Warum sind die Hauptleiter dieses unterirdischen Stromkabels nicht aus Kupfer?

Ich habe ein Stück Elektrokabel gefunden, das von der Elektrizitätsgesellschaft zurückgelassen wurde, die die Gegend versorgt. Sie haben kürzlich eine Reparatur unter der Erde durchgeführt.

Ich bin neugierig, warum die drei großen dreieckigen Leiter nicht aus Kupfer bestehen. Für mich sieht es aus wie Aluminium, aber ich hätte gedacht, Kupfer wäre ein viel besserer Leiter.

Was vermisse ich? Ist Aluminium fast genauso gut, aber viel billiger?

Foto:

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Aluminium ist billiger.
Nur weil ein Kabelabschnitt in einem Teil der Welt etwas anderes verwendet hat, bedeutet das nicht, dass es sich um eine allgemeine Praxis handelt, was diese Frage impliziert. Was ein Material heute „besser“ macht, muss es in Zukunft oder Vergangenheit nicht unbedingt besser machen. Materialkosten wie diese schwanken.
Warum der Downvote, Downvoter?
Ich habe keine Ahnung, warum Sie abgelehnt wurden, ich dachte, das wäre eine großartige Frage und passt zum Umfang dieser Website. Ich habe dir +1 gegeben
Aus welchem ​​Material besteht das Außengeflecht/der Schirm? Ist es Kupfer oder Messing? Warum nicht auch Aluminium?
Verkaufen Sie es als symmetrisches Verbindungskabel an einen Audiophilen.
Entgegengesetzte Ladungen ziehen sich an, wie sich Ladungen abstoßen. Da Elektrizität der Fluss von Elektronen ist und Elektronen Elektronen abstoßen, fließt sehr wenig Strom in der Mitte eines Leiters. Strom fließt auf der äußeren Schicht des Leiters. Es scheint, dass die äußere Schicht in diesem Bild Kupferdrähte enthält. Nur eine fundierte Vermutung
@Pomagranite Nicht ganz. Die Elektronen "fließen" "zwischen" den positiv geladenen Kernkernen. Es gibt keine zusätzliche Ladung (die tatsächlich auf dem Rand des Leiters aufliegen würde), nur eine geordnete Bewegung der ansonsten zufällig bewegten Elektronen. Es gibt zwar einen sogenannten Skin-Effekt , aber sein Ursprung ist deutlich anders.
Es kann dennoch eine Überlegung sein - die Wikipedia gibt die Skin-Tiefe von Kupfer mit 8,5 mm bei 60 Hz an - und der Durchmesser des Drahtes, obwohl es sich um Aluminium handelt, scheint größer als doppelt so groß zu sein. Meinungen?
@old_timer impliziert? Die Frage bezieht sich auf einen Kabelabschnitt in einem Teil der Welt, was nichts impliziert
Das ist ein europäisches (einschließlich Großbritanniens derzeit 8-) 3-Phasen-Verteilerkabel (Sie können nur die braunen/schwarzen/grauen Farben sehen). Der äußere Erdungs-/Neutralleiter kann immer noch Kupfer sein, da der normale Strom, der durch ihn fließt, sehr viel kleiner ist, außer in Fällen, die der DNO nicht tolerieren wird (sehr unausgeglichene Belastung der Phasen). Angesichts der unten stehenden Antworten ist es auch interessant festzustellen, dass ein erheblicher Anteil von Kabeln aus kupferbeschichtetem Aluminium (CCA) für Computernetzwerke verwendet wird, die, wie man vermutet, auch aus Gründen der Wirtschaftlichkeit verwendet werden ...
@ edc65, und Sie gehen immer noch davon aus, dass in diesem Teil der Welt die einzigen, die jemals für die Geschichte der Zeit gekauft und verwendet wurden, eine Art haben und sich in Zukunft nie ändern werden. Ich weiß es zu schätzen, dass die Frage von unbeantwortbar in beantwortbar geändert wurde. das war der springende Punkt.
Erwähnenswert ist vielleicht auch, dass Kupfer und Aluminium nicht die einzig möglichen Leitertypen sind. Die Zuleitung zu meinem Haus hat zum Beispiel Bleileiter, vermutlich weil Blei zum Zeitpunkt der Verlegung billiger war (heute glaube ich aber nicht mehr).
Es dient auch als Mercedes-Benz-Logo.
Danke für alle Kommentare und Antworten. Wenn es etwas hinzufügt, ist dies aus Manchester, Großbritannien.

Antworten (6)

Anixter sagt:

Auch wenn Kupfer eine lange Geschichte als Material der Wahl zum Leiten von Elektrizität hat, hat Aluminium bestimmte Vorteile, die es für bestimmte Anwendungen attraktiv machen.

Aluminium hat 61 Prozent der Leitfähigkeit von Kupfer, aber nur 30 Prozent des Gewichts von Kupfer. Das bedeutet, dass ein blanker Aluminiumdraht halb so viel wiegt wie ein blanker Kupferdraht mit dem gleichen elektrischen Widerstand. Aluminium ist im Allgemeinen billiger im Vergleich zu Kupferleitern.

Fastmarkets sagt (und ich behaupte nicht, irgendetwas davon zu verstehen):

Copper     LME Averages Cash Ask ($/MT)    Sep 2017     $6,583.19
Aluminium  LME Official 3M Ask ($/MT)      21 Dec       $2,125.50

Wenn wir also 1 MT (metrische Tonne?) Kupfer benötigen, kostet das 6,5.000 $ und wir brauchen eine halbe Tonne Aluminium für die gleiche Leitfähigkeit, die 1,1.000 $ kostet. Das ist eine Ersparnis von > 80 %.

Der Grund, warum Sie nicht mehr Kupfer sehen, kann Gründe haben, die in der Fortsetzung des ersten Artikels erklärt werden:

Aluminiumleiter bestehen aus verschiedenen Legierungen, die als AA-1350-Serie und AA-8000-Serie bekannt sind. AA-1350 hat einen Aluminiumgehalt von mindestens 99,5 Prozent. In den 1960er und 1970er Jahren wurde diese Aluminiumsorte aufgrund des hohen Kupferpreises im Vergleich zu Aluminium allgemein für Haushaltskabel verwendet. Aufgrund der minderwertigen Verarbeitung der Verbindungen und der physikalischen Unterschiede zwischen Aluminium und Kupfer bildeten sich hochohmige Verbindungen und wurden zu einer Brandgefahr.

Als Reaktion darauf wurden Aluminiumlegierungen entwickelt, deren Kriech- und Dehnungseigenschaften denen von Kupfer ähnlicher sind. Diese Legierungen der Serie AA-8000 sind die einzigen massiven oder verseilten Aluminiumleiter, die gemäß Artikel 310 des National Electric Code 2014* verwendet werden dürfen. Legierungen der Serie AA-8000 erfüllen die Anforderungen von ASTM B800, Standardspezifikation für Draht aus Aluminiumlegierungen der Serie 8000 für elektrische Zwecke – geglühte und mittlere Temperaturen.

  • Amerikaner (USA).

Der Vollständigkeit halber sind die Dichten:

metal        g/cm³
copper       8.96
aluminum     2.70
Nett. Ich würde noch einen weiteren Gedanken hinzufügen, der mir beim Lesen in den Sinn kommt. Wenn das Gewicht pro Meter halb so hoch ist, bedeutet das weniger Gewicht auf den LKWs (wenn auch vielleicht sperriger) und dann sicherlich auch weniger Handarbeit durch die Mitarbeiter, die den Draht tragen und verlegen.
Aluminiumverkabelung wird heute in der Luftfahrt (Airbus A380 und viele andere) hauptsächlich verwendet, um Gewicht zu sparen.
@ Sparky256: Was ist "300 mcm"?
@Transistor: "mcm" ist die Abkürzung für "Tausende von kreisförmigen Mils ", eine Einheit der Querschnittsfläche
Eine ausgefallene Art zu sagen, dass der Draht einen Durchmesser von 300 Millizentimetern (3 cm) hat. Es wird mit diesen Markierungen auf dem Draht verkauft, sobald die Größe die AWG-Skala überschreitet.
„Wenn wir also 1 MT (metrische Tonne?) Kupfer benötigen, kostet das 6,5.000 US-Dollar, und wir benötigen eine halbe Tonne Aluminium für die gleiche Leitfähigkeit, die 1,1.000 US-Dollar kostet. Das ist eine Einsparung von > 80 %.“ sollte das Gewicht von Alu bei gleicher Leitfähigkeit nicht höher sein. noch eine Ersparnis
@JonRB: Nein, weil die Dichte von Aluminium so viel geringer ist.
@Sparky256: Denkst du dir das nur aus? (Hunderte Millizentimeter wären mm, nicht cm.)
d'oh yer @DaveTweed
Danke Leute. " Ein Circular mil ist eine Flächeneinheit, gleich der Fläche eines Kreises mit einem Durchmesser von einem mil (ein Tausendstel Zoll). Er entspricht 5,067 × 10−4 mm². " Quelle: Circular mil . Was für ein Chaos!
@ Dave Tweed. Nein, aber Ihre Antwort könnte die genauere Beschreibung sein.
Ich könnte mir vorstellen, dass unterirdische Kabel auch auf einer ziemlich konstanten Temperatur bleiben, wodurch die Risiken verringert werden, die mit dem Schrumpfen von Aluminiumdrähten und hochohmigen Verbindungen verbunden sind.
@Sparky, DaveTweed: "Tausende von kreisförmigen Mils", "Millizentimeter": Bei allem Respekt: ​​WTF?
@VolkerSiegel. Bei allem Respekt, Transistor hatte die genaueste Beschreibung einer umständlich zu messenden Größe. Wie es entstanden ist, weiß ich nicht. Muss Ingenieur gewesen sein.
Das Gewicht ist ein großer Faktor. Es wirkt sich auf den Versand, die Verfügbarkeit und andere "Infrastrukturen" (wie die Größe der Wartungsfahrzeuge und den verwendeten Kraftstoff) aus. Ich würde erwarten, dass das Gewicht mehr als die Rohstoffkosten berücksichtigt.
Es klingt ungefähr richtig. In diesem Whitepaper von Siemens heißt es, dass Aluminium "deutlich niedrigere Materialkosten hat (bis zu 6-mal niedriger als Kupfer pro Ampere)." Eine Sache, die dort nicht gesagt wird, ist, dass Sie für Kabel, um die gleiche Stromstärke wie für Kupfer zu erhalten, ein dickeres Kabel benötigen, was geringfügig mehr Isolierung bedeutet (aufgrund des größeren Durchmessers). Ich habe (noch) keine veröffentlichte Analyse gefunden, die dies berücksichtigt.
Kürzlich wurde unsere Nachbarschaft neu verkabelt. Das Versorgungsunternehmen beauftragte einen Auftragnehmer mit der Durchführung der Arbeiten. Ratet mal, welche Art von Kabel sie installiert haben. Ratet mal, welche Art von Draht sie entfernt haben. Ich frage mich, was aus dem alten Draht geworden ist und wer von diesem Schatz profitiert hat ... Ich frage mich, in welcher geschäftlichen oder familiären Beziehung sie zu den Managern des Versorgungsunternehmens stehen, das den Auftrag erteilt hat. Dies beleuchtet die Art von Konflikten, über die NSPE predigt.
@Transistor Ich habe letztes Jahr von Cmils erfahren, als ich einen Transformator mit einem Hersteller aus den USA entworfen habe. Hat mich dazu gebracht, T-Shirts mit der Aufschrift „Go Metric!“ zu bedrucken.

Aluminium hat eine geringere Leitfähigkeit als Kupfer, aber es hat auch eine viel geringere Dichte und geringere Kosten pro Tonne. Während also (für einen bestimmten Widerstand) ein Kupferkabel kleiner ist, ist das Aluminiumkabel leichter und billiger.

Der Hauptnachteil von Aluminiumkabeln besteht darin, dass sie spezielle Abschlusspraktiken benötigen, um zuverlässige Abschlüsse herzustellen, und die genauen Details von der jeweiligen Aluminiumlegierung abhängen. Die Anschlusszuverlässigkeit ist ein Problem bei der elektrischen Verkabelung, da schlechte Anschlüsse sehr heiß werden und ein Brandrisiko darstellen können.

Betreiber von Stromverteilungsnetzen können die Materialien und Praktiken, die zum Abschließen ihrer Verkabelung verwendet werden, streng kontrollieren, das Verhältnis von Abschlüssen zu der Menge an Verkabelung ist relativ gering, und für die langen, großen Kabel, die sie verwenden, sind die Kosteneinsparungen von Aluminium zu groß, um darauf zu verzichten.

OTOH in der Gebäudeumgebung werden die Dinge normalerweise viel weniger streng kontrolliert. Es gibt viel mehr Abschlüsse, es wird wahrscheinlich eine Vielzahl unterschiedlicher Zubehörteile verwendet, Zubehörteile haben häufig Designs, bei denen Anschlüsse vorgenommen werden müssen, bevor die Drähte an ihre endgültige Position geschoben werden, wahrscheinlich arbeiten viele verschiedene Personen/Unternehmen an der Installation einschließlich einiger, die nicht wirklich dafür qualifiziert sind. In dieser Umgebung sind die Probleme mit der Terminierungszuverlässigkeit viel schwieriger zu mindern.

Aus diesem Grund dominiert Aluminium die Verteilungsverkabelung, aber Kupfer dominiert die Gebäudeverkabelung.

Einige Normungsgremien verbieten kleine Aluminiumleiter, weil sie als zu große Belastung angesehen werden. AIUI, der US-amerikanische NEC, legt eine Mindestgröße von 8 AWG (~8 mm²) für Aluminium fest (in neuer Ausführung) und BS7671 legt eine Mindestgröße von 16 mm² fest.

Diese Antwort enthält viele gute Informationen. Bei Anschlüssen bereitet die isolierende Aluminiumoxid-Oberflächenschicht einige Probleme – spezielle Arbeitspraktiken und Materialien sind erforderlich, um dies zu kompensieren. Verbindungen zwischen Kupfer- und Aluminiumkabeln sind ebenfalls problematisch – Bimetallverbinder werden benötigt, um Korrosion zu mindern. Wie Peter sagt, ist es für ein Versorgungsunternehmen einfach, die richtigen Arbeitspraktiken und Materialien durchzusetzen – schwieriger für private und gewerbliche Nutzer.
Ihr letzter Absatz ist eigentlich falsch in Bezug auf: NEC - die Mindestgrößenbeschränkung von 8 AWG ist lediglich eine praktische Einschränkung, die von der aktuellen Herstellung von Al THHN festgelegt wird. Die einzige vom NEC festgelegte Grenze für Aluminiumdraht ist die Anforderung von 310.106(B), dass Al-Draht für Bauzwecke aus einer Legierung der AA-8000-Serie hergestellt werden muss – wenn jemand 10/12AWG massives THHN in AA-8000 hergestellt hat, dann Es wäre vollkommen legal, Ihr Haus damit zu verkabeln.
Was zu der Frage führt "warum macht es niemand" ...

Aluminium wird häufig für unterirdische Stromzuführungen verwendet, da es sich um 45 Grad in den PVC-Rohren viel leichter biegt. Nur 45-Grad-Drehungen sind erlaubt, da die Anstrengung, eine 90-Grad-Drehung zu machen, den „Fisch“-Draht brechen oder das PVC-Rohr brechen würde. Es braucht immer noch eine stählerne „Fischschnur“ und „Seife“ und einen motorisierten Abzieher, um zu helfen, da sie 4 Drähte durch ein Rohr mit einem Durchmesser von 4 Zoll bis 6 Zoll mit Drähten von 300 mcm bis 500 mcm Größe für 3-Phasen ziehen Leistung, 5 Drähte, wenn sie einen doppelten Neutralleiter haben.

Ich sollte zwei Dinge klarstellen. A) Das OP zeigt ein speziell angefertigtes Kabel, das außerhalb der USA verwendet wird, obwohl das OP seinen Standort nicht angegeben hat. In den USA verwendet das gute alte NEC-Buch und eine lange bestehende Industrie immer noch einzelne Kabel in einem dicken PVC-Rohr. Widerstandsfähigkeit gegen Schäden durch Baumwurzeln ist ein Grund. B) Die stählerne „Fischschnur“ wird verwendet, indem zunächst ein dickes Seil durch das Rohr gezogen wird, das 2.000 Pfund Zug aushalten kann.

Die Drähte werden von der Service-Eingangsplatte (die Innenseiten sind noch nicht installiert) nach außen zum Transformatorsockel aus Beton gezogen. Der Transformator wird an Ort und Stelle abgelegt und das Leistungsschaltergestell der Service-Eingangstafel wird installiert, nachdem der Kabelzug abgeschlossen ist, wobei an jedem Ende mehrere Fuß Draht herauskommen. Dies ist eine ganztägige Aufgabe, bei der mehrere Personen auf beiden Seiten gemeinsam arbeiten. Es ist eine raue, schmutzige Knochenarbeit. Kenne ich schon.

Für die Stromversorgung eines großen Bürokomplexes oder einer Fertigungsanlage können mehrere Rohre erforderlich sein. Die Drähte sind an beiden Enden der Rohre parallel gebunden und phasenangepasst. Für Wohnhäuser ist der Draht selten größer als 4 AWG mit 3 Drähten (120/240 Split-Phase), daher wird Kupfer verwendet.

Dieses Zeug lief nicht durch PVC-Rohre. Es hat die gleiche Dicke (schätzungsweise 50 mm) wie die PVC-Rohre, die kleinere Versorgungskabel wie mein Breitbandkabel führen. Das läuft eigentlich roh durch den Boden. Es ist viel größer als es auf dem Bild aussieht. Auf 1,5m Länge kann ich ihn mit aller Kraft nur etwa 6 bis 8cm auslenken.
In den USA sind die Drähte separate Kabel in einem dicken PVC-Rohr. Ebenso die Stromzufuhr zu meinem Haus.
Es variiert. Einadriges THWN in einem Kabelkanal ist akzeptabel, aber ein direkt erdverlegtes Kabel ist auch eine vollkommen übliche Methode für die Versorgung eines Wohngebäudes. In diesem Fall muss der Ein-/Austritt aus der Erde zB durch ein PVC-Rohr geschützt werden, um es vor physischer Beschädigung zu schützen, was leicht mit "Durchgangsleitung" verwechselt werden kann.
Die Energieversorger entscheiden, was auf der Wohnebene am besten ist. Unseres ist nur deshalb durchgehend verrohrt, weil Baumwurzeln vor etwa 25 Jahren die Leitungen durchschnitten, also mussten sie hereinkommen und in unserer gesamten Unterabteilung Rohre verlegen. Sie haben die Möglichkeit der Direktbestattung, wenn kein Durchschneiden droht.
Ach du hast recht btw. Ich bin in Manchester, Großbritannien.

Aluminium ist in der Tat billiger als Kupfer, und das kann ein wichtiger Faktor bei der Wahl des Materials für die Verkabelung sein, abhängig von den aktuellen Marktpreisen für beide Materialien. Außerdem wiegt Aluminium deutlich weniger als Kupfer (~30 %), sodass es einfacher (und damit billiger) zu transportieren, zu bewegen und zu installieren ist.

Ein kleiner Faktor: Das weniger leitfähige Aluminiumkabel hat einen größeren Querschnitt als das entsprechende Kupferkabel) und benötigt daher etwa 25% mehr Isolierung (gleiche Dicke, größere Fläche) bei ähnlicher Erhöhung des Isolierungsgewichts und der Materialkosten ...
@DJohnM Toller Punkt, das hatte ich nicht bedacht. Ich dachte nur an das Kabel selbst, nicht an die Isolierung.
Bei der Hochspannungsübertragung führt der größere Durchmesser des elektrisch äquivalenten Aluminiumleiters zu geringeren elektrischen Feldern an der Oberfläche. Dies kann eine dünnere Isolierung ermöglichen.

Ich habe keine Quelle, aber ich habe gehört, dass die niedrigeren Kosten von Aluminium nicht dazu dienen, Geld bei den Kosten des Kabels zu sparen, da das Aluminiumkabel aufgrund höherer Herstellungskosten fast gleich viel kostet. Das Metall Aluminium wird verwendet, um Diebstahl zu verhindern, da Kupferdrähte leicht reformiert und an Recycler weiterverkauft werden können, Aluminium jedoch nicht.

Diese Argumentation könnte lokal sein, ich lebe in Israel, aber ich weiß nicht, ob der Ingenieur über tatsächliches israelisches Kabel gesprochen hat oder nicht. Thema der Diskussion war der Gerätediebstahl, nicht die Vor- und Nachteile von Kupfer gegenüber Aluminium.

Einige Links zeigen, wie groß das Problem des Metalldiebstahls ist .

Eine zusätzliche mögliche Überlegung ist der Beitrag des "Skin-Effekts". Wegen des "Skin-Effekts" spielt es keine Rolle, dass Aluminium nicht so gut leitet wie Kupfer. Da Aluminium jedoch billiger und leichter ist, eignet es sich ideal für den Aufbau des Kabelkerns und Kupfer für die „Haut“ des Kabels.

Ich kann keine Kupferhaut auf den Alaunleitern sehen?
Rechnen Sie nach und berechnen Sie die Skin-Tiefe für 60 Hz.
Warum sind die Hauptleiter dieses unterirdischen Stromkabels nicht aus Kupfer?
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