Алюминий против меди.

Введение

Материалом обмотки сухих трансформаторов преимущественно является алюминий. В других частях света преобладающим материалом обмоток является медь. Основная причина выбора в пользу алюминиевых обмоток — более низкая первоначальная стоимость. Стоимость меди исторически была гораздо более волатильной, чем алюминия, поэтому покупка медных проводников обычно является дорогим выбором. Кроме того, алюминий является более дешевым материалом для производства благодаря своей большей пластичности и легкости сварки. Тем не менее, надежные алюминиевые соединения требуют от сборщиков силовых трансформаторов больше знаний и опыта, чем медные.

В электротехнической промышленности технические споры о преимуществах и недостатках алюминия и меди ведутся уже много лет. Большинство из этих споров не имеют отношения к делу, а некоторые просто классифицируются как дезинформация. В этой статье рассматриваются некоторые распространенные вопросы, связанные с выбором этих двух материалов для обмоток трансформаторов.

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

Различия между материалом обмотки медью и алюминием

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

Параметр	Алюминий	Медь
Коэффициент расширения на при 20 ° С	23	16,6
Теплопроводность при 20 ° С	126	222
Электропроводность % при 20 ° С	61	101
Прочность на разрыв н/мм 2	28-42	40

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 материалов обмотки

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 материалов обмотки

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 используют площадь поверхности охлаждения, геометрию обмоток, воздуховоды, и форму проводников для получения приемлемых хот-спот градиентов, независимо от материала намотки.

Электрическая проводимость материалов обмотки

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.

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.

Заключение. Материал обмотки сухих трансформаторов. Алюминий или медь?

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.

А в этой статье вы можете ознакомиться с основными параметрами трансформаторов.