銅排、銅鋁復(fù)合排、鋁排三種導(dǎo)體材料的比較三種導(dǎo)體材料電氣性能參數(shù)指標(biāo)比較見(jiàn)“表一”,從表一綜合指標(biāo)比較中可見(jiàn),三種導(dǎo)體材料的使用可靠性及壽命:1、銅母線導(dǎo)電性能僅次于銀,使用可靠,但重量重、價(jià)格高,而且會(huì)越來(lái)越高。2、鋁母線質(zhì)輕、價(jià)格低、導(dǎo)電性能僅次于銅,但…
銅排、銅鋁復(fù)合排、鋁排三種導(dǎo)體材料的比較
三種導(dǎo)體材料電氣性能參數(shù)指標(biāo)比較見(jiàn)“表一”,從表一綜合指標(biāo)比較中可見(jiàn),三種導(dǎo)體材料的使用可靠性及壽命:
1、銅母線導(dǎo)電性能僅次于銀,使用可靠,但重量重、價(jià)格高,而且會(huì)越來(lái)越高。
2、鋁母線質(zhì)輕、價(jià)格低、導(dǎo)電性能僅次于銅,但如果搭接存在以下致命弱點(diǎn):
①鋁表面極易氧化,在搭接面會(huì)增大接觸電阻而發(fā)熱,甚至燒毀。
②材質(zhì)軟,蠕變速度快,緊固后時(shí)間長(zhǎng)了易松動(dòng),因接觸不良而發(fā)熱甚至燒毀。
由于上述原因, 鋁排長(zhǎng)期通電后,表面接觸電阻逐漸增大,易產(chǎn)生電性能衰變甚至失去導(dǎo)電能力。
導(dǎo)體材料 | T2銅排 | 鋁排 | 銅鋁復(fù)合排 |
比較參數(shù) | |||
直流電阻率 | 0.017777 | 0.029 | 0.025 |
導(dǎo)電率IACS% | 97 | 59.5 | 69 |
載流量( 設(shè)T2銅排為100) | 100 | 78 | 86 |
密度 (g/cm3) | 8.89 | 2.7 | 3.94 |
表面接觸電阻 | 小 | 大 | 與銅排相同 |
抗氧化性能 | 好 | 差 | 與銅排相同 |
氧化層不影響導(dǎo)電 | 氧化層電阻大 | ||
蠕變 | 小 | 大 | 小 |
電氣壽命 | 長(zhǎng) | 短 | 長(zhǎng) |
性?xún)r(jià)比 | 價(jià)格高、性能好 | 價(jià)格低、性能差 | 性?xún)r(jià)比***高 |
實(shí)驗(yàn)論證1:導(dǎo)體表面搭接性能試驗(yàn)
2003年,加拿大英屬哥倫比亞電力實(shí)驗(yàn)室對(duì)銅與銅、銅與鋁、鋁合金與鋁合金搭接(用螺栓連接)接頭進(jìn)行了2000小時(shí)的鹽霧腐蝕循環(huán)試驗(yàn)和電流猝發(fā)試驗(yàn),大電流猝發(fā)試驗(yàn)是研究導(dǎo)體連接部位的老化。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相同環(huán)境條件下,鋁合金導(dǎo)體的連接可靠性與銅和銅連接的可靠性相差甚遠(yuǎn)。銅和銅連接在試驗(yàn)期間電阻變化很小,僅30%樣本電阻有增大,而鋁合金和鋁合金連接70%以上電阻顯著增加,其中40%以上導(dǎo)電功能喪失。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,鋁合金直接搭接,老化快,電氣壽命短。(該試驗(yàn)的原文是2005年IEEE(電氣與電子工程師協(xié)會(huì))獲獎(jiǎng)?wù)撐摹#?/span>
銅鋁復(fù)合母線的研發(fā)主要目的是解決鋁母線在導(dǎo)電性能方面存在的致命弱點(diǎn),在保證使用安全、可靠和使用壽命的前提下,降低成本。
銅鋁復(fù)合母線表面是銅,因而,抗氧化性能與銅相同。相互搭接是銅與銅的搭接,長(zhǎng)期通電其電氣壽命和銅母線一樣。經(jīng)過(guò)特殊工藝處理,蠕變變形小,性能接近銅,克服了鋁母線致命弱點(diǎn),使用可靠性與銅母線相同,它的使用性能與鋁母線有本質(zhì)區(qū)別,可以取代銅母線,但價(jià)格大幅降低。
實(shí)驗(yàn)論證2:銅鋁復(fù)合母線的使用壽命能否滿足要求,通過(guò)試驗(yàn)來(lái)證實(shí)上述結(jié)論
導(dǎo)體材料使用壽命的試驗(yàn)是依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T9327-2010《額定電壓35KV及以下電力電纜導(dǎo)體用壓接式和機(jī)械式連接金具試驗(yàn)方法和要求》的要求,上海電纜研究所對(duì)某品牌復(fù)合排按此標(biāo)準(zhǔn)做了1000次熱循環(huán)(相當(dāng)于1000次溫升),試驗(yàn)用4根8*80排連接,通以1535A電流。測(cè)量搭接部位的溫度和直流電阻,1000次試驗(yàn)完的數(shù)據(jù)計(jì)算電阻比率,離散度等,試驗(yàn)歷時(shí)八個(gè)月,試驗(yàn)合格。該項(xiàng)試驗(yàn)證實(shí)了銅鋁復(fù)合排長(zhǎng)期通過(guò)大電流,其材質(zhì)和銅鋁界面的性能變化很小,在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。證明了復(fù)合排耐受熱疲勞的能力和可靠性,說(shuō)明了長(zhǎng)期通電,導(dǎo)電性能不會(huì)產(chǎn)生衰變。
上述試驗(yàn)證明了銅鋁復(fù)合母線的性能與鋁母線有本質(zhì)區(qū)別,電氣壽命比鋁母線要長(zhǎng)的多,可靠性高得多。使用安全性與銅母線一樣。同時(shí),由于它重量輕,安裝方便,自重引起的彎曲應(yīng)力小,壽命更長(zhǎng),是一種性?xún)r(jià)比***高的母線。
為了解決鋁母線表面易氧化的問(wèn)題,有些企業(yè)采取在鋁排表面鍍鋅,再鍍銅,因鍍層很薄,使用壽命有限,***重要的是蠕變問(wèn)題沒(méi)有解決。為了解決蠕變,有些企業(yè)采用鋁合金排,鋁合金導(dǎo)電性能比純鋁低,使用中截面要加大很多??傊?,要保證鋁排安全使用需增加很多處理工序,其成本并不低。
銅鋁復(fù)合排使用安全性及可靠性:可靠性試驗(yàn)(熱循環(huán)及熱疲勞試驗(yàn))
1、熱循環(huán)試驗(yàn)
上海理工大學(xué)對(duì)某品牌復(fù)合排做了100次0-200℃熱循環(huán)試驗(yàn),試驗(yàn)前后分別測(cè)了界面結(jié)合強(qiáng)度(剪切),試驗(yàn)后界面結(jié)合強(qiáng)度沒(méi)有降低,這個(gè)試驗(yàn)證實(shí)了在200℃溫差以?xún)?nèi),熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力不會(huì)破壞界面結(jié)合強(qiáng)度。成套電氣設(shè)備正常使用溫度不超過(guò)110℃,因此,熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力不會(huì)影響銅鋁界面結(jié)合強(qiáng)度,對(duì)成套電氣設(shè)備的正常使用不會(huì)造成損害。按照風(fēng)電行業(yè)的要求,又進(jìn)行了零下40℃-120℃的100次熱循環(huán)試驗(yàn),界面結(jié)合強(qiáng)度也沒(méi)有降低。
2、熱疲勞試驗(yàn)
目前驗(yàn)證導(dǎo)體材料使用壽命的試驗(yàn)只有國(guó)標(biāo)GB/T9327-2010《額定電壓35KV及以下電力電纜導(dǎo)體用壓接式和機(jī)械式連接金具試驗(yàn)方法和要求》。
上海電纜研究所對(duì)某品牌復(fù)合排按此標(biāo)準(zhǔn)***高要求做了1000次熱循環(huán)(相當(dāng)于1000次溫升)試驗(yàn),用4根8*80排連接,通以1535A電流。每次測(cè)量連接處溫度和直流電阻,試驗(yàn)完計(jì)算電阻比率,離散度等,歷時(shí)八個(gè)月,試驗(yàn)合格。該項(xiàng)試驗(yàn)證實(shí)了銅鋁復(fù)合排長(zhǎng)期通過(guò)大電流,其界面的材質(zhì)性能變化很小,在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi),證明了復(fù)合排耐受熱疲勞的能力和可靠性。
銅鋁復(fù)合排從2008年起,已在高、低壓開(kāi)關(guān)柜、動(dòng)力母線槽工程項(xiàng)目上應(yīng)用,其中有高層建筑、現(xiàn)代工廠、商業(yè)大廈、軌道交通,幾百項(xiàng)工程成功運(yùn)行多年,無(wú)一任何不良信息反饋。
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