно від того, чи округлюємо ми вгору чи вниз до найближчого стандартного перерізу.

Увага: ця стаття подає практичне правило та принцип, що лежить в його основі; для конкретного проєкту завжди слід керуватися реальною таблицею струмової навантажувальної здатності IEC 60364-5-52 (або специфікацією виробника) для конкретного поєднання ізоляційного матеріалу, методу монтажу та поправочних коефіцієнтів навколишнього середовища — див. також гід про еталонні методи — замість того, щоб покладатися виключно на практичне правило 1,6×.

Чому все ж обирають алюміній, попри більший переріз

Попри необхідний більший переріз, алюмінієва кабельна проводка залишається привабливою для певних застосувань:

• Вага: алюміній, навіть за більшого перерізу, потрібного для однакової струмової навантажувальної здатності, має значно меншу вагу на погонний метр, ніж мідь — актуально для довгих трас високої або середньої напруги, повітряних ліній та застосувань, де вага кабеленесучої конструкції є обмежувальним фактором.
• Вартість матеріалу: за порівнянних ринкових цін за кілограм алюміній завдяки меншій щільності часто все ще дешевший у розрахунку на переданий ампер на заданій довжині, ніж мідь, попри необхідний більший переріз — ця цінова перевага змінюється разом з ринком сировини і повинна заново оцінюватися для кожного проєкту.
• Сфера застосування: алюміній частіше застосовується за великих перерізів (кабелі основного живлення, кабелі СН, повітряні лінії), де перевага за вагою проявляється найсильніше, і рідше за малих перерізів кінцевих кіл, де техніка з'єднання (надійність затискача, повзучість матеріалу під тиском) вимагає відносно більшої уваги.

Практична значущість

При заміні або посиленні наявної мідної живлячої лінії алюмінієвим кабелем — або навпаки, при оцінці наявної алюмінієвої живлячої лінії — еквівалентність перерізу завжди повинна перевірятися за реальними таблицями струмової навантажувальної здатності для застосованої ізоляції та методу монтажу, а не шляхом простого збереження «того самого перерізу»: алюмінієвий кабель того самого перерізу, що й замінюваний ним мідний кабель, має значно нижчу струмову навантажувальну здатність і за незмінного навантаження може призвести до перегріву.

Часті помилки

1. Застосування алюмінієвого кабелю того самого перерізу, що й мідного без збільшення перерізу — це призводить до значно нижчої фактичної струмової навантажувальної здатності порівняно з первісним мідним кабелем.
2. Розгляд практичного правила 1,6× як точного, універсального значення замість наближення — реальні таблиці струмової навантажувальної здатності IEC 60364-5-52 дещо відхиляються для окремих перерізів і методів монтажу від простого лінійного коефіцієнта.
3. Зміна лише перерізу, але не техніки з'єднання — алюміній потребує інших затискачів, моментів затягування та (при затискних з'єднаннях з міддю) заходів запобігання корозії, див. гід про біметалеву корозію.
4. Прийняття рішення виключно на основі ваги або ціни матеріалу без урахування у проєкті більшого фізичного перерізу (а отже, більшого радіуса згину та займаного простору в кабельних лотках/трубах).

Пов'язані матеріали

• З'єднання алюміній/мідь та біметалева корозія
• Переріз кабелю та струмова навантажувальна здатність
• Еталонні методи / метод монтажу для струмової навантажувальної здатності
• Класи провідників IEC 60228