Una barra collettrice in rame è migliore di quella in alluminio?

Quando si assemblano quadri elettrici di controllo, apparecchiature di commutazione e sistemi di distribuzione di energia industriale, la barra di distribuzione è una spina dorsale critica che trasporta grandi correnti entro tolleranze strette. Per questa applicazione fondamentale, specificare il materiale giusto per la barra di distribuzione è molto importante. Il rame è da tempo lo standard del settore, ma l'alluminio sta guadagnando terreno come alternativa più economica? 

Barra collettrice in alluminio vs barra collettrice in rame: differenze principali

Esaminiamo i pro e i contro dei diversi tipi di sbarre collettrici.

Conduttività elettrica

A livello fondamentale, il rame ha un vantaggio dovuto alla sua maggiore conduttività rispetto all'alluminio. Man mano che la densità di corrente aumenta nelle barre collettrici, il riscaldamento tramite resistenza diventa più problematico e il rame genera meno energia di scarto attraverso perdite I2R.

Per applicazioni che comportano frequenti condizioni di sovraccarico o profili di carico variabili, la dissipazione del calore superiore del rame mantiene temperature operative più basse che prolungano la durata dei componenti. Tuttavia, le leghe di alluminio migliorate hanno ridotto il divario, portando la conduttività a circa metà strada tra alluminio e rame.

Durata meccanica

Il rame sopporta anche stress meccanici come vibrazioni e cicli termici meglio dell'alluminio più morbido nel lungo periodo. Le sue caratteristiche di incrudimento generano una patina protettiva di ossido che fornisce resistenza alla corrosione auto-riparante in ambienti chiusi. Ma le leghe moderne conferiscono all'alluminio una sovrapposizione di durata all'esterno se opportunamente trattate e saldate.

Analisi dei costi dei materiali

Mentre il rame supera le prestazioni elettriche e meccaniche, l'alluminio ha un attributo interessante: il costo. Su base libbra per libbra, l'alluminio ad alta purezza si vende a circa un terzo in meno del rame. Considerando i sistemi di autobus multi-tonnellata, i risparmi si accumulano rapidamente quando si ridimensionano i materiali.

Tuttavia, una valutazione del valore reale dovrebbe tenere conto del costo totale di proprietà nel corso degli anni. L'affidabilità del rame può consentire periodi di servizio più lunghi prima della sostituzione rispetto all'alluminio sotto carichi pesanti. La reputazione di qualità crea anche fiducia nei sistemi a valutazione continua.

Prezzi favorevoli potrebbero spostare l'equazione per applicazioni intermittenti a basso rischio meno impegnative del controllo di processo. Ma le infrastrutture critiche meritano materiali di prima qualità che massimizzano i tempi di attività per decenni. Il risparmio complessivo sui materiali a volte non riesce a controbilanciare i costi derivanti da interruzioni non pianificate.

Considerazioni di progettazione

Al di là dei dibattiti sulle materie prime, la progettazione del bus ha un impatto notevole sulle prestazioni della barra di distribuzione. La resistenza di contatto tra le sezioni è molto importante per entrambi i materiali. La corretta preparazione del giunto e la coppia delle connessioni meccaniche riducono notevolmente le cadute di tensione rispetto alla saldatura.

Anche il dimensionamento corretto riduce al minimo la costrizione alle interfacce cinghia-barra. Il sovradimensionamento dell'alluminio rispetto alla barra di rame flessibile migliora ulteriormente l'adattamento della temperatura. L'effetto pelle diminuisce la resistenza verso le superfici per entrambi i metalli, quindi aumentare moderatamente lo spessore della barra aiuta le grandi correnti.

Una ventilazione adeguata protegge anche le sbarre di distribuzione dalle elevate temperature ambiente. I carichi on/off inducono un riscaldamento transitorio anche nel rame, quindi una ventilazione distanziata riduce i cicli di riscaldamento di picco. In abbinamento al declassamento per le condizioni ambientali, la progettazione ottimale spesso eguaglia o supera i semplici interruttori in materiale.

In sintesi

Se progettati con cura, sia il rame che l'alluminio svolgono egregiamente il loro compito nelle barre collettrici, tenendo conto dei compromessi. Il rame rimane la prima scelta per le applicazioni che richiedono una durata ultra-lunga e tolleranza a gravi esposizioni a sovraccarico. Ma le leghe di alluminio migliorate competono bene in termini di spesa iniziale, adattandosi a sistemi intermittenti e moderatamente caricati. Le prestazioni complessive derivano maggiormente dalle migliori pratiche di progettazione applicate giudiziosamente alle qualità dei materiali.

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