Замена алюминиевого провода на медный в трансформаторе

Обновлено: 03.12.2022

ДОброе время суток.
Решил обраться за помощью к вам , так как не хватает знаний что б выбрать нужные формулы , для расчёта(в моём примере) площади сечения провода - что б с алюминиевой обмотки. , перейти на обмотку с меди .

Хочу сразу сказать, что особого выигрыша в массе не получится. Медь хоть и имеет меньшее удельное сопротивление, но при этом заметнее тяжелее алюминия.
Рекомендую открыть ПУЭ и посмотреть по таблице предельно допустимых длительных токов на сечение проводника. Получается, что 16 кв. алюминия заменит 10 кв. меди (если мотать одной жилой). Можно мотать многожильным проводом, к примеру 1,5 кв. 7 жил, но особого эффекта тоже не будет.
Так что овчинка не стоит выделки.

16мм2 разделить на 1.63 раза = 9.81. округляим и получаем 10мм2.по меди.
Одножильный или многожильный, не имеет значения.

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

всем спасибо, ответы мне понятны.

Если кого то не затруднит еще подсказать

как померить ток на сварочнике( хоть примерно ) ?
Если известны S = 16мм2 , и вольтаж ( 33в) .. может какие то еще нужны показания ?

Или может какой то прибор (простенький) можно собрать и померить?


А то я уже начинаю задумываться что б померить ТОК, узнав мощность по показаниям щётчика , во время горения дуги )) .

На вебинаре были представлены линейка компонентов для электропитания и интерфейсные модули. Мы рассмотрели популярные группы изолированных и неизолированных (PoL) DC/DC-преобразователей последних поколений, новые компактные модульные источники питания, устанавливаемые на печатную плату (открытые и корпусированные), источники питания, монтируемые как на шасси (в кожухе и открытые), так и на DIN-рейку.

Незнаю как на сварочнике, для электопроводки примерный расчёт 1мм2=10 ампер ( медь) или 1.5мм2= 10 ампер (алюминий).
Получается 16мм2(алюминий)= 100ампер. Это приблизительно. Получается вроде как маленький ток для сварочника? Возможно будет греться провод.

Встраиваемые ИП LM(F) производства MORNSUN заслуженно ценятся производителями во всем мире, поскольку среди широчайшего ассортимента продукции компании можно найти источник питания для любых задач. Представители семейств LM и LMF различаются по мощности и выходному напряжению, их технические и эксплуатационные характеристики подходят для эксплуатации в любых электрических сетях и работают в широком диапазоне условий окружающей среды. Неизменными остаются высокое качество и демократичная цена.

16мм2 разделить на 1.63 раза = 9.81. округляим и получаем 10мм2.по меди.
Одножильный или многожильный, не имеет значения.

То есть если я мотал 300 витков 16мм2 (алюминий)

То меди надо тоже 300 витков , и 10мм2 , и тогда условия задачи будут в консенсусе?

Я правило понял.

А разным сопротивления - не будет ?

Нуа сколько доматать вы думаете , не помешало бы . ?

если 300 Витков = 33В

Я не специалист в этой области, но слышал от сварщиков, да и согластно этому графику взятому из этой ранее приведённой ссылки, напряжение хх составляет 60 вольт. При работе оно соответственно будет просаживаться в зависимости от мощности сварочного аппарата.
У Вас получается один виток провода вторичной обмотки соответствует 0.11 вольта, для 60 вольт надо иметь обмотку из 546 витков.

30 вольт очень мал, надо минимум 50. leonid62 верные ссылки дал. Еще рекомендую с общей теорией сварочных трансов ознакомиться

всем спасибо за ответы.

Я б тоже не против бы намотать 546 витков, но места для намотки - нету , вот и думаю взять медь ( кол-во витков больше влезит)

Но меня смущает одно.

Если алюминий 16 квадратов примерно = меди в 10кв.
НО сопротивление же больше ( раз тоньше провод и больше витков) , так вот как это всё скажется на сварном токе.

Или - не как .

и эта примерная формула 16/1.63 , уже все эти нюансы в себя включила. и просто мотать не заморачиваясь. ?

Я б тоже не против бы намотать 546 витков, но места для намотки - нету , вот и думаю взять медь ( кол-во витков больше влезит)


Да, медь тоньше, но и сопротивление её тоже меньше, поэтому она и имеит лучшие электрические параметры чем алюминий. Провод должен иметь жаростойкую изоляцию.

Да, медь тоньше, но и сопротивление её тоже меньше, поэтому она и имеит лучшие электрические параметры чем алюминий. Провод должен иметь жаростойкую изоляцию.[/quote]

Я чо то думал чем тоньше провод, тем больше сопротивление i=u/r
Ну так. если выше сопротивление( при тонком МЕДНОМ проводе) , значит при 220В - будет то и ниже ТОк и мощность ( по идеи) что для сварочника - не желательно. ( термостойкость изоляции - это понятно)

ВОт я и думаю. на сколько мотать, что б и ток был и напруга нужная ВООБЩЕ для эффекта сварки


Правильно, но изначально сопротивление меди меньше чем сопротивление алюминия. Вот и получается равенство 10мм2меди = 16мм2алюминия. Оба этих проводника будут вести себя одинаково при 100 амперах. Надо учитовать мощность самого трансформатора, он может и не выдать такой ток.

Здравствуйте. Если вопрос для кого то прозвучит глупо не серчайте. Нужно домотать транс ОСО - 0.25 У3 до 20 вольт. Проблема в том что вторичка намотана алюминивым проводом которого у меня нет. Можно ли домотать его медным диаметром 1.5мм. Соединить провода через колодку получиться своего рода отвод 13В. Дранс использоваться будет ля ЗУ ток не более 10А. Мощности тр-ра в полне хватает.

_________________
Прости нам, господи, благодеяния наши.
Пренебрежение правилами ТБ улучшает генофонд человечества.

Всем привет ! Кто может подсказать :
Возможно ли перемотать катушку из алюминиего провода медным ?
Сгорела одна катушка первички трёхфазного трансформатора для зарядки электрокары .Трансформатор намотан только алюминием . Алюминий не найти , проще найти медь . Будет ли нормально работать трансформатор ?
Уточню : можно ли перемотать только ОДНУ катушку , а не три !

Можно, с соблюдением всего выше сказанного(пересчитать сечение) кол-во витков оставить тоже. немного изменится активное сопротивление, но в трансформаторе оно практически никакой роли не играет, только реактивное(а оно зависит от кол-ва витков).

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Кто сейчас на форуме



Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB
Extended by Karma MOD © 2007—2012 m157y
Extended by Topic Tags MOD © 2012 m157y

Стоит ли менять алюминиевую проводку на медную и как правильно это сделать

Электрические сети являются объектом повышенной опасности и за их состоянием нужно постоянно тщательно следить. Зачастую причиной пожара является изношенная или несоответствующая потребляемой мощности проводка. Чтобы этого избежать необходимо регулярно проводить диагностику ее состояния и, в случае необходимости, выпонять ее полную или частичную замену.

Электропроводка в квартире и доме - какая лучше? Кабель с каким материалом жил лучше - алюминий или медь? При монтаже электропроводки в квартире подходят проводники (провода и кабели) выполненные из алюминия и меди. А так ли на самом делеле важно из чего они изготовлены? Стоит ли менять алюминиевую проводку на медную? Может можно оставить все как есть и ничего не трогать?

Стоит ли менять алюминиевую проводку на медную и как правильно это сделать

В этой статье рассмотрим следующие вопросы:

Срок службы алюминиевой и медной электропроводки;

Для чего нужно менять алюминиевую проводку на медную и в каких случаях это необходимо делать немедленно;

Возможен ли вариант открытой прокладки новой проводки и какие у этого способа недостатки;

Основные этапы при замене электропроводки в квартире или доме;

Почему все работы связанные с демонтажем и прокладкой новой проводки должны выполняться квалифицированными электриками.

Кабели с алюминиевыми жилами активно использовались для монтажа электропроводки в зданиях старой постройки. Современные строительные стандартны и нормативы электробезопасности предполагают использование проводов с медными жилами.

Напрямую соединять алюминиевые и медные провода запрещается. Подобная схема монтажа станет причиной ускоренного окисления электропроводки.

Если планируется капитальный ремонт недвижимости, любой опытный электрик будет настоятельно рекомендовать полную замену алюминиевой электропроводки на медную.

Материалы и инструмент для монтажа электропроводки

Причины замены алюминиевой электропроводки

Независимо от материала, использованного для изготовления, электропроводка со временем приходит в негодность. Производители отмечают, что срок эксплуатации проводов с алюминиевыми жилами не превышаете 25 лет, тогда как медные изделия способны прослужить на 5-10 лет дольше. Иными словами, к плановым ремонтным работам следует приступить примерно через 20-30 лет после выполнения комплексного электромонтажа.

Приступить к замене электропроводки необходимо в случае:

Запланированных электромонтажных работ. Состояние электрической сети в этом случае может оцениваться на удовлетворительном уровне.

Разрушения изоляции, которое сопровождается нагревом и плавлением алюминиевых проводов.

Обрыва электропроводки. Этот процесс приводит к возникновению участков токовых утечек.

Повышения риска короткого замыкания из-за обрыва кабелей и разрушения изоляции.

Возгорания участка электропроводки, характерным признаком которого будет искрение и неприятный запах.

Частого срабатывания автоматических выключателей и устройств защитного отключения.

Регулярного отключения электричества без видимых на то причин.

Установки мощного оборудования, на использование которого не рассчитана старая электропроводка.

Полная замена электропроводки скрытым способом будет целесообразным мероприятием, если домовладельцем запланирован капитальный ремонт помещений. Открытый метод прокладки кабелей в электротехнических пластиковых каналах достаточно простой, выгодный и непыльный вид монтажных работ, для выполнения которого не требуется удаление отделочных материалов. Вот только уровень безопасности такой электропроводки значительно ниже, если сравнивать с ее скрытым аналогом.

Этапы замены электропроводки

Прежде чем приступить к замене проводов, следует внимательно изучить их характерные черты и рекомендации касательно монтажа. Алюминиевая электропроводка отличается повышенной теплопроводностью, тогда как медные провода обладают улучшенной теплоотдачей.

Технические характеристики кабелей зависят также от сечения и использованной в их производстве изоляции. Подобные характеристики подбираются мастером с учетом рассчитанных норм потребления электроэнергии, мощности подключаемых приборов и условий электромонтажа.

Например, в помещениях с повышенной влажностью и большим количеством установленного мощного оборудование следует использовать оснащенные двойной изоляцией кабели негорючего типа (НГ) сечением от 4 мм2.

Кабель с медными жилами ВВГнг

Замена алюминиевой электропроводки на медную состоит со следующих этапов:

Подготовка к выполнению электромонтажных работ. Необходимо внимательно изучить объект, проверить состояние электротехнических комплектующих и рассчитать будущую нагрузку на сеть.

Составление проекта. Квалифицированный электрик выполняет проектирование с учетом параметров будущего размещения оборудования. Придется отметить места для установки электрических точек, светотехники и мощных бытовых приборов.

Составление детальной сметы и закупка необходимых материалов. Рекомендуется покупать кабели с цельной жесткой жилой. Для розеточных групп подойдет сечение 2.5 мм2. В комплекте с осветительными приборами устанавливаются провода сечением 1,5 мм2. Для мощной бытовой техники подойдут кабели сечением от 4 мм2. Дополнительно придется купить УЗО, автоматы, установочные коробки и прочие комплектующие.

Прокладка проводов. При монтаже скрытой электропроводки проводится штробление стен. Открытая электропроводка размещается в кабель-каналах. На этом этапе можно установить также электротехнические комплектующие (подрозетики, выключатели, разводные коробки).

Подключение новой линии. Особое внимание уделяется процедуре соединения проводов. Перед закрытием электротехнических каналов рекомендуется протестировать оборудование. В случае возникновения неполадок будет чрезвычайно сложно добраться к проводу, который находится в штробе под несколькими слоями отделочных материалов.

Замена изветшалой алюминиевой электропроводки на медную позволит избежать многочисленных проблем и снизит риск возникновения аварийных ситуаций. Демонтировать старые провода не обязательно, но они не должны соприкасаться с новой электропроводкой.

Клеммники для соединения проводов и кабелей

Изветшалая электропроводка в обязательном порядке отключается от источника питания. Работы, связанные с демонтажем и прокладкой проводов, должны выполняться высококвалифицированными частными специалистами или организациями, имеющими соответствующие разрешения на предоставление услуг в области электромонтажа.

Схема новой электропроводки разрабатывается электриком с учетом пожеланий нанимателя и параметров подключаемого оборудования. После окончания запланированных работ заказчик должен обязательно получить официальные гарантии от электрика.

Почему нельзя соединять медь и алюминий в электропроводке?

Почему нельзя соединять медь и алюминий в электропроводке?

То, что в электротехнике нельзя напрямую соединять медные и алюминиевые проводники, не является секретом даже для многих обывателей, не имеющих никакого отношения к электрике. Со стороны тех же обывателей в адрес электриков-профессионалов часто звучит вопрос: «А почему?».

Почемучки любого возраста способны загнать в тупик кого угодно. Вот и здесь подобный случай. Типичный ответ профессионала: «Почему-почему… Потому что гореть будет. Особенно, если ток большой». Но это не всегда помогает. Так как вслед за этим часто следует другой вопрос: «А почему будет гореть? Почему медь со сталью не горит, алюминий со сталью не горит, а алюминий с медью – горит?»

На последний вопрос можно услышать разные ответы. Вот часть из них:

1) У алюминия и меди разный коэффициент теплового расширения. Когда через них проходит ток, они расширяются по-разному, когда ток прекращается, они остывают по-разному. В итоге серия расширений-сужений изменяет геометрию проводников, и контакт становится неплотным. А дальше уже в месте плохого контакта возникает нагрев, он ухудшается еще больше, появляется электрическая дуга, которая и довершает все это дело.

2) Алюминий образует на своей поверхности окисную непроводящую пленку, которая с самого начала ухудшает контакт, а дальше процесс идет по той же нарастающей: нагрев, дальнейшее ухудшение контакта, дуга и разрушение.

3) Алюминий и медь образуют «гальваническую пару», которая просто не может не перегреваться в месте контакта. И снова нагрев, дуга и так далее.

Где же правда, в конце-то концов? Что же там происходит, в месте соединения меди и алюминия?

медь – 16,6*10 -6 м/(м*гр. Цельсия);

алюминий – 22,2*10 -6 м/(м*гр. Цельсия);

сталь – 10,8*10 -6 м/(м*гр. Цельсия).

Очевидно, что если бы дело было в коэффициентах расширения, то самый ненадежный контакт был бы между стальным и алюминиевым проводником, ведь их коэффициенты расширения отличаются в два раза.

Но и без табличных данных ясно, что различия в линейном тепловом расширении относительно легко компенсируются применением надежных зажимов, создающих постоянное давление на контакт. Расширяться металлам, сжатым, например, при помощи хорошо затянутого болтового соединения, остается только в сторону, а перепады температуры не способны серьезно ослабить контакт.

Вариант с оксидной пленкой тоже не совсем верен. Ведь эта же самая оксидная пленка позволяет соединять алюминиевые проводники со сталью и с другими алюминиевыми проводниками. Да, конечно, рекомендуется применение специальной смазки против окислов, да, рекомендуется систематическая ревизия соединений с участием алюминия. Но ведь все это допускается и работает годами.

А вот версия с гальванической парой действительно имеет право на существование. Но здесь все-таки не обходится без окислов. Ведь медный проводник тоже достаточно быстро покрывается окислом с той лишь разницей, что окисел меди более-менее проводит ток.

Но если соединены медный и алюминиевый проводник, их окислы имеют возможность диссоциации, то есть распада на заряженные ионы. Диссоциация возможна благодаря естественной влаге, которая всегда есть в воздухе. Ионы окислов алюминия и меди, будучи частицами с разным электрическим потенциалом, начинают принимать участие в процессе течения тока. Начинается процесс, известный как «электролиз» (смотрите - Применение электролиза).

В ходе электролиза ионы переносят заряды и перемещаются сами. Но, кроме того, ионы – это ведь частицы металлов проводников. При их перемещениях металл разрушается, образуются раковины и пустоты. Особенно это касается алюминия. Ну, а там где есть пустоты и раковины, там уже нельзя иметь надежный электрический контакт. Плохой контакт начинает греться, становится еще хуже и так далее вплоть до возгорания.

Отметим, что чем влажнее окружающий воздух, тем более интенсивно протекают все перечисленные процессы. А неравномерное тепловое расширение и непроводящий слой окисла алюминия – это лишь отягчающие факторы, не более того.

В дополнение к статье полезная табличка, в которой в наглядной форме показана совместимость и несовместимость отдельных металлов и сплавов при их соединении. Медь и алюминий между собой соединять нельзя, так как они несовместимы.

Совместимость некоторых металлов и сплавов

Совместимость некоторых металлов и сплавов

Примечание: С – совместимые, Н – несовместимые, П – совместимые при пайке, при непосредственном соединении образуют гальваническую пару.

Алюминий против меди в трансформаторах

Алюминий является основным материалом выбора для обмотки низкого напряжения, сухих трансформаторов мощностью более 15 киловольт-ампер (кВА). В некоторых других странах мира, медь является преобладающим намоточным материалом. Основной причиной выбора алюминиевых обмоток является их низкая начальная стоимость. Стоимость меди исторически оказалась гораздо более изменчивой, чем стоимость алюминия, так что цена покупки медного проводника в целом является более дорогим выбором. Кроме того, поскольку алюминий имеет большую пластичность и легче поддается сварке, то является более дешевым материалом при производстве. Тем не менее, надежные соединения алюминия требуют больше знаний и опыта со стороны сборщиков силовых трансформаторов, чем это требуется для медных соединений.

Технические аргументы в электротехнической промышленности о преимуществах и недостатках алюминия по сравнению с медью меняются туда и обратно в течение многих лет. Большинство из этих аргументов несущественны, а некоторые могут быть классифицированы просто как дезинформация. Повод этой статьи - обсуждение некоторой общей озабоченности по поводу выбора между этими двумя материалами для обмоток трансформаторов.

Таблица 1: Распространенные причины выбора материала обмоток для низковольтных сухих силовых трансформаторов

ИСТИНА ЛОЖЬ
Оконечные заделки намотанных алюминием трансформаторов несовместимы с медной линией и силовыми кабелями. *
Оконцевание выводов должным образом - более сложная задача для намотанных алюминием трансформаторов. *
Соединения с линией и нагрузкой трансформаторов с медными обмотками более надежны, чем у трансформаторов с алюминиевыми обмотками. *
Трансформаторы с алюминиевыми обмотками весят легче, чем аналогичные с медными обмотками. *
Намотанные медью обмотки низкого напряжения трансформаторов лучше подходят для "ударных" нагрузок, потому что у меди более высокая прочность на растяжение чем у алюминия. *
Трансформаторы с алюминиевыми обмотками имеют более высокие потери, чем аналогичные с медными обмотками. *
Трансформаторы с алюминиевыми обмотками больше греются, потому, что медь обладает лучшей теплопроводностью, чем алюминий. *

Различия между медью и алюминием


Основные беспокойства по поводу выбора материала обмотки отражают пять характерных различий между медью и алюминием:

Таблица 2: Пять характерных различий между медью и алюминием

Возможность соединения

Оксиды, хлориды, сульфиды или недрагоценные металлы, более проводящие на меди, чем алюминии. Этот факт делает очистку и защиту соединителей для алюминия более важной. Некоторые считают соединения меди с алюминием несовместимыми. Также под вопросом сопряжение соединений между алюминием трансформаторов и медным проводом присоединения.

Коэффициент расширения

При изменении температуры алюминий расширяется почти на треть больше, чем медь. Это расширение, наряду с пластичным характером алюминия, вызывает некоторые проблемы для ненадлежаще установленных болтовых соединений. Чтобы избежать ослабления соединения, необходимо его подпружинивание. Используя либо чашевидные или прижимные шайбы можно обеспечить необходимую эластичность при сочленении, без сжатия алюминия. При использовании надлежащей арматуры алюминиевые соединения, могут быть равными по качеству медным.

Теплопроводность

Некоторые утверждают, что поскольку, теплопроводность меди выше, чем алюминия то это оказывает влияние на снижение хот-спот температуры обмотки трансформатора. Это верно только тогда, когда проводники обмоток из меди и алюминия одинакового размера, геометрии и дизайна. Следовательно, для любого силового трансформатора заданного размера, тепловые характеристики теплопроводности алюминия могут быть очень близки меди. Для алюминиевых обмоток для достижения той же самой электропроводности как у меди, она должна быть примерно на 66% больше по площади поперечного сечения.. Производители трансформаторов проектируют и проверяют их с учетом хот-спот особенностей их конструкции и использую площадь поверхности охлаждения, геометрию обмоток, воздуховоды, и форму проводников для получения приемлемых хот-спот градиентов, независимо от материала намотки.

Электрическая проводимость

Часто аргументы указывают на неполноценность проводимости алюминия, мотивируя это тем, что алюминий имеет только 61% от проводимости меди, что приводит к более высоким потерям в алюминиевых обмотках трансформаторов. Проектировщики всегда обеспокоены температурой обмоток. Чтобы удержать температуру в данном классе изоляции, трансформаторы с алюминиевыми обмотками разрабатывают с проводниками большей площади поперечного сечения чем медь. В среднем, это приводит к потерям энергии для алюминия одинаковым с медью. Таким образом, силовые трансформаторы аналогичной конструкции с тем же самым нагревом имеют примерно эквивалентные потери независимо от материала проводника.

Производители трансформаторов ограничивают выбор доступных размеров проводников. Из-за этого некоторые проекты в алюминии могут получить более низкие потери чем в меди просто, потому что ограничен выбор размера провода. В других проектах медь более эффективна. Немногие, если таковые вообще имеются, производители трансформаторов сухого типа для низкого напряжения изменяют основные размеры сердечника при переходе от алюминия к меди, так что потери в сердечнике остаются примерно одинаковыми, независимо от обмоточного материала. Если одинаковой эффективности можно добиться путем изменения размеров намоточного провода и основные потери остаются теми же, нет никаких практических оснований ожидать, что один дизайн трансформатора, более эффективен, чем другие. Разница в стоимости между медью и алюминием часто позволяет обеспечить алюминиевые проводники большего сечения, что приводит к снижению потерь холостого хода при меньших затратах, чем если бы были использованы медные проводники.

Предел прочности на разрыв


Более низкая прочность на растяжение и предел текучести алюминия вызывала некоторое беспокойство по поводу его использования при циклических нагрузках. Нагрузки с большими токовыми бросками, которые создают приводы постоянного тока и некоторые другие потребители, приводят к появлению электромагнитных сил, которые могут вызвать движение проводников и смещение обмотки. Как показано в таблице 2, алюминий имеет только 38% от предела прочности меди. Тем не менее, в таблице сравнение основано на равных площадях поперечного сечения. Как отмечалось ранее, чтобы обеспечить равный рейтинг трансформаторам с алюминиевыми обмотками необходимо иметь обмотки площадью поперечного сечения на 66% больше, чем трансформаторам с медными обмотками. Использование больших размеров проводников приводит к показателям алюминиевой обмотки почти равным медной. Способность трансформатора противостоять долговременным механическим воздействиям бросков нагрузки больше зависит от соответствующего баланса обмотки и крепления соединительных проводов чем от выбора проводника. Не обнаружено существенной разницы между медными или алюминиевыми обмотками трансформаторов низкого напряжения в механических повреждениях при испытаниях.

Подключение

Подключение на сегодняшний день является самой распространенной причиной "ущербности" ​​в отношении использования алюминиевых обмоток трансформаторов. И медь и алюминий склонны к окислению или другим химическим изменениям под воздействием атмосферы. Проблема в том, окись алюминия является очень хорошим изолятором, в то время как оксид меди, хотя и не считается хорошим проводником, но не так проблематичен в болтовых соединениях. Зачистка контактов вместе с качественным соединением позволяют предотвратить окисление. Эти рекомендации относятся к любому проводящему материалу, просто более существенны для алюминия. Большинство электриков хорошо обучены этим процедурам, и техника выполнения болтовых соединений проводников из алюминия четко установлена и ее надежность доказана практикой.

В общем, болтовые соединения из алюминия без покрытия с медью не рекомендуются. Хотя есть несколько надежных сварочных и взрывных технологий для соединения этих двух металлов, но они, в настоящее время, почти не используются в производстве силовых трансформаторов. Большинство болтовых соединений алюминия с медью выполнены с применением серебра или лужения. В большинстве кабельных соединений к трансформаторам с алюминиевыми обмотками используются алюминиевые наконечники с покрытием олова. Эти наконечники специально предназначены (Al / Cu) для соединения медного провода с любым металлом. Эта практика является общепринятой и показала свою надежность на протяжении более 30 лет эксплуатации трансформаторов с алюминиевыми обмотками.

ТЕОРИЯ ПРОТИВ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Большинство аргументов в пользу меди было основано на теориях, которые, практически, не представляют из себя что-либо существенное. Несколько теорий, также существуют, которые способствуют использованию алюминия.

Один из аргументов фокусируется на различных методах выполнения медных и алюминиевых соединений. Внутренние соединения обмоток трансформатора, выполненные медью, как правило, паяные, тогда как же соединения алюминия свариваются с использованием инертного газа. Технически, метод пайки тугоплавким припоем делает медное соединение менее проводимым чем медь. Сварка алюминия в инертном газе дает сплошной алюминий, соединенный без потери проводимости. Кроме того, некоторые утверждают, что в течение долгого времени медная окись продолжает формироваться, отслаивая наружную медь и в конечном счете повреждая весь проводник. С другой стороны, алюминиевая окись формирует стойкое, защитное покрытие на открытых металлических поверхностях, препятствуя окислению уже через несколько миллионных долей сантиметра. Да, возможны определенные проблемы при эксплуатации трансформатора в коррозионных атмосферных или экстремальных нагрузочных условиях. Однако, среднестатистический потребитель не должен быть слишком обеспокоен этими теоретическими соображениями, потому что и у медных и у алюминиевых трансформаторов есть отличный послужной список долгих лет практического применения.

Единственная уважительная причина, чтобы предпочесть медь алюминию - ограниченность пространства. Неопровержимый факт - намотанный медью трансформатор может быть меньшего размера чем намотанный алюминием. Главным образом, трансформаторы, с открытым ярмом и обмотками, покупают крупные сборщики, для того чтобы поместить в их собственные устройства, в интересах экономии пространства. Большинство закрытых трансформаторов общего назначения продаются в корпусах одинаковых размеров как для алюминия так и для меди, так что даже это небольшое преимущество меди не реализуется.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Выбор между обмотками трансформатора из алюминия или меди сводится к личным предпочтениям. Высокая цена на медь часто требует оправданности покупки, но эти аргументы были опровергнуты в этой статье. По правде говоря, опыт работы в отрасли просто не поддерживает ни одну из наиболее часто заявляемых причин выбора меди в сравнении с алюминием. Спрос на сухие трансформаторы с алюминиевыми низковольтными обмотками, вероятно, будет расти из-за их существенного преимущества по стоимости перед медью. Как некоторые из старых мифов исчезают из-за ошеломляющего успеха алюминия, так все больше пользователей предпочитают заплатить меньшие деньги, при относительно небольшом дополнительном внимании к деталям, необходимым для выполнения надежных соединений. Хорошая практика при создании электрических соединений преимущество для всех в отрасли, независимо от того, используется алюминий или медь. Прежде, чем вложить капитал в дополнительную стоимость медных трансформаторов, исследуйте причины предпочтения меди в технических характеристиках.


Медь. В начале августа этого года цена на медь достигла 9800 долл./т, что выше исторически пиковых значений 2008 года, когда цена поднималась до уровня 9000 долл./т, после чего последовало резкое её снижение до 3500 долл./т в первом квартале 2009 г. С тех пор цена постепенно устойчиво росла, добравшись до отметки 7243 долл./т в первом квартале 2010 года. Затем последовала временная пауза перед тем, как цена снова пошла вверх. В феврале этого года значение цены превысило 10 тысяч долл./т, после чего произошло её снижение (рис. 1).


Только частично рост цены на медь можно объяснить удешевлением доллара. Значимыми факторами являются более быстрое, чем ожидалось, восстановление мирового потребления меди, особенно в Азии, и снижение настороженности по поводу наступления второй фазы кризиса. Запасы меди на Лондонской бирже металлов стали снижаться. Ещё одним фактором послужил интерес к меди со стороны представителей финансового сектора, которые в условиях сильной неопределённости на фондовом и денежном рынках вкладывают капитал в ликвидные металлы (торгуемые на биржах).
После того как в 2009 году на мировом рынке избыток меди достиг миллиона тонн, в 2010 году её производство увеличилось незначительно, тогда как спрос неожиданно быстро вырос. В результате по итогам прошлого года дефицит меди в мире был оценен в 252 тыс. тонн. Глобальный спрос на провода и кабель, для изготовления которых используется около половины потребляемой меди, сейчас увеличивается довольно активно. Второй раз за последнее десятилетие (первый раз в 2004 г.) во всех главных регионах мира отмечено повышение потребления кабельно-проводниковой продукции. В 2010 г. объём добытой меди практически не увеличился по сравнению с 2009 г., поскольку крупные проекты по освоению новых месторождений не были реализованы, а качество руды на многих функционирующих местах добычи снизилось.
В последние годы скрап стал очень важным компонентом на рынке меди. После обрушения цен на медь в четвёртом квартале 2008 г. вторичный металл практически исчез из обращения, и 2009 г. был бедным по предложению скрапа. Более того, трейдеры не были склонны продавать скрап в Китай, после того как в конце 2008 г. китайские покупатели отказались выполнять ранее заключённые контракты, которые были основаны на высоких ценах. Также негативно сказалось падение промышленного производства в Северной Америке и Западной Европе, являющихся главными регионами по формированию процессного медного скрапа. Мировое предложение вторичной меди снизилось более чем на 10% от предкризисного уровня. Эта нехватка скрапа частично объясняет рост потребления первичной меди в последние годы.
В ближайшем будущем прогнозируется превышение мирового потребления меди над производством. По оценке Международной группы изучения меди, уровень дефицита металла в мире будет равен 377 тыс. т в 2011 г. и 279 тыс. т в 2012 г. Начиная с 2013 г. ожидается ввод новых проектов в сфере добычи, и предложение меди начнёт расти быстрее, чем спрос на неё, что должно привести к снижению цены до уровня около 7 тыс. долл./т по прогнозу Международной федерации производителей кабельной продукции.
В связи с ожидаемым сохранением высоких цен на медь в ближайшем будущем производителям кабельно-проводниковой продукции необходимо внимательно относиться к рынку меди, поскольку вырастет потребность в оборотном капитале и может возникнуть нехватка сырья для тех из них, кто не позаботится о сырьевых запасах. Поэтому понятен интерес к альтернативным по отношению к меди сырьевым материалам для изготовления проводов и кабелей, прежде всего к алюминию.

Алюминий. В течение фазы роста цен, начавшейся в 2006 г., цена на алюминий следовала за динамикой цены на медь, и, когда в четвёртом квартале 2008 г. цены рухнули, поведение цен на алюминий мало отличалось от изменений цен на медь. Хотя с тех пор уровень цен на медь восстановился и превзошёл докризисные значения, цена на алюминий восстановилась лишь частично. В настоящее время она колеблется около 2400 долл./т (рис. 2), тогда как в 2008 г. достигала 3000 долл./т. Таким образом, на фоне обесценившегося американского доллара и высоких цен на медь алюминий стал выглядеть более привлекательно как сырьевой материал для изготовления проводов с точки зрения издержек.


В отличие от рынка меди предложение первичного алюминия лучше соответствует спросу на него, и в результате биржевые запасы алюминия достаточно высоки. Общее количество этих запасов в мире достигает 6,5 млн т, которых должно хватить примерно на три месяца при текущем темпе потребления алюминия, хотя часть запасов хранится для финансовых целей, что делает их недоступными для текущего использования. Темпы роста производства алюминия не отстают от его потребления, даже несмотря на решение Китая сократить на территории страны мощности по производству алюминия с целью ограничения потребления энергии.
Поскольку запасы алюминия высоки и стабильны и планируются новые проекты по его производству, то прогнозируется, что рост мирового предложения этого металла будет соответствовать росту спроса на него, следовательно, не ожидается значительного повышения мировых цен на алюминий. Единственный фактор, который может привести к росту цены, — это возможность значительного ограничения выпуска алюминия в Китае для экономии электроэнергии, но его наступление считают маловероятным. Соответственно, цена на алюминий сохранится на текущем уровне (примерно 2200— 2500 долл./т) в последующие два года. Поэтому соотношение между ценами на медь и алюминий ожидается высоким.

РАСЧЁТНАЯ ОЦЕНКА ЗАМЕНЫ МЕДИ АЛЮМИНИЕМ В ПРОВОДНИКАХ

Исследование относительных издержек изготовления медных и алюминиевых проводников должно опираться на три фактора: соотношение цен на металлы, их веса и проводимости. Медь значительно тяжелее алюминия (плотность меди составляет 8,9 г/см 3 , алюминия — 2,7 г/см 3 ), из чего следует, что медный проводник в 3,3 раза тяжелее алюминиевого такого же размера. Однако алюминий обладает только 0,61% проводимости меди, и, чтобы провести такой же ток, алюминиевый проводник должен быть больше медного по площади на 0,61%. Таким образом, единица веса проводимости алюминия лишь в два раза выше (3,3х0,61), чем у меди. И поскольку ценовое отношение между медью и алюминием в настоящее время достигает 3,5 раза (рис. 3), то медный проводник обойдётся в 7 (2х3,5) раз дороже, чем эквивалентный ему проводник из алюминия.


Однако сопоставление медных и алюминиевых проводников этим не исчерпывается. Потребляемый кабель обладает стандартными размерами, но невозможно изготовить алюминиевый проводник по размерам, точно совпадающим с медным. Потребуется изготовлять проводник из алюминия по размерам примерно в два раза больше, чем из меди. Соответственно, необходимо больше изолирующего и защитного материала, что снизит ценовую привлекательность алюминия.
Например, если мы возьмём 70 мм 2 медного кабеля, в котором расходы на проводник составят 65% от общих издержек производства кабеля, то эквивалентные 120 мм 2 алюминиевого кабеля будут дешевле на 23,5%. Но если доля медного проводника в кабеле составит 80% от общих издержек производства кабеля, то экономия от использования алюминиевого кабеля достигнет 46%. Только в случае, если расходы на медный проводник будут ниже 50% от общей стоимости кабеля, эквивалентный ему алюминиевый кабель будет незначительно дешевле. В большинстве низковольтных и во многих средневольтных кабелях доля расходов на проводник в издержках изготовления составляет в настоящее время более 50%, поэтому переход к алюминиевому проводнику может дать значительную экономию.

ОМЕДНЁННЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ (COPPER CLAD ALUMINIUM) ПРОВОДНИК

Омеднённый алюминиевый (Copper Clad Aluminium, ССА) проводник известен уже много лет наряду с омеднённым стальным проводником. Первоначально его использовали в телекоммуникационных кабелях. Проводники CCA состоят из двух различных материалов — жил, изготовленных из алюминия, снаружи покрытых медью. Причина такой конструкции очевидна — медь вносит весомую составляющую в общую стоимость кабеля, и частичная замена меди алюминием существенно её снижает. Такие кабели должны иметь хорошие характеристики при передаче высокочастотных сигналов из-за проявления поверхностного эффекта (скин-эффект), когда сигнал распространяется только по поверхности проводника, то есть по внешнему медному слою жилы. В условиях высоких цен на медь предпринимаются попытки изучения применения ССА-проводника для изготовления силовых кабелей. В жиле ССА-проводника медь обычно занимает 10% объёма, 5% от поперечного сечения жилы, 43% от веса.
Производители ССА-проводника утверждают, что этот материал обладает по сравнению с медью такими преимуществами алюминия, как малый вес и дешёвая стоимость, без наличия его недостатков. На практике эти преимущества в материальных издержках могут быть нивелированы более высокими расходами по изготовлению такого проводника, так как процесс плакирования сложнее, чем обычное волочение проволоки. Более низкая проводимость ССА означает, что при изготовлении кабеля потребуется жила большего размера по сравнению с медным проводником. Следовательно, в таких обстоятельствах ценовое преимущество ССА-проводника перед медным будет снижаться.
Множество производителей ССА-проводников находится в Китае, крупнейшим из них является компания Fushi Copperweld. Эта компания также владеет крупной американской фирмой Copperweld. За пределами Китая и США производство ССА-проводников незначительно. Общая мощность Fushi Copperweld составляет 36 тысяч тонн, тогда как мировое производство ССА-проводников в 2009 г. оценивалось в 180 тысяч тонн. Большая часть этого объёма пошла на изготовление коммуникационных кабелей, в других областях кабельного производства применение ССА-проводников ограниченно.


Помимо традиционных сфер использования ССА в коаксиальных кабелях и некоторых специфичных обмоточных проводах, в настоящее время существуют другие области его использования. Одной из них является производство LAN-кабелей, в основном в Китае. Конечно, главной целью в этом случае становится снижение издержек, однако следует понимать, что такой кабель не соответствует требованиям к качеству кабеля для деловых или промышленных помещений. Этот LAN-кабель вполне подходит для внутренних жилых помещений. Кроме того, существуют сведения, что ССА применяют в кабеле для датчиков и для устройств выработки электроэнергии в ветроустановках, где небольшой вес проводника имеет высокую значимость. Другие возможные сферы использования ССА — это изготовление внутреннего электропровода и силового кабеля. Одним из главных препятствий применения такого рода кабелей является то, что ССА-проводник не включён в спецификации. Ранее в некоторых стандартах, например в Британском Стандарте, ССА упоминался как один из вариантов, но впоследствии он был оттуда убран, и сейчас у ССА-проводников появится возможность для роста потребления, только если они будут включены в технические стандарты. Это требует довольно много времени, поэтому не стоит ожидать расширения применения ССА в ближайшем будущем. Только в тех областях, где нет государственных стандартов, например, в изготовлении промышленного оборудования, производители которого используют собственные стандарты, у ССА-проводников есть шанс.
Другие проблемы расширения потребления ССА-проводника состоят в трудности его рециклинга и риске загрязнения им чистого медного скрапа. Если покрытый оловом медный провод может быть обнаружен и выделен по внешним признакам, то сепарация ССА-скрапа становится более сложной задачей. Внешне ССА-провод выглядит так же, как медный, поэтому его нужно разрезать, чтобы обнаружить алюминий в сечении. Эта проблема станет серьёзной, если произойдёт расширение использования ССА-проводов. В Европе наблюдается лишь небольшая степень загрязнения ССА-скрапом вторичного промышленного сырья, тогда как в Китае более внимательно относятся к контролю скрапа, поскольку отработанные ССА-проводники там встречаются довольно часто.
В целом попытки использования ССА-проводов, в особенности для изготовления промышленного оборудования, наблюдаются тогда, когда начинает увеличиваться цена на медь. Консервативность потребителей и отсутствие упоминания ССА-проводников в стандартах остаются главными препятствиями для расширения их сбыта.



ВОЗМОЖНОСТИ И ОГРАНИЧЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ В ОТДЕЛЬНЫХ ВИДАХ ПРОВОДНИКОВО-КАБЕЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ

Применение алюминия в кабеле для внутренней прокладки в жилищном и промышленном строительстве в глобальной перспективе очень ограниченно. Алюминий не пользуется популярностью на большинстве региональных рынков мира и занимает очень незначительную часть в потреблении. Там, где раньше он широко использовался в строительном кабеле (например в Индии), сейчас алюминий вытеснен медью. Несмотря на значительный рост стоимости меди в последние годы, вряд ли произойдёт замещение меди алюминием, поскольку это приведёт к ухудшению качества проводимости, даже несмотря на разработку новых сплавов и совершенствование монтажных и соединительных устройств.
Лёгкий вес алюминия может сыграть важную роль в автомобильной промышленности, где постоянно ищут способы снижения массы автомобиля. Конечно, здесь следует соблюдать баланс с необходимостью увеличения пространства для алюминиевых проводов при замене ими медной проводки. Сегодня алюминиевый провод в автомобилях используется для аккумуляторных кабелей, но существуют планы применять его и в основных жгутах электропроводки. Например, компания Sumitomo Electric начала снабжать фирму Toyota алюминиевой автомобильной электропроводкой. Алюминиевый комплект автопроводов на 40% легче комплекта с медным проводником. Одной из возможностей замены меди в этой сфере может стать применение ССА-проводника, который тоньше алюминиевого, что приведёт к экономии пространства в автомобиле.
Провода для бытовых электроприборов так же, как и автомобильные провода, собирают в пучки перед установкой в изделие. Однако объём таких проводов обычно мал, и снижение веса не является важной задачей. Поэтому интерес к возможностям использования алюминия в этой области довольно мал. Впрочем, если применение алюминиевых автомобильных проводов станет технологически успешным, то будет легко приспособить эти технологии для изготовления проводов для бытовых электроприборов из алюминия, в результате снизятся издержки их производства. Другим направлением, связанным с использованием алюминия в электрооборудовании, является разработка облуживающегося алюминиевого провода. ССА-проводник также может потенциально стать заменителем меди в проводах для электроприборов.
Алюминиевый обмоточный провод традиционно применяют в ограниченной мере, что обусловлено определённой спецификой. В трансформаторах мощностью 15 кВА и выше часто используется алюминиевая обмотка, в частности, для трансформаторов, устанавливаемых на мачтах, когда важен лёгкий вес алюминия. Также алюминий применяют в моторах с низким рабочим циклом, таких, как измельчители, двери гаражей с автоматическим открыванием. В остальных областях использования обмоточных проводов алюминий не рассматривается как эффективный заменитель меди, хотя ССА-провод применяется в высокочастотных катушках. Можно ожидать продолжения замены меди алюминием в обмоточных проводах, но это будет постепенный и нераспространённый процесс.

ВЫВОД

Таким образом, в ближайшие годы прогнозируется довольно высокий уровень мировых цен на медь, что негативно сказывается на расчётах издержек производства кабельно-проводниковых изделий. В таких условиях поставщики этих изделий более внимательно изучают перспективы замещения меди алюминием, чья цена в последнее время в 3,5 раза ниже цены на медь, тогда как в прошлом эта разница была гораздо меньше. Определённые препятствия, связанные с физико-химическими свойствами алюминия и ограничениями технических стандартов, не позволяют полноценно заменить медные проводники алюминиевыми. Тем не менее в ряде случаев, как было показано в статье, поиск возможностей по такой замене может увенчаться успехом при определённых усилиях. В частности, это касается автомобильных проводов, некоторых силовых кабелей, обмоточного провода.

При подготовке статьи использованы материалы Международной федерации производителей кабельной продукции, Международной группы изучения меди.

Читайте также: