銅バスバーとアルミニウムバスバー: 電流容量、重量、コスト、および故障デューティ

3,200 A の母線路延長は通常、2 つの見積書と 1 つの引数とともに届きます。アルミニウム製のオプションは安価で重量が約半分ですが、銅製のオプションは小型で、承認された開閉装置の図面と一致し、保守チームが期待するとおりに動作します。

これが短い答えです。材料費、重量、長い直線走行が支配的であり、現場環境が管理しやすい場合には、アルミニウムが勝ちます。スペースのエンベロープが狭い場合、障害レベルが高い場合、サイトの化学反応が激しい場合、または両端の機器が銅端子を中心に構築されている場合には、銅が有利です。ほとんどの問題は金属自体に起因するものではなく、他の金属からコピーされたデザインの詳細に起因します。

銅製バスバーとアルミニウム製バスバー: 図面を変える違い

銅とアルミニウムでは、測定、見積もり、設計の方法が異なります。以下の値は図面を移動する値であり、教科書を埋める値ではありません。

銅とアルミニウムを 20 °C で比較し、それぞれの違いの実際的な結果を示します。
プロパティ	銅	アルミニウム	図面上の意味
電気伝導率	100% IACS	61% IACS	アルミニウム needs about 1.5 to 1.6 times the cross-section for the same current
20℃での抵抗率	1.72μΩ・cm	2.83μΩ・cm	損失と電圧降下の計算には実数部を使用する必要があります
密度	8.96g/cm ³	2.70g/cm ³	等しい電流容量では、アルミニウムの重量は約半分です
熱伝導率	401W/m・K	237W/m・K	熱の伝わり方が遅いため、型式試験により温度上昇を確認する必要があります。
線形膨張	16.5×10 ^-6 /K	23×10 ^-6 /K	アルミニウム moves about 40% more, so long runs need expansion provision
短絡定数 k (IEC 60949)	226A・s ^1/2 /mm ²	148A・s ^1/2 /mm ²	等しい断面では、銅は I²t の約 2.3 倍を吸収します。
表面酸化物	薄くて導電性がある	絶縁性があり、数分で形成されます	アルミニウム joints need brushing, compound and immediate assembly

ほとんどの意思決定は 3 行で決まります。エンクロージャの幅がすでに固定されている場合、アルミニウムが適合するかどうかは導電率によって決まります。屋外で長時間実行する場合は、拡張によって許容値が設定されます。障害レベルが高い場合、短絡定数によってセクションのサイズを大きくするかどうかが決まります。

導電率、電流容量、重量の計算

61% の IACS という数字は、「アルミニウムが電流の 61% を運ぶ」と誤解されることがよくあります。これは同一断面の場合にのみ当てはまり、そのようにバスバーのサイズを決定する人は誰もいません。

同等の DC 抵抗には約 1.64 倍のアルミニウム面積が必要ですが、バーの幅が広いほどアンペアあたりの冷却面積が増えるため、テストされた設計は通常 1.5 ～ 1.6 倍近くになります。重量は密度に従います: およそ 1.6 × 2.70 g/cm ³ 対8.96g/cm ³ したがって、等しい電流容量のアルミニウムバスバーは銅の質量の約半分を担持します。

相対特性指数、銅 = 100

この軽量化は表面上のものではありません。サポートが減り、耐震ブレースが軽くなり、構造用鋼が減り、運賃が安くなります。トレードオフは量です。アルミニウムで同じ電流容量を実現するには、より多くのスペースが必要であり、価格を議論する前に、それだけでアルミニウムを除外できる600 mmの固定エンクロージャ内にスペースが必要になります。

現場で実際に銅とアルミニウムが故障する場所

接合部と酸化皮膜

アルミニウムはブラッシング後数分以内に絶縁酸化物を成長させ、その層は 2,000 °C を超えると溶けます。堅く見える接合部は抵抗が高く、負荷がかかると発熱する可能性があるため、アルミニウム製の部品には酸化防止剤を使用したブラッシング、即時組み立て、調整されたトルクが必要です。酸化銅は薄いので、同様に伝導を妨げません。

クリープとトルク損失

アルミニウムは、接合部で約 90 ～ 100 °C を超える持続的なボルト圧力下でクリープし、徐々に接触圧力を失います。皿ワッシャーと文書化された再トルク間隔が標準的な対策です。ここでは銅線の方が寛容であるため、銅線の経験がある保守チームが切り替えに抵抗します。

長時間運転時の熱膨張

アルミニウムは銅よりも約 40% 膨張します。 60 K のスイングで 30 m を走った場合、これは約 12 mm の余分な動きをスライディングサポートまたは拡張ジョイントを通じて吸収することになります。サポートに触れずにアルミニウムの銅レイアウトを再指定すると、通常、最初の高温期にバーの座屈が発生します。

故障エネルギーと短絡温度

断熱定数は約 226 A・s ^1/2 /mm ² 銅の場合は 148、アルミニウムの場合は 148 で、同一の断面は銅 I²t の約 43% で限界温度に達します。アルミニウム部分が成長するか、保護のクリア時間が短縮されます。これを無視したコーディネート検討は終わらない。

コスト、ライフサイクル、そして購入者が見逃している数字

指揮者の価格は誰もが引用する数字であり、物語の最小部分です。アルミニウムのコストはキログラムあたり銅の数分の一であり、同じ電流容量で必要な質量は約半分であるため、原材料の差は大きいです。配送されたパッケージでは、より広い筐体、より大きな接合部、およびアルミニウム接合部を適切に準備する労力が追加されると、節約効果は狭まります。

4,000 A アップグレードにおける資金とリスクの所在 (重み付けの例)

材料費 35%

インストールとサポート 20%

スペースと配線 15%

環境と腐食 15%

終端互換性 10%

保守点検 5%

最も頻繁に見落とされるのは 2 つのコストです。まず、エンクロージャと開閉装置の変更です。アルミニウム設計で銅が 600 mm 取り付けられているところに 800 mm が必要な場合、鋼板、メッキ、輸送費で導体の節約の 3 分の 1 を吸収できます。第二に、メンテナンスです。25 年にわたる文書化されたリトルクプログラムは、脚注ではなく実際の労力です。

バーレベルではなくバスウェイレベルで比較が行われる場合、車掌は主な変数ではなくなります。試験済みの中低圧母線路システムは、導体、絶縁体、接合部、拡張設備を 1 つのアセンブリとしてパッケージ化しているため、合金よりも型式試験の結果と接合部の設計が重要です。

High and Low Voltage Fully Insulated Busway System

高電圧および低電圧の完全に絶縁された母線路システム中低電圧配電用のコンパクトで完全に絶縁された母線路アセンブリで、ジョイントのパフォーマンス、モジュール式の拡張、およびスペースに制約のある改修プロジェクトを中心に設計されています。製品を見る→

判定を変えるデザインの選択

3 つの設計上の決定により、アルミニウムソリューションのパフォーマンスは銅に大幅に近づき、通常は金属を変更するよりも安価になります。

単なる「アルミニウム」ではない、合金と焼き戻し

電気グレード 1350 は柔らかく、クリープ性があります。 6101-T6 やマグネシウム - アルミニウム合金などのグレードは、より高い引張強度と剛性を実現します。これは、サポート間にまたがる自立した管状走行にとって重要です。合金や焼き戻しを行わずに普通の「アルミニウム」を指定すると、プロジェクトのバーやジョイントがたるんでトルクが失われることになります。

Ultra-High Voltage Magnesium-Aluminum Alloy Tubular Bus Bar

超高圧マグネシウムアルミニウム合金管状母線高い導電性、長い支持スパンを備え、要求の厳しいステーションにおけるエポキシ鋳造または PTFE 絶縁との互換性を備えた UHV マグネシウム - アルミニウム管状バスバー。製品を見る→

導体を封止する絶縁体

完全に絶縁された管状バスバーは、導体の表面を環境から完全に取り除きます。 EPDM およびシリコーンゴムカバーは現場設置システムに適しており、エポキシ樹脂鋳造により 35 kV クラスの作業に適した堅固な密閉構造が得られ、耐薬品性が優れている PTFE カバーが選択されています。アルミニウムが密閉されると、銅の腐食に関する議論はほとんどなくなり、残るのは電流容量、故障エネルギー、スペースです。

エポキシ樹脂鋳造管状バスバー真空鋳造エポキシ絶縁体と無酸素銅導体を備えた完全に絶縁、完全にシールドされた管状バスバーで、10 ～ 35 kV の変電所および屋内配電に適しています。製品を見る→

沿岸の変電所や化学プラントで、私たちが最も頻繁に構築する組み合わせは、鋳造絶縁体と銅端子のメッキバイメタル移行部を備えたアルミニウム合金管状バスバーです。コストと重量はアルミニウムで、接合部の化学反応は密閉されたエンベロープ内に移動します。

実用的な選択チェックリスト

見積もりが確定する前に、これらの作業を行ってください。各項目は独自に選択を反転できます。

周囲温度、高度、エンクロージャの換気に対するディレーティング後の電流容量。
短絡耐性: 実際の解除時間でのピーク電流と熱 I²t。
スペースエンベロープ: ルートに沿った利用可能な幅、高さ、曲げ半径。
変圧器と発電機の接続を含む、両端の端子材質。
現場の化学物質: 塩化物、アンモニア、硫化水素、湿度、結露サイクル。
負荷プロファイル: 連続または周期的。これは、サイクリングによりアルミニウムのジョイントがより激しく痛むためです。
既存の鋼材、屋根構造、または支持フレームの重量制限。
誰が、どのツールを使用して、どのくらいの頻度で関節を締め直しますか。
該当するタイプのテスト (例: バスバートランキングシステム用の IEC 61439 シリーズ)。
20 ～ 25 年間にわたるライフサイクルコスト (損失、メンテナンス、筐体の維持など)。

管状の配電盤ではなく、中電圧または低電圧の配電盤の場合は、このガイドを参照してください。中電圧および低電圧システムに適したバスバーの選択同じシーケンスを段階的にたどります。

よくある質問

アルミニウムは銅と同じ電流を流すことができますか?

同じ断面ではありません。 61% IACS では、アルミニウムは同じ温度上昇に対して約 1.5 ～ 1.6 倍の面積を必要とします。サイズとタイプは、その定格に従ってテストされ、正しく動作します。違いは原則として妥協ではなく、サイズと重量として現れます。

銅とアルミニウムを直接ボルトで固定できますか?

直接乾燥したジョイントは既知の弱点です。 2 つの金属はガルバニック系列内で遠く離れているため、水分膜があるとアルミニウムのガルバニック腐食を引き起こします。メッキされたバイメタル遷移部または酸化防止剤化合物を含むスズメッキされた界面を使用し、乾燥した状態に保ち、検査のためにアクセスできるようにします。

高い故障レベルではどの金属が優れていますか?

銅。等しい断面では、限界温度に達する前に I²t の約 2.3 倍を吸収します。高故障変電所では、アルミニウムのセクションを拡大するか、銅を安価なトータルソリューションとして使用します。

アルミニウムバスバーにはさらにメンテナンスが必要ですか?

そのボルト接合部には、特に最初の熱サイクル後に、文書化された再トルクスケジュールが必要です。鋳造および完全に絶縁された設計では、導体が密閉され、接合部が現場で準備されるのではなく設計されるため、この問題が大幅に減少します。

どちらのメタルも普遍的に勝てるわけではありません。銅は、コンパクトさ、耐障害性、および予測可能な接合を実現します。接合部、拡張、環境が想定されたものではなく設計されている場合、アルミニウムはコストと重量をもたらします。まず電流容量、故障レベル、スペース、設置場所の化学的性質を比較してから、最初のスケッチではなく最終設計で価格比較を実行します。

特定のプロジェクトで 2 つの材料を秤量し、断面、断熱タイプ、移行の詳細を検討する必要がある場合は、当社のエンジニアリングチームが一緒に数値を計算することができます。任務と現場条件をお送りくださいカタログページではなく、サイズの比較を返します。

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