Chociaż cena miedzi za jednostkę wagową jest wyższa od aluminium, oszczędności na produkcji i instalacji urządzeń kompensują tę różnicę kosztów.
Skoro miedź jest droższa za jednostkę wagową od aluminium, łatwo można dojść do wniosku, że ta sama różnica kosztów przenosi się także na poziom urządzeń. W rzeczywistości zastosowanie przewodów z miedzi przynosi oszczędności kosztów produkcji i instalacji, jak przedstawiono w poniższych przykładach:
Transformatory rozdzielcze: Ponieważ rezystywność miedzi wynosi 0,6 rezystywności aluminium, to dla uzyskania takiej samej rezystancji, przekrój przewodów uzwojenia aluminiowego powinien być 1,66 krotnie większy od przekroju przewodów uzwojenia miedzianego. W wyniku tego, powierzchnia okna rdzenia transformatora musi być również 1,66 krotnie większa. Przy kwadratowym kształcie okna przekłada się to na zwiększenie średniej długości rdzenia w stosunku pierwiastka kwadratowego z powiększonego pola powierzchni, tj. 1,29 krotnie. Oznacza to 29% wzrost objętości, masy i kosztu rdzenia. Oznacza także zwiększone straty biegu jałowego.
Większy przekrój przewodów uzwojenia aluminiowego oznacza także 29% większą zewnętrzną średnicę cewki, co zwiększa długość przewodnika, a zatem straty obciążeniowe.
Aby utrzymać sprawność energetyczną i przeciwdziałać skutkom zwiększenia strat biegu jałowego i strat obciążeniowych należy albo obniżyć indukcję magnetyczną w rdzeniu przez dalsze zwiększanie przekroju rdzenia, lub/i zastosować droższy materiał rdzenia o niższej stratności.
Większa o 66% objętość części czynnych oznacza, że kadź transformatora oraz objętość oleju będą dla rozwiązania z użyciem aluminium, co najmniej o 66% większe niż w przypadku użycia miedzi.
W praktyce przekrój przewodów uzwojenia aluminiowego wymagany dla uzyskania równoważnych parametrów w warunkach zwarciowych jest większy niż 1,66 krotność przekroju uzwojenia miedzianego w wyniku czego opisane efekty są bardziej wyraźne.
Zatem to nie tylko koszt uzwojenia, ale także koszt stali, kadzi i oleju, potrzebnych do uzyskania określonego poziomu sprawności energetycznej, określa całkowity koszt wyprodukowania transformatora. Różnica kosztów na poziomie zastosowanego przewodnika jest niewielka, a w przypadku wysokosprawnych transformatorów rozdzielczych miedź jest często tańszą alternatywą.
Kable energetyczne: Z tych samych powodów, co w przypadku transformatorów, wymagany przekrój żył aluminiowych jest większy o 66% a średnica o 29% większa niż równoważnych żył miedzianych dla uzyskania identycznej przewodności, spadku napięcia i strat energii. Większa średnica żyły aluminiowej implikuje do 26% większe zużycie materiału izolacyjnego, które znacząco wzrasta z napięciem znamionowym kabla. Podobne rozważania dotyczą powłok, pancerza i ekranu kabla.
Miedź ma także korzystny wpływ na koszty instalacji. Kabel miedziany dzięki mniejszej średnicy wymaga mniejszych systemów osłon i w konsekwencji mniej przestrzeni oraz mniejszego zakresu prac budowlanych. Mniejsza średnica powoduje także, że kable miedziane wymagają mniej miejsca dla przyłączenia do aparatury rozdzielczej, umożliwia zatem budowę mniejszych szaf na aparaturę rozdzielczą, które potrzebują mniej miejsca na ich fundamentowanie.
Literatura:
- State of the Art on the Use of Copper and Aluminium Conductors in Distribution Transformers Manufacturing: R. Salustiano & M. L. B. Martínez Federal University of Itajubá– Lat-Efei