Druty miedziane są odporne na pełzanie, któremu ulegają wszystkie metale poddane naprężeniu, co powoduje że są bardziej niezawodne i bezpieczne.
Pełzanie jest odkształceniem plastycznym przewodów poddawanych zewnętrznemu naprężeniu od siły naciągu. Pełzanie zależy od poziomu naprężenia, czasu jego trwania i temperatury, i dla każdego metalu jest różne. W przeciwieństwie do wydłużenia, które jest odkształceniem sprężystym, a po usunięciu zewnętrznej siły materiał powraca do swojej pierwotnej długości, pełzanie jest nieodwracalne.
Dlaczego pełzanie jest problemem?
Pełzanie stanowi problem w przypadku przewodów i kabli elektrycznych poddawanych zewnętrznym naprężeniom np. w przypadku a) układania kabli,b) cykli cieplnych i c) działania sił elektromagnetycznych.
Pełzanie stwarza również problemy w miejscach zakończenia lub łączenia przewodów, gdzie nacisk śruby powoduje odkształcenie materiału przewodu, zmniejszając nacisk styku, co prowadzi do zwiększenia rezystancji styku, rozluźnienia połączenia, utleniania, iskrzenia i przegrzewania.
Pełzanie podobnie stanowi problem w przypadku emaliowanych drutów nawojowych stosowanych, np. w transformatorach rozdzielczych. W słabych sieciach elektroenergetycznych i w obszarach gdzie występują niedobory energii, częste załączanie transformatorów rozdzielczych jest nieuniknione z różnych powodów takich, jak planowany lub nieplanowany zrzut obciążenia, rozbudowa sieci i prace konserwacyjne, zwarcia lub pobór mocy przekraczający możliwości generacji. W transformatorach rozdzielczych występują przy załączeniu duże prądy udarowe, których wartość może kilkakrotnie przekraczać znamionowy prąd obciążenia. Prądy te powodują nadmierne naprężenia mechaniczne i intensywne miejscowe nagrzewanie (gorące punkty). Za każdym razem przewody uzwojenia ulegają pełzaniu o niewielką wielkość. W ciągu lat powtarzające się pełzanie powoduje, że przewody uzwojenia rozluźniają się i skupiają wzajemnie na odległość mniejszą niż dopuszczalne odstępy określone normami. Jeżeli wydłużenie drutu jest większe niż dopuszczalna przerwa między dwiema warstwami uzwojenia, następuje przebicie izolacji prowadzące do zwarcia międzyzwojowego i w konsekwencji do uszkodzenia transformatora.
Porównanie prędkości pełzania – miedź wobec aluminium
Z publikowanych danych dotyczących pełzania wynika, że drut z aluminium o wysokiej przewodności (Al 1030, wyżarzone) wykazuje znaczną prędkość pełzania 0,022% na 1000 godzin przy naprężeniu 26 N/mm2 w temperaturze otoczenia 20°C. Dla porównania, prędkość pełzania miedzi w tych samych warunkach jest pomijalna. Na to, aby miedź osiągnęła prędkość pełzania 0,022% potrzebna byłaby temperatura 150°C, co daleko wykracza poza normalne warunki eksploatacji. Prędkość pełzania miedzi beztlenowej jest jeszcze niższa. Badania porównawcze przeprowadzone przez Powertech Laboratories Inc. wykazały, że chociaż stopy aluminium serii 8000 mają lepsze parametry pełzania w porównaniu do stopów aluminium serii 1000, to nadal pozostają one w tyle za parametrami miedzi. Ponadto istnieją znaczne różnice pomiędzy stopami serii 8000 nabywanymi z różnych źródeł, a niektóre z nich okazują się nawet gorsze od stopów serii 1000.
Zatem, z powodu swojej doskonałej odporności na pełzanie, przewody miedziane są bardziej bezpieczne i niezawodne.
Literatura
- High Conductivity Copper for Electrical Engineering, ECI publication no. Cu0232, Feb 2016.
- CONNECTABILITY TESTING OF COPPER AND ALUMINUM WIRING, PHASE 2: Current Cycling Tests – Mechanical Connectors – POWERTECH LABS INC. Report #: PL-00236-REP1 , 27 June 2014. https://www.youtube.com/watch?v=ninqsZihz7g
- Reliability of power connections, BRAUNOVIC Milenko, Journal of Zhejiang University SCIENCE A,ISSN 1009-3095 (Print); ISSN 1862-1775 (Online), January 2007
- Creep Life Assessment of Distribution Transformers, N.S. Beniwal, D.K. Dwivedi, H.O. Gupta, Engineering Failure Analysis, volume 17, Issue 5, July 2010, pages 1077-1085.