Com o aumento dos preços dos materiais de cobre eletrolítico, o custo dos barramentos de cobre e da distribuição elétrica na engenharia aumentou. Atualmente, os barramentos de cobre dominam o mercado.
Existe um produto com desempenho tão bom quanto um barramento de cobre, mas com preço mais baixo? A resposta é afirmativa.
Os barramentos de alumínio, com sua relação custo-benefício e excelente desempenho, podem substituir os barramentos de cobre.
Atualmente, o preço unitário dos barramentos de alumínio é cerca de 50% do preço do cobre, tornando-os uma alternativa viável para redução de custos sem comprometer o desempenho.
Este artigo apresenta principalmente o desempenho de nossos barramentos de alumínio para fornecer uma compreensão abrangente aos usuários.
I. Análise da Condutividade de Barramentos de Alumínio
A condutividade de nossos barramentos de cobre é de 99,98%, enquanto as barras de cobre padrão de mercado apresentam uma condutividade de apenas 52%~85%. Evidentemente, a condutividade do barramento de cobre da nossa empresa supera significativamente a de outras marcas.
Além disso, nossos barramentos possuem maior área de seção transversal, aumentando seu fator de segurança. Dado o preço e o peso dos barramentos de cobre, também oferecemos barramentos de alumínio, que utilizam barras de alumínio com condutividade ≥61%.
Embora seja inferior ao dos barramentos de cobre, ele corresponde à condutividade de alguns barramentos de cobre do mercado, e a área da seção transversal dos barramentos de alumínio também aumentou. Portanto, o desempenho de segurança dos barramentos não será comprometido por alterações materiais.
II. Análise da densidade atual de barramentos de alumínio
Comparação da densidade de corrente entre condutores de alumínio e cobre (Unidade: A/mm2)
| Corrente Elétrica/Materiais | 1600A | 1600A~3150A | 3150A~5000A |
| Alumínio | 2~1,5 | 1,6~1,5 | 1,5~1,15 |
| Cobre | 2,5~1,78 | 1,78~1,67 | 1,67~1,59 |
Análise da Corrente de Carga em Condições de Igualdade de Peso:
A densidade do alumínio é de 2,7 gramas por centímetro cúbico, enquanto a do cobre é de 8,9 gramas por centímetro cúbico.
A densidade do cobre é aproximadamente 3,3 vezes maior que a do alumínio. Assim, sob igual peso, a corrente de carga do alumínio excede significativamente a do cobre.
Por exemplo, num cenário de 1600A, a corrente de carga do alumínio por unidade de peso é 2,67 vezes maior que a do cobre. Isto reduz substancialmente o peso do barramento, beneficiando-se ao aliviar a carga do edifício e facilitar a instalação na construção.
III. Análise de Impedância
Os valores de impedância para condutores de alumínio ou cobre tipo HP usados para alimentação CA trifásica de 50 Hz ou 60 Hz são os seguintes:
Unidade: ×10-4Ω/m
| Corrente 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 | |
| ALUMÍNIO | 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 exemplo, a impedância do cobre é: R: 0,282, X: 0,129, Z: 0,311.
A impedância do alumínio é: R: 0,360, X: 0,107, Z: 0,375. Unidade: (10-4Ω/m).
Como pode ser visto, a impedância do alumínio e do cobre é quase a mesma. A baixa impedância pode aumentar a distância de transmissão e melhorar a entrega de sinais eficazes.
4. Análise de Queda de Tensão
Em termos de queda de tensão, a queda de tensão do cobre e do alumínio é calculada pela seguinte fórmula:
Cálculo de queda de tensão △V = √3 I (Rcosφ+Xsinφ)
- △V: Queda de tensão linha a linha (V/m)
- I: Corrente de carga (A)
- cosφ: Fator de potência de carga
- senφ: √1- cos2φ
- R: Resistência CA sob corrente de carga (Ω/m)
R=R95×(1+α{55×I/I0+20}2/1+75α)
- R95: Dados na tabela de valores de impedância. (10-4Ω/m)
- α: Coeficiente de temperatura de resistência Cobre: 3,85×10-3
- Alumínio: 4,00×10-3
- EU0: Corrente Nominal (A)
- X: Reatância (Ω/m)
Por exemplo, quando cosφ=0,8:
| Queda de tensão do alumínio (V/m) | Queda de Tensão do Cobre (V/m) | |
| 1600A | 0,103 | 0,098 |
| 3150A | 0,096 | 0,092 |
| 5000A | 0,086 | 0,080 |
Pode-se observar que embora a diferença na queda de tensão entre o alumínio e o cobre aumente ligeiramente com o crescimento da corrente, a diferença não é muito significativa e não afetará o uso normal.
Se o comprimento do barramento for de 100 metros, a diferença entre o alumínio e o cobre para um barramento 3150A é de 0,4V, o que pode ser praticamente ignorado. Portanto, em termos de queda de tensão, o desempenho do alumínio e do cobre é basicamente o mesmo.
V. Análise do aumento da temperatura
De acordo com a certificação do departamento CCC, o aumento da temperatura dos barramentos da nossa empresa está em conformidade com a norma nacional:
Barramento 1600A:
A norma nacional estipula que o aumento de temperatura permitido na conexão é ≤70(K)
O maior aumento de temperatura na conexão do barramento de alumínio da nossa empresa é 49,7 (K),
O maior aumento de temperatura na conexão do barramento de cobre é 43,1(K).
Barramento 3150A:
A norma nacional estipula que o aumento de temperatura permitido na conexão é ≤70(K)
O maior aumento de temperatura na conexão do barramento de alumínio da nossa empresa é 52,8 (K),
O maior aumento de temperatura na conexão do barramento de cobre é de 51,5(K).
Barramento 5000A:
A norma nacional estipula que o aumento de temperatura permitido na conexão é ≤70(K)
O maior aumento de temperatura na conexão do barramento de alumínio da nossa empresa é 39,4 (K),
O maior aumento de temperatura na conexão do barramento de cobre é 38,2(K).
A partir dos dados acima, pode-se verificar que os barramentos da nossa empresa não apenas atendem ao padrão nacional, mas também estão muito abaixo do padrão nacional.
Um ponto digno de nota é que a diferença de aumento de temperatura entre os barramentos de cobre e alumínio é de apenas 2 ~ 4K.
Portanto, pode-se dizer que os barramentos de alumínio da nossa empresa não são inferiores aos barramentos de cobre em termos de aumento de temperatura, e ainda melhores que a maioria dos barramentos de cobre do mercado.
VI. Análise da corrente de sobrecarga de curto-circuito permitida
Quando ocorre uma falha de curto-circuito no circuito da fonte de alimentação, a corrente de curto-circuito no circuito de curto-circuito é várias a centenas de vezes maior que a corrente nominal, muitas vezes atingindo vários milhares de amperes.
A corrente de curto-circuito que passa pelos equipamentos elétricos e condutores gerará inevitavelmente uma grande força eletromotriz, e a temperatura do equipamento poderá subir acentuadamente, possivelmente danificando o barramento.
Portanto, o barramento deve ser capaz de suportar a corrente de curto-circuito exigida pela norma nacional.
Após o teste de tipo CCC, os resultados do teste de resistência de curta duração dos barramentos de alumínio da nossa empresa são mostrados na tabela a seguir:
Tabela de comparação de desempenho de teste de curto-circuito para barramentos de cobre e alumínio
| Materiais/corrente de teste | Barramento de cobre | Barramento de alumínio |
| 30KA | Linha Pai: Durante um teste com corrente de 30KA e tempo de energização de 1ms, o barramento de alumínio não sofreu nenhum dano ou deformação por partes mecânicas ou isoladores.
Unidade Funcional: Durante teste com corrente de 35KA e tempo de energização de 1ms, os contatos do plugue não apresentaram sinais de soldagem por fusão e não houve danos em partes mecânicas ou isolantes. Barramento Neutro: Com corrente de 18KA e tempo de energização de 1ms, o barramento de alumínio não sofreu danos ou deformações por partes mecânicas ou isoladores. Isto está em total conformidade com os padrões nacionais. |
Linha pai: Com uma corrente de teste de 30KA e tempo de eletrificação de 1ms, o barramento de alumínio não sofreu danos e deformações nas peças mecânicas ou isolantes.
Unidade Funcional: Com corrente de teste de 35KA e tempo de eletrificação de 1ms, os contatos do plugue não apresentaram sinais de soldagem por fusão e não houve danos às partes mecânicas e isolantes. Linha Neutra: No 18KA, com tempo de eletrificação de 1ms, o barramento de alumínio não sofreu danos ou deformações em nenhuma parte mecânica ou isolante. Isto está em total conformidade com os regulamentos padrão nacionais. |
| 65KA | Linha Parental: Durante o teste com corrente de 65KA e duração de 1ms, o barramento de alumínio não sofreu nenhum dano ou deformação em nenhum componente mecânico ou isolante.
Unidade Funcional: Durante o teste com corrente de 35KA e duração de 1ms, o contato do plugue não apresentou nenhum fenômeno de soldagem e não houve danos a nenhum componente mecânico ou isolante. Linha Neutra: Com 39KA e duração de 1ms, o barramento de alumínio não sofreu nenhum dano ou deformação em nenhum componente mecânico ou isolante. Está em total conformidade com os regulamentos padrão nacionais. |
Linha Mãe: A corrente de teste foi de 65KA e o tempo de energização foi de 1ms. O barramento de alumínio não foi danificado ou deformado por nenhuma peça mecânica ou isolante.
Unidade Funcional: A corrente de teste foi de 35KA e o tempo de energização foi de 1ms. Os contatos do plugue não apresentaram nenhum fenômeno de soldagem e nenhuma peça mecânica ou isolante foi danificada. Linha Neutra: 39KA, o tempo de energização foi de 1ms. O barramento de alumínio não foi danificado ou deformado por nenhuma peça mecânica ou isolante. Cumpre plenamente as disposições das normas nacionais. |
| 80KA | Barramento principal: A corrente de teste é de 80KA, o tempo de energização é de 1ms, o barramento de alumínio não está danificado e não apresenta deformação de quaisquer peças mecânicas e peças isolantes.
Unidade Funcional: A corrente de teste é 35KA, o tempo de energização é 1ms, o contato do plugue não apresenta fenômeno de soldagem e não há danos a nenhum componente mecânico e isolante. Barramento neutro: 48KA, o tempo de energização é de 1ms, o barramento de alumínio não está danificado e não apresenta deformação de quaisquer componentes mecânicos e peças isolantes. Está em total conformidade com os regulamentos padrão nacionais. |
Barramento principal: Corrente de teste 80KA, tempo de eletrificação é de 1ms, o barramento de alumínio não foi danificado ou deformado por quaisquer peças mecânicas e peças isolantes.
Unidade Funcional: Corrente de teste 35KA, tempo de eletrificação de 1ms, não houve fenômeno de soldagem no contato do plugue e nenhuma peça mecânica ou de isolamento foi danificada. Barramento neutro: 48KA, tempo de eletrificação de 1ms, o barramento de alumínio não foi danificado ou deformado por quaisquer peças mecânicas e peças isolantes. Está em total conformidade com os regulamentos das normas nacionais. |
Nosso produto está em total conformidade com o padrão nacional GB7251.2-2006. Nesse sentido, os barramentos de cobre e alumínio compartilham o mesmo desempenho. Notavelmente, nossos barramentos foram submetidos a testes no Japão, onde a corrente de teste foi de 240KA.
Consequentemente, o desempenho dos nossos barramentos não apenas atende aos padrões nacionais, mas também os excede. Assim, caso ocorra um curto-circuito durante o uso, nossos barramentos podem suportar testes ainda mais rigorosos.
VII. Aplicações práticas
Como é amplamente conhecido, o alumínio, devido às suas propriedades inerentes, é facilmente corroído quando utilizado como metal, especialmente em ar úmido. Gases nocivos se dissolvem na água para formar eletrólitos e, quando o alumínio entra em contato com outros metais, ocorre uma reação celular primária devido às diferenças nos potenciais padrão dos eletrodos entre os metais.
A presença de impurezas no alumínio pode levar a reações microcelulares. A umidade crítica do alumínio é de 65%, e quanto maior a umidade relativa que excede esse nível crítico, mais rápida será a corrosão do alumínio.
A superfície do alumínio formará uma película de óxido, que gerará calor durante a eletrificação, causando aumento excessivo de temperatura na superfície de contato, podendo até resultar em explosão.
Porém, os contatos de nossos barramentos são tratados com um processo especial de estanhagem que resolve efetivamente o desempenho adverso do alumínio como condutor, permitindo que ele seja amplamente reutilizado na área de transmissão de energia.
