Преобладающий Выбор материала обмотки

От Степан | Категория Отзывы | Фев16Пт, 2017

3 Коммента

Алюминий по сравнению с медью: Проводники для питания сухого типа Трансформаторов

В Северной Америке, алюминий является преобладающим материалом для обмотки низкого напряжения, как, например используют трансформаторы сухого типа больше, чем 15 киловольт-ампер (кВА). В большинстве других районов мира, медь является преобладающим материалом обмотки. Основная причина выбора алюминиевых обмоток является их низкая начальная стоимость.

Стоимость меди, основного металла для обмоток, исторически оказалась гораздо более дорогим выбором, чем стоимость алюминия, так что цена покупки медного проводника в целом является самым дорогим выбором. Кроме того, поскольку алюминий имеет большую податливость и его легче сваривать, это выбор для производства является более дешевым. Тем не менее, надежные алюминиевые соединения требуют больше дисциплины и опыта со стороны монтажников трансформатора, чем необходимо для медных соединений, поскольку медь более лояльна к форс-мажорным обстоятельствам, нежели алюминий.

Технические рассуждения о преимуществах и недостатках алюминия против меди ведутся назад и вперед в электротехнической промышленности в течение многих лет. Большинство из этих аргументов являются несущественными и некоторые из них могут быть классифицированы просто как дезинформация. Цель этого приложения вкратце обсудить некоторые общие озабоченности по поводу выбора между этими двумя типами материалов.

Связь

Оксиды, хлориды, сульфиды или сплав основного металла являются гораздо более проводящими для меди, чем для алюминия. Этот факт делает очистку и защиту швов для алюминиевых соединений более важным. Некоторые считают, что медно -алюминиевые соединения несовместимы. Также под вопросом являются соединения переходного типа между алюминиевыми трансформаторами и медной проволокой здания.

Коэффициент расширения

Алюминий расширяется почти на треть больше, чем медь при изменяющихся температурах. Это расширение, наряду с пластичной природой алюминия, привело к возникновению некоторых проблем при соединениях болтового типа, которые халатно или неправильно установлены.

Чтобы избежать смещения или того, чтобы болты разболтались, требуется установка определенного типа пружин для создания давления в болтовых соединениях. Имея дело с алюминием, следует использовать либо чашевидные либо расщепленные шайбы, обеспечивающие необходимую эластичность при соединении без сжатия алюминия.

Используя соответствующее оборудование, алюминиевые соединения могут быть равны по качеству медным соединениям.

Теплопроводность

Некоторые утверждают, что теплопроводность меди выше, чем у алюминия при снижении повышенной температуры горячей точки в обмотках трансформатора. Это верно только тогда, когда сравниваются медные и алюминиевые обмотки одинакового размера сечения проволоки, геометрии и конструкции. Таким образом, для любого трансформатора заданного кВА размера, характеристики теплопроводности алюминия могут быть очень близки к таковым из меди. При использовании алюминиевых катушек для достижения той же мощности и токопроводящей способности, как у меди, алюминиевая катушка должна быть примерно на 66% больше, в ее площади поперечного сечения. От производителей требуется дизайн и ответственность при проектировании и создании конструкций, учитывая характеристики металлов, использовать для охлаждения площади поверхности, геометрии катушки, воздухопроводы и форму проводника для получения приемлемых градиентов перехода теплопроводности, независимо от намотки материала.

Электрическая проводимость

Часто аргументы указывают на неполноценность проводимости алюминия, ссылаясь на то, что алюминий имеет только 61% от проводимости меди, что приводит к увеличению потерь энергии в алюминиевых трансформаторах. Инженеры всегда связаны с температурой обмоток. Для того, чтобы поддерживать температуру ниже рейтинга изоляции, алюминиевые трансформаторы разработаны с алюминиевыми проводниками, имеющими большую площадь поперечного сечения, чем для медных обмоток. В среднем, это приводит к потерям энергии, которые одинаковы как для алюминия, так и для меди. Поэтому трансформаторы аналогичной конструкции с тем же повышением температуры имеют приблизительно эквивалентные потери, независимо от материала проводника.

Производители трансформаторов ограничивают разнообразие размеров проводников. Из-за этого, в некоторых конструкциях из алюминия можно получить более низкие потери, чем у меди, просто потому, что выбор размера проволоки ограничен. В других конструкциях, медь является более эффективным выбором. Лишь немногие, если таковые вообще имеются, производители сухих трансформаторов низкого напряжения изменяют размер сердечника при переключении из алюминия на медь, так что потеря в сердечнике остается примерно эквивалентной независимо от намоточного материала.

Если одинаковая эффективность может быть получена путем изменения размера проволоки и потери в сердечнике остаются неизменными, не существует никакой практической причины ожидать, что одна конструкция будет более эффективной, чем другая. Разница в стоимости между медью и алюминием часто позволяет обеспечить более крупные алюминиевые проводники, что приводит к снижению потерь нагрузки при меньших затратах, чем при использовании медных проводников.

Предел прочности

Меньший разрыв и предел текучести алюминия вызвали некоторую обеспокоенность по поводу его использования в приложениях циклических нагрузок. Нагрузки, имеющие высокие пики тока, такие как приводы постоянного тока и другие контроллеры SCR, создают электромагнитные силы, которые могут вызвать смещение проводников и катушки проводов. Алюминий имеет только 38% от предела прочности на разрыв по сравнению с медью. Сравнение основано на равной площади поперечного сечения. Как уже отмечалось ранее, чтобы получить равные рейтинги с медными, в алюминиевых трансформаторах, как правило, требуется на 66% больше площади поперечного сечения, чем того требуют медные проводники. Использование большего размера проводников приводит в алюминиевой обмотке к прочности почти эквивалентной медным обмоткам. Способность трансформатора выдерживать длительные механические эффекты нагрузок "высокого воздействия" в большей степени зависит от адекватного баланса катушки и свинцовой поддержки, чем от выбора проводника. Никаких существенных различий в получении механической неисправности не было замечено между медными трансформаторами и трансформаторами низкого напряжения из алюминия.

Химические Связи

Взаимодействие химических элементов является наиболее распространенной причиной "ущерба" против использования алюминиево-обмоточных трансформаторов. Оба, медь и алюминий, склонны к окислению или другим химическим изменениям при воздействии атмосферы. Проблема состоит в том, что оксид алюминия является очень хорошим изолятором, в то время как оксид меди, хотя и не считается хорошим проводником, не так хлопотно используется в болтовых соединениях. Очистка и щеткой и качественное соединение, чтобы предотвратить окисление рекомендуется для любого материала и, просто, более важно для алюминия. Большинство электриков хорошо обучены в проведении этих процедур, а также методика создания болтовых соединений алюминия является хорошо изученной и доказана практикой, чтобы быть приемлемой.

В общем, болтовое соединение без покрытия между алюминием и медью не рекомендуется. Хотя, некоторые надежные процессы сварки и взрывные методы связи, могут быть выполнены, чтобы соединить эти два металла, но не используются в значительной степени, в настоящем производстве трансформаторов. Большинство соединений алюминиево-медных изготовлены с применением серебросодержащих компонентов или, используя лужение для одного или обоих токопроводящих металлов болтового соединения. Большинство кабельных соединений с алюминиевой обмоткой трансформаторов используют облаженные алюминиевые наконечники. Эта технология специально сконструирована (Al / Cu) для соединения медных проводов с любым металлом. Эта практика является общепринятым стандартом и доказала свою надежность, потому что на протяжении более 30 лет алюминиевые трансформаторы были в эксплуатации.

Теория против практического применения

Большинство аргументов в пользу меди были основаны на теории, которые, на практике, ни к чему существенному не привели. Существует несколько теорий, которые существуют и выступают за использование алюминия.

Один из аргументов фокусируется на различных методах, используемых для медных и алюминиевых соединений. Внутренние соединения Трансформатора из меди, как правило, спаяны, в то время как, те же алюминиевые соединения, свариваются с использованием инертного газа. С технической точки зрения метод пайки твердым припоем имеют более низкую проводимость, если медь является основным металлом. Сварка алюминия инертным газом дает непрерывный алюминиевый шов без ухудшения проводимости. Кроме того, некоторые утверждают, что с течением времени формируется окись меди и отслоившаяся медь, в конечном счете может повредить весь проводник. С другой стороны, оксид алюминия образует цепкий, защитный слой над оголенным металлом, который останавливает окисление после нескольких миллионных дюйма. Да, это могут быть действительно пункты, которые могут оказать влияние при использовании в необычайно агрессивных средах или экстремальных условиях нагружения. Тем не менее, средний пользователь не должен слишком сильно быть озабочен этими теоретическими соображениями, поскольку и трансформаторы из меди и трансформаторы из алюминия имеют отличные характеристики при долгих годах практического использования.

Действует только инженерная причина выбора меди нежели алюминия, потому что учитывая все вышесказанное об аллюминии, на практике в качественных дорогих трансформаторах он не применятся из-за огромных массо-габаритных размеров аллюминиевых единиц. Неопровержимым фактом является то, что медно-намотанный трансформатор может быть гораздо меньше, чем алюминиевый трансформатор той же мощности. В основном клиенты OEM, которые покупают трансформаторы с открытым сердечником и катушкой, выбирают устройства медного типа, потому что хотят воспользоваться преимуществами экономии пространства. Большинство огороженных трансформаторов общего назначения (наземного типа) выпускаются в из алюминия или меди, так что даже это небольшое преимущество для меди не реализуется, так как там масо-габаритные размеры не особо важны.

Вывод

Выбор между алюминиевой или медной обмоткой трансформатора сводится к личным предпочтениям. Надбавка к цене на медь часто требует приобрести оправдание, но эти аргументы были опровергнуты в данном бюллетене. На самом деле, опыт работы в отрасли просто не поддерживает ни один из обычно указанных причин для выбора меди нежели алюминия. Трансформаторы низкого напряжения с алюминиевой обмоткой, вероятно, продолжит получать повышенную покупную способность из-за их значительного ценового преимущества над медью.

Поскольку некоторые из старых мифов исчезают из-за подавляющего успеха алюминия, большинству пользователей будет комфортно с относительно небольшим дополнительным вниманием к деталям, необходимым для изготовления надежных алюминиевых соединений. Дополнительное внимание к алюминиевым соединениям требуется, чтобы способствовать улучшению связей алюминия с другими металлами. Медные соединения, конечно, в этом смысле, на много проще, качественнее, долговечнее и меньше по массо-габаритной площади.

Тем не менее, существуют хорошие практики при выполнении электрических соединений для всех отраслей, независимо от того, используется ли алюминий или медь. Прежде чем инвестировать в дополнительные расходы медных трансформаторов, стоит изучить причины медных предпочтений в спецификациях.