Miedź jest bardzo dobrym przewodnikiem elektryczności. To oznacza, że rezystancja miedzianego kabla o danej długości jest relatywnie mała. Kabel aluminiowy miałby blisko dwukrotną rezystancję kabla miedzianego o tych samych wymiarach. Zatem straty energii w kablu aluminiowym będą większe niż w miedzianym.
Aby straty w kablu aluminiowym były takie same jak w miedzianym, kabel aluminiowy musi mieć większą średnicę od miedzianego. Większe pole przekroju zmniejsza jego rezystancję i obniża straty energii do tego samego poziomu co w kablu miedzianym o mniejszej średnicy.
Na kablach wykonanych z miedzi i aluminium widoczne są wielodrutowe żyły i pancerz. Kabel aluminiowy ma blisko dwukrotnie większe pole przekroju od kabla miedzianego, aby uzyskać taką samą rezystancję jak kabel miedziany.
Dwa kable na powyższej fotografii mają podobną obciążalność prądową. Obydwa są zaprojektowane do przewodzenia prądu 500 A bez nagrzewania żył powyżej 90⁰C; mogą przewodzić taki prąd w sposób ciągły, ale nie mogą być obciążane większym prądem.
Czytaj: Oszczędzaj energię dzięki miedzi. [PORADNIK]
Miedziany kabel (z lewej) ma mniejszą średnicę niż aluminiowy, ponieważ miedź jest lepszym przewodnikiem. Jego pole przekroju wynosi 300 mm2, wobec 500 mm2 kabla aluminiowego. W kablu są cztery żyły składające się z drutów, a każda żyła jest izolowana polietylenem usieciowanym (XLPE). Całość jest wzmocniona pancerzem z drutu stalowego.
Jakie są zalety miedzi?
Kabel miedziany ma szereg zalet w porównaniu z aluminiowym. Ponieważ ma mniejszą średnicę może być układany w mniejszych kanałach kablowych. Może być zginany z mniejszym promieniem gięcia. Miedź daje się też łatwiej łączyć.
Miedź ma trzykrotnie większą gęstość w porównaniu z aluminium. Kabel aluminiowy waży połowę tego co kabel miedziany o tych samych parametrach, zatem kable aluminiowe (wzmocnione stalą) są często preferowane w liniach napowietrznych zawieszanych na słupach. W pełnym porównaniu energooszczędności, powinniśmy także uwzględnić energię zużytą do wydobycia rud, rafinacji i transportu tych metali.
Bezpieczny prąd roboczy
Obciążalność prądowa kabla jest to prąd, który kabel może przewodzić bez nadmiernego nagrzewania się. Głównym problemem jest to, że temperatura żyły nie powinna przekraczać 90⁰C, ponieważ powoduje to degradację izolacji i w końcowym wyniku, jej przebicie. Kabel powinien być zawsze chroniony przez urządzenie zabezpieczające – bezpiecznik lub wyłącznik – dostosowany do obciążalności prądowej kabla. Kable przesyłowe na powyższej ilustracji są połączone szeregowo z urządzeniem zabezpieczającym 500 A, które rozłączy obwód zanim prąd osiągnie wartość powodującą przegrzanie kabla.
Obciążalność prądowa kabla jest określona przez temperaturę, do której kabel się nagrzewa. Wpływ na to ma kilka zmiennych:
- rezystancja kabla – kabel o wyższej rezystancji będzie przy danym prądzie się bardziej nagrzewał
- izolacja kabla – zatrzymuje ciepło kabla
- otoczenie kabla – jeżeli kabel jest ułożony w kanale lub rurze kablowej (zwłaszcza bez przepływu powietrza) będzie miał tendencję do silniejszego nagrzewania się.
Miedź ma wpływ na polepszenie obciążalności kabli, ponieważ jest tak dobrym przewodnikiem elektryczności.
Zobacz też: Miedź jest kluczowa dla efektywności energetycznej
Efektywność energetyczna kabli
Obiekty przemysłowe, takie jak fabryki, oraz biura i centra handlowe są zasilane w energię elektryczną za pośrednictwem kabli o dużych przekrojach. Kable te mogą nagrzewać się pod wpływem obciążenia prądami o natężeniu setek amperów. Przy wyborze optymalnego kabla należy rozważyć koszty instalacji oraz koszty eksploatacji. Podsumowując, instalacja kabla o większym przekroju kosztuje więcej, ale koszty eksploatacji są niższe.
Instalacja
Większość kosztów instalowania kabla pochłania osprzęt, kopanie rowów, instalowanie korytek kablowych i robocizna. Koszt samego kabla może stanowić 10 do 15% kosztów instalacji. Tak więc, nawet podwojenie kosztu kabla ma niewielki wpływ na całkowity koszt. Kable o większym przekroju umożliwiają także zaspokojenie zwiększonego zapotrzebowania energii w przyszłości.
Koszty eksploatacji
Kable o większym przekroju mają mniejszą rezystancję. Znaczy to, że straty energii w nich są mniejsze. Wyobraźmy sobie fabrykę, która do zasilania swoich maszyn pobiera z sieci krajowej prąd 200 amperów. Prąd ten będzie nagrzewał kable zasilające fabrykę. Ilość energii traconej na ciepło Joule’a jest dana wyrażeniem:
P = I2 R
Aby moc strat była jak najmniejsza, rezystancja kabla powinna również być jak najmniejsza, zatem im większy przekrój, tym lepiej. To umożliwi także zwiększenie poboru mocy w przyszłości. Ponadto, kabel o mniejszym przekroju bardziej się nagrzewa. Dla odprowadzenia tego ciepła może być konieczne zastosowanie wentylatorów lub klimatyzacji, co zwiększa koszty eksploatacyjne.
Polecamy: Kable CroCo
