Con el aumento de los precios de los materiales de cobre electrolítico, ha aumentado el costo de las barras colectoras de cobre y la distribución eléctrica en ingeniería. Actualmente, las barras colectoras de cobre dominan el mercado.
¿Existe algún producto que funcione tan bien como un bus de cobre pero que tenga un precio más bajo? La respuesta es afirmativa.
Las barras colectoras de aluminio, con su rentabilidad y excelente rendimiento, pueden reemplazar a las barras colectoras de cobre.
Actualmente, el precio unitario de las barras colectoras de aluminio ronda el 50% del precio del cobre, lo que las convierte en una alternativa viable para reducir costes sin comprometer el rendimiento.
Este artículo presenta principalmente el rendimiento de nuestras barras colectoras de aluminio para brindar una comprensión integral a los usuarios.
I. Análisis de conductividad de barras colectoras de aluminio
La conductividad de nuestras barras de cobre es del 99,98%, mientras que las barras de cobre estándar del mercado tienen una conductividad de sólo el 52%~85%. Evidentemente, la conductividad de las barras colectoras de cobre de nuestra empresa supera significativamente a la de otras marcas.
Además, nuestras barras colectoras tienen una sección transversal mayor, lo que aumenta su factor de seguridad. Dado el precio y el peso de las barras colectoras de cobre, también ofrecemos barras colectoras de aluminio, que utilizan barras de aluminio con una conductividad ≥61%.
Aunque es más bajo que el de las barras colectoras de cobre, coincide con la conductividad de algunas barras colectoras de cobre en el mercado, y el área de la sección transversal de las barras colectoras de aluminio también ha aumentado. Por lo tanto, el desempeño de seguridad de los autobuses no se verá comprometido por cambios materiales.
II. Análisis de densidad de corriente de barras colectoras de aluminio.
Comparación de densidad de corriente entre conductores de aluminio y cobre (Unidad: A/mm 2 )
| Corriente Eléctrica/Materiales | 1600A | 1600A~3150A | 3150A~5000A |
| Aluminio | 2~1,5 | 1,6 ~ 1,5 | 1,5~1,15 |
| Cobre | 2,5~1,78 | 1,78~1,67 | 1,67~1,59 |
Análisis de corriente de carga en condiciones de igual peso:
La densidad del aluminio es de 2,7 gramos por centímetro cúbico, mientras que la del cobre es de 8,9 gramos por centímetro cúbico.
La densidad del cobre es aproximadamente 3,3 veces la del aluminio. Así, con el mismo peso, la corriente de carga del aluminio supera con creces a la del cobre.
Por ejemplo, en un escenario de 1600A, la corriente de carga del aluminio por unidad de peso es 2,67 veces mayor que la del cobre. Esto reduce sustancialmente el peso del autobús, beneficiándose de aligerar la carga del edificio y facilitando la instalación de la obra.
III. Análisis de impedancia
Los valores de impedancia para conductores de aluminio o cobre tipo HP utilizados para alimentación CA trifásica de 50 Hz o 60 Hz son los siguientes:
Unidad: ×10 -4 Ω/m
| Corriente nominal (A) | 50Hz | 60Hz | |||||
| R（Ω/m） | X（Ω/m） | Z（Ω/m） | R（Ω/m） | X（Ω/m） | X（Ω/m） | ||
| COBRE | 600 | 0.974 | 0.380 | 1.045 | 0,977 | 0.456 | 1.078 |
| 800 | 0,784 | 0.323 | 0,848 | 0,789 | 0.387 | 0,879 | |
| 1000 | 0.530 | 0.235 | 0.580 | 0.536 | 0,282 | 0.606 | |
| 1200 | 0.405 | 0,185 | 0.445 | 0.412 | 0222 | 0.468 | |
| 1350 | 0.331 | 0,152 | 0.364 | 0.338 | 0,183 | 0.384 | |
| 1500 | 0.331 | 0,152 | 0.364 | 0.338 | 0,183 | 0.384 | |
| 1600 | 0,282 | 0,129 | 0.311 | 0,289 | 0.155 | 0.328 | |
| 2000 | 0.235 | .0.107 | 0,259 | 0.241 | 0,128 | 0.273 | |
| 2500 | 0,166 | 0,076 | 0,182 | 0,169 | 0.091 | 0,192 | |
| 3.000 | 0,141 | 0.065 | 0.155 | 0.144 | 0,078 | 0.164 | |
| 3500 | 0,123 | 0.056 | 0,135 | 0,127 | 0.068 | 0.143 | |
| 4000 | 0.110 | 0.051 | 0121 | 0.113 | 0.061 | 0.126 | |
| 4500 | 0.094 | 0.043 | 0.104 | 0.096 | 0.052 | 0.109 | |
| 5.000 | 0.082 | 0.038 | 0.091 | 0.084 | 0.045 | 0.096 | |
| ALUMINIO | 600 | 1.257 | 0.323 | 1.297 | 1.385 | 0.387 | 1.438 |
| 800 | 0,848 | 0.235 | 0,879 | 0,851 | 0,282 | 0.896 | |
| 1000 | 0,641 | 0,185 | 0,667 | 0.645 | 0.222 | 0,682 | |
| 1200 | 0.518 | 0,152 | 0.540 | 0.523 | 0,183 | 0.554 | |
| 1350 | 0.436 | 0,129 | 0.454 | 0.443 | 0.155 | 0.469 | |
| 1500 | 0,378 | 0.113 | 0,394 | 0.386 | 0,135 | 0.409 | |
| 1600 | 0.360 | 0.107 | 0.375 | 0.367 | 0,128 | 0,389 | |
| 2000 | 0.286 | 0.084 | 0,298 | 0,293 | 0.101 | 0.310 | |
| 2500 | 0.218 | 0.065 | 0.228 | 0.221 | 0,078 | 0.235 | |
| 3.000 | 0.180 | 0.054 | 0,188 | 0,184 | 0.064 | 0,195 | |
| 3500 | 0.143 | 0,042 | 0,149 | 0,146 | 0.051 | 0.155 | |
| 4000 | 0.126 | 0.038 | 0,131 | 0,129 | 0.045 | 0,136 | |
| 4500 | 0.120 | 0.036 | 0,125 | 0,122 | 0.043 | 0.130 | |
| 5.000 | 0.095 | 0,028 | 0,099 | 0,098 | 0.034 | 0.103 | |
Tomando 1600A como ejemplo, la impedancia del cobre es: R: 0,282, X: 0,129, Z: 0,311.
La impedancia del aluminio es: R: 0,360, X: 0,107, Z: 0,375. Unidad: (10 -4 Ω/m).
Como puede verse, la impedancia del aluminio y del cobre es casi la misma. La baja impedancia puede aumentar la distancia de transmisión y mejorar la entrega efectiva de la señal.
4. Análisis de caída de voltaje
En términos de caída de voltaje, la caída de voltaje del cobre y el aluminio se calcula mediante la siguiente fórmula:
Cálculo de caída de tensión △V = √3 I (Rcosφ+Xsinφ)
- △V: Caída de tensión línea a línea (V/m)
- I: corriente de carga (A)
- cosφ: Factor de potencia de carga
- senφ: √1- cos2φ
- A: Resistencia CA bajo corriente de carga (Ω/m)
R=R 95 ×(1+α{55×I/I 0 +20} 2 /1+75α)
- R95: Datos en la tabla de valores de impedancia. (10 -4 Ω/m)
- α: Coeficiente de temperatura de resistencia Cobre: 3,85×10 -3
- Aluminio: 4,00×10 -3
- UE 0 : Corriente nominal (A)
- X: Reactancia (Ω/m)
Por ejemplo, cuando cosφ=0,8:
| Caída de tensión en aluminio (V/m) | Caída de voltaje de cobre (V/m) | |
| 1600A | 0.103 | 0,098 |
| 3150A | 0.096 | 0,092 |
| 5000A | 0.086 | 0.080 |
Se puede ver que aunque la diferencia en la caída de voltaje entre el aluminio y el cobre aumenta ligeramente con el crecimiento de la corriente, la diferencia no es muy significativa y no afectará el uso normal.
Si la longitud del bus es de 100 metros, la diferencia entre aluminio y cobre para un bus 3150A es de 0,4 V, lo que prácticamente puede ignorarse. Por tanto, en términos de caída de tensión, el rendimiento del aluminio y el cobre es básicamente el mismo.
V. Análisis del aumento de temperatura
Según la certificación del departamento CCC, el aumento de temperatura de las barras colectoras de nuestra empresa cumple con la norma nacional:
Autobús 1600A:
La norma nacional estipula que el aumento de temperatura permitido en la conexión es ≤70(K)
El mayor aumento de temperatura en la conexión de barras colectoras de aluminio de nuestra empresa es 49,7 (K),
El mayor aumento de temperatura en la conexión del bus de cobre es de 43,1(K).
Autobús 3150A:
La norma nacional estipula que el aumento de temperatura permitido en la conexión es ≤70(K)
El mayor aumento de temperatura en la conexión de barras colectoras de aluminio de nuestra empresa es 52,8 (K),
El mayor aumento de temperatura en la conexión del bus de cobre es de 51,5(K).
Autobús 5000A:
La norma nacional estipula que el aumento de temperatura permitido en la conexión es ≤70(K)
El mayor aumento de temperatura en la conexión de barras colectoras de aluminio de nuestra empresa es 39,4 (K),
El mayor aumento de temperatura en la conexión de la barra colectora de cobre es de 38,2 (K).
De los datos anteriores se puede ver que los autobuses de nuestra empresa no solo cumplen con el estándar nacional, sino que también están muy por debajo del estándar nacional.
Un punto que vale la pena señalar es que la diferencia de aumento de temperatura entre las barras colectoras de cobre y aluminio es de solo 2 ~ 4 K.
Por lo tanto, se puede decir que las barras colectoras de aluminio de nuestra empresa no son inferiores a las barras colectoras de cobre en términos de aumento de temperatura, e incluso mejores que la mayoría de las barras colectoras de cobre del mercado.
SIERRA. Análisis de la corriente de sobrecarga de cortocircuito permitida.
Cuando se produce una falla de cortocircuito en el circuito de suministro de energía, la corriente de cortocircuito en el circuito de cortocircuito es de varios a cientos de veces mayor que la corriente nominal, alcanzando a menudo varios miles de amperios.
La corriente de cortocircuito que pasa a través de equipos y conductores eléctricos generará inevitablemente una gran fuerza electromotriz y la temperatura del equipo puede aumentar bruscamente, posiblemente dañando la barra colectora.
Por lo tanto, el bus debe ser capaz de soportar la corriente de cortocircuito requerida por la norma nacional.
Después de la prueba de tipo CCC, los resultados de la prueba de resistencia a corto plazo de las barras colectoras de aluminio de nuestra empresa se muestran en la siguiente tabla:
Tabla comparativa de rendimiento de pruebas de cortocircuito para barras colectoras de cobre y aluminio
| Materiales/corriente de prueba | autobús de cobre | Barra colectora de aluminio |
| 30KA | Línea Parent: Durante una prueba con una corriente de 30KA y un tiempo de energización de 1ms, el bus de aluminio no sufrió ningún daño o deformación por partes mecánicas o aislantes.
Unidad Funcional: Durante las pruebas con una corriente de 35KA y un tiempo de energización de 1ms, los contactos del enchufe no mostraron signos de soldadura por fusión y no hubo daños en partes mecánicas o aislantes. Bus Neutro: Con una corriente de 18KA y un tiempo de energización de 1ms, el bus de aluminio no sufrió daños ni deformaciones por piezas mecánicas o aislantes. Esto cumple plenamente con las normas nacionales. |
Línea matriz: Con una corriente de prueba de 30KA y un tiempo de electrificación de 1ms, el bus de aluminio no sufrió daños ni deformaciones de las partes mecánicas o aislantes.
Unidad Funcional: Con una corriente de prueba de 35KA y un tiempo de electrificación de 1ms, los contactos del enchufe no presentaron signos de soldadura por fusión y no hubo daños en las partes mecánicas y aislantes. Línea Neutra: En 18KA, con un tiempo de electrificación de 1ms, el bus de aluminio no sufrió daños ni deformaciones en ninguna parte mecánica o aislante. Esto cumple plenamente con las normas estándar nacionales. |
| 65KA | Línea Parental: Durante la prueba con una corriente de 65KA y una duración de 1ms, el bus de aluminio no sufrió ningún daño ni deformación en ningún componente mecánico o aislante.
Unidad Funcional: Durante la prueba con una corriente de 35KA y una duración de 1ms, el contacto del enchufe no presentó ningún fenómeno de soldadura y no hubo daños en ningún componente mecánico o aislante. Línea Neutra: Con 39KA y una duración de 1ms, el bus de aluminio no sufrió ningún daño ni deformación en ningún componente mecánico o aislante. Cumple totalmente con las regulaciones estándar nacionales. |
Línea Madre: La corriente de prueba fue de 65KA y el tiempo de energización fue de 1ms. El embarrado de aluminio no ha sido dañado ni deformado por ninguna pieza mecánica o aislante.
Unidad Funcional: La corriente de prueba fue de 35KA y el tiempo de energización fue de 1ms. Los contactos del enchufe no mostraron ningún fenómeno de soldadura y ninguna pieza mecánica o aislante sufrió daños. Línea Neutral: 39KA, el tiempo de activación fue de 1ms. El embarrado de aluminio no ha sido dañado ni deformado por ninguna pieza mecánica o aislante. Cumple plenamente con lo establecido en las normas nacionales. |
| 80KA | Bus principal: La corriente de prueba es 80KA, el tiempo de energización es 1 ms, el bus de aluminio no está dañado y no hay deformación de ninguna pieza mecánica ni aislante.
Unidad funcional: La corriente de prueba es 35 KA, el tiempo de activación es 1 ms, el contacto del enchufe no tiene ningún fenómeno de soldadura y no hay daños a ningún componente mecánico ni aislante. Bus neutro: 48KA, el tiempo de energización es de 1 ms, el bus de aluminio no está dañado y no muestra deformación de ningún componente mecánico ni de piezas aislantes. Cumple totalmente con las regulaciones estándar nacionales. |
Bus principal: corriente de prueba 80KA, el tiempo de electrificación es de 1 ms, el bus de aluminio no ha sido dañado ni deformado por ninguna pieza mecánica ni aislante.
Unidad funcional: Corriente de prueba 35KA, tiempo de electrificación 1 ms, no hubo fenómeno de soldadura en el contacto del enchufe y no se dañaron piezas mecánicas ni de aislamiento. Autobús neutro: 48KA, tiempo de electrificación 1 ms, el autobús de aluminio no ha sido dañado ni deformado por ninguna pieza mecánica ni aislante. Cumple plenamente con las regulaciones de las normas nacionales. |
Nuestro producto cumple totalmente con la norma nacional GB7251.2-2006. En este sentido, las barras colectoras de cobre y aluminio comparten el mismo rendimiento. Cabe destacar que nuestros autobuses fueron sometidos a pruebas en Japón, donde la corriente de prueba fue de 240 KA.
En consecuencia, el rendimiento de nuestros autobuses no sólo cumple con los estándares nacionales, sino que también los supera. Por lo tanto, si se produce un cortocircuito durante el uso, nuestros autobuses pueden soportar pruebas aún más rigurosas.
VII. Aplicaciones prácticas
Como es bien sabido, el aluminio, debido a sus propiedades inherentes, se corroe fácilmente cuando se utiliza como metal, especialmente en aire húmedo. Los gases nocivos se disuelven en agua para formar electrolitos y, cuando el aluminio entra en contacto con otros metales, se produce una reacción celular primaria debido a las diferencias en los potenciales de los electrodos estándar entre los metales.
La presencia de impurezas en el aluminio puede provocar reacciones microcelulares. La humedad crítica del aluminio es del 65% y cuanto mayor sea la humedad relativa que supere este nivel crítico, más rápido se corroerá el aluminio.
La superficie del aluminio formará una película de óxido, que generará calor durante la electrificación, provocando un aumento excesivo de temperatura en la superficie de contacto, pudiendo incluso provocar una explosión.
Sin embargo, nuestros contactos de barra colectora se tratan con un proceso de estañado especial que resuelve eficazmente el desempeño adverso del aluminio como conductor, permitiendo su reutilización ampliamente en el área de transmisión de energía.
