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作業場への 75 メートルの地下フィーダー、商業ビルの屋上の DC ストリング、プロセス プラントの 400 V ライザーなど、ほとんどのエンジニアが最初に決めるのは導体材料です。銅とアルミニウムは両方とも実績のある導体ですが、電流容量、電圧降下、終端ハードウェア、環境への曝露、総設置コストを考慮すると、動作は大きく異なります。
結論: 銅は、断面積当たりの導電性が最も高く、終端が最も安定し、優れた耐食性を備えています。アルミニウムは、重量の約 3 分の 1 で銅の 61% の導電率を実現し、アンペアあたりの材料コストが明らかに低くなります。スペースが限られている場合、接続ポイントが頻繁にある場合、または環境が厳しい場合には、銅線を使用してください。長いフィーダ、頭上のスパン、大規模な太陽電池アレイ、および重量と予算が重要なプロジェクトにはアルミニウムを使用してください。
銅線とアルミニウム線: 並べたデータ
以下の表は、実際のケーブル選択において最も重要な特性をまとめたものです。値は、典型的な建築用ワイヤーおよびフィーダー用途の参考データです。プロジェクトの規格と導体の温度定格により、数値が変わる可能性があります。
銅線とアルミニウム線の主な技術的違い
違いは材料レベルから始まり、導体ゲージからコネクタの選択に至るまで、下流のあらゆる決定に現れます。
導電率と電流容量のサイジング
銅の評価は 100% IACS ですが、アルミニウムの評価は約 61% IACS です。同じ電流を流すには、アルミニウム導体の断面積は銅の約 1.6 倍必要で、実際には標準ワイヤ サイズの 1 ～ 2 倍大きくなります。 16 mm² の銅導体が適切な場合、同じ設置条件では通常、25 mm² アルミニウム導体が必要です。
重量と取り扱い
銅の密度は 8.89 g/cm3 であるのに対し、アルミニウムの密度は 2.70 g/cm3 です。電流容量が等しい場合、アルミニウム導体の重量は約半分になります。そのため、設計により大きな断面積が許容される場合、架空線スパン、長いケーブル トレイ、垂直ライザーではアルミニウムが好まれるのです。
熱膨張と熱サイクル
アルミニウムは銅よりも約 35% 多く膨張し、その係数は銅の 17 ppm/°C と比較して約 23 ppm/°C です。負荷サイクル中、アルミニウム導体は各終端でさらに動きます。正しいトルク、定格コネクタ、および再トルクスケジュールが必須です。
腐食挙動
銅は安定した表面層を形成し、ほとんどの屋内、屋外、沿岸環境で良好に機能します。アルミニウムは、硬くて絶縁性の酸化物層をほぼ瞬時に形成します。濡れた状態または塩分が多い状態では、承認されたトランジション コネクタを使用しない限り、銅または真鍮に直接接続されたアルミニウムは電気腐食を受ける可能性があります。
終端と接続
銅線は標準ラグと標準トルク手順で終端処理されます。アルミニウムには、CO/ALR 定格のデバイス、剥がされた導体上の酸化防止剤化合物、および定期的な再トルクが必要です。 1 つのジョイントの場合、その差はわずかですが、プロジェクトに何百もの終端がある場合には顕著になります。
製造の柔軟性
両方の導体材料を生産する工場では、サプライヤーではなく仕様を比較するため、決定が容易になります。無錫三新ケーブルの建設 銅コアおよびアルミニウムコアのプラスチック絶縁電源ケーブル 同じ内部プロセス制御を使用しているため、銅からアルミニウムへの切り替えは導体の仕様のみが変更され、サプライチェーンは変更されません。
銅 core and aluminum core plastic insulated power cable with rated voltage o Sanxin Cable は、定格電圧 26/35kV 以下の銅コアとアルミニウムコアのプラスチック絶縁電力ケーブルです。サプライヤーおよび卸売業者です。 製品を見る→ より詳細な指標: 重量、拡張性、設置コスト
導電率と電流容量は、比較の目に見える部分にすぎません。重量、熱の動き、設置されたアンプあたりのコストなどの隠れた要因がプロジェクトを決定することがよくあります。以下のグラフは、銅とアルミニウムの両方を同じ電流容量に合わせてサイズ設定した場合の相対的な違いを示しています。
材料を選択する前に、2 つの隠れたコスト要因に注意する必要があります。 1つ目は電圧降下です。抵抗は抵抗率と断面積の両方に依存するため、適切なサイズのアルミニウム導体は銅と同じ電圧降下制限を満たします。長期の実行では、計算により両方の材料のサイズが 1 つまたは 2 つ大きくなることがよくあり、通常、実行が長くなるにつれてそれらのコストの差が広がります。 2 番目のドライバーは導管充填です。同じ電流容量でもアルミニウムの直径が大きくなると、導管が大きくなり、材料節約の一部が相殺されます。
クリープは、価格表には決して現れない 3 番目の要素です。純粋なアルミニウムは終端部で一定の圧力がかかるとゆっくりと変形する可能性があるため、最新の建築用フィーダーのほとんどは EC グレードのアルミニウムではなく、AA-8000 シリーズのアルミニウム合金を使用しています。合金化と慎重な撚り管理により、接続の長期的な動作が改善されます。
どちらの問題も同じ結論を示しています。つまり、導体の選択はケーブルメーカーと協力して行う必要があります。私たちの 工場の機能ページ 合金の選択、より線、絶縁体の押し出しなど、銅とアルミニウムの導体の背後にある製造手順と品質チェックが文書化されているため、実際に何を指定しているかを確認できます。
アルミニウム導体が主流となる場所: 業界分布
アルミニウムは銅の普遍的な代替品ではありません。特定のセクターでは主流ですが、他のセクターではまれです。ケーブル製造で使用されるアルミニウム導体の一般的な体積分布を以下に示します。
- 架空送配電、約45% : 裸および被覆されたアルミニウム導体は架空線の標準であり、合金または鋼で強化された設計が必要な引張強度を提供します。
- 建築サービスおよび産業用フィーダー、約 25% : アルミニウム合金フィーダは、大規模な分岐回路、引き込み口、長いトレイ ランに対応します。
- 太陽光発電および再生可能直流システム、約 15% : 大規模な地上設置プラントでは、長時間のアレイ稼働で重量とコストを削減するためにアルミニウムが使用されています。
- その他産業用、自動車用 約10% : バスバー、重機、公共交通機関の配線。
- 計装および電子機器、約 5% : ここでは銅が依然として優勢です。
太陽光発電システムでは、DC ケーブルが EN 50618 や UL 4703 などの規格を満たしている必要があります。モジュールレベルのリード線や短い相互接続には銅が依然として一般的ですが、 アルミソーラーケーブル メートルあたりの重量とコストが最も重要となる、長いアレイの実行や大規模プラントにとって魅力的です。
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これらの手順を順番に実行してください。設置コストの比較を省略することは、最も一般的な調達ミスです。
荷重とルートを定義します。 相、電圧、連続電流、周囲温度、配線長、電線管、トレイ、直埋、架空などの設置方法を記録します。
電圧降下制限を設定します。 ほとんどのプロジェクトでは、分岐回路に 3%、フィーダに 5% が許容されます。実行時間が長くなると、両方の材料のサイズが大きくなることが多く、コストの比較が変わります。
両方の導体のサイズを決定します。 関連する規格と実際の絶縁タイプの電流値表を使用してください。価格を比較する前に、銅とアルミニウムのゲージの違いに注意してください。
導入コストを比較してみます。 導体の価格、ラグ、酸化防止剤化合物、導管のサイズ、および労力が含まれます。 CO/ALR デバイスは標準の銅ラグよりもコストがかかるため、アルミニウムの利点の一部が損なわれます。
環境を確認してください。 海岸、化学物質、または湿気の多い場所では、多くの指定子が銅に戻されます。乾燥した保護された内部環境はアルミニウムに有利です。
認証を確認します。 IEC 60228 導体クラス、電源ケーブルの IEC 60502、太陽光発電の EN 50618 または UL 4703、および地域の電気規定要件を確認してください。
工場データを要求します。 メーカーは、通電容量表、曲げ半径、および終端ガイダンスを提供する必要があります。私たちの 電源ケーブル選択ガイド ケーブルの種類、取り付けのヒント、安全性チェックについて詳しく説明します。
メンテナンスとコンプライアンスの考慮事項
銅とアルミニウムでは、終端処理に異なるレベルの注意が必要であり、それらの違いが長期的な信頼性を決定します。
- トルクはオプションではありません。 アルミニウム製の終端は、コネクタの公表されているトルク値で締め付ける必要があります。締め付けが不十分だと過熱が発生します。締めすぎると導体が損傷し、クリープが加速します。
- 定格ハードウェアを使用してください。 CO/ALR または Al/Cu 定格ラグ、混合金属遷移用のバイメタル コネクタ、およびラグを閉じる前のアルミニウム上の酸化防止剤化合物。
- 銅とアルミニウムを直接接合しないでください。 シンプルなツイスト コネクタや銅定格ラグは、時間の経過とともに電気腐食や熱サイクルにより故障します。
- 再トルクと検査のスケジュールを計画します。 アルミニウムフィーダの場合、最初の負荷サイクル後、通常は試運転後 6 ～ 12 か月以内に、サーモグラフィーチェックと再トルクをスケジュールします。
- 市場の基準に従ってください。 IEC 60228 は導体クラスをカバーしています。 IEC 60502 は XLPE 絶縁電源ケーブルを対象としています。 EN 50618 および UL 4703 は太陽光発電ケーブルを対象としています。中電圧線は通常、IEC 60502-2 または地域の電力会社の仕様に従います。
- 内部品質管理が文書化されているメーカーから購入してください。 導体の引き抜き、撚線、絶縁が 1 つの工場で管理される場合、型式試験レポートと製造トレーサビリティの取得が容易になります。これは、認定されたソーラー ケーブルと中電圧電力ケーブルにとって最も重要です。
銅もアルミニウムも、単独では優れているわけではありません。銅は、信頼性、コンパクトさ、耐食性の基準となる素材です。アルミニウムは、長距離運転、大型フィーダー、太陽光発電所にとって、経済的で重量が最適化された選択肢です。まず、電圧降下制限、終端環境、設置コストの予算を定義します。通常、導体材料はそれ自体を選択します。
