Dağıtım Transformatörlerinde Bakır ve Alüminyum Sargı Karşılaştırması

Sargı malzemesi, bir dağıtım transformatörü şartnamesinde gerçek anlamda açık olan birkaç seçimden biridir. Hem bakır hem de alüminyum, aynı standartları karşılayan ve aynı garantileri taşıyan transformatörler üretir. Fark; boyut, ağırlık, maliyet ve karar verilmeden önce anlaşılması gereken birkaç tasarım sonucunda ortaya çıkar.

Fiziksel Fark

Diğer her şeyi belirleyen iki rakam vardır. Alüminyum, bakırın iletkenlik oranının %61'inde iletkenlik gösterir, bu nedenle bir alüminyum sargının aynı akımı aynı kayıpla taşıyabilmesi için yaklaşık 1.6 kat daha fazla kesit alanına ihtiyacı vardır. Ancak alüminyum, birim hacim başına yalnızca %30 ağırlığa sahiptir, bu nedenle daha büyük iletkene rağmen tamamlanmış alüminyum sargı, bakır eşdeğerinin yaklaşık yarısı ağırlığında kalır.

Transformatör Üzerindeki Sonuçları

Kayıp Meselesi

En yaygın yanlış anlama, alüminyum sargıların otomatik olarak daha az verimli bir transformatör anlamına geldiğidir. Bu yalnızca tasarımın diğer yönlerden değişmediği durumlarda doğrudur.

Yük kayıpları I²R ile orantılıdır. İletken kesiti, özdirenç oranına göre artırılırsa direnç bakır eşdeğerine döner ve yük kayıpları eşleşir. Değişen, verimlilik değil, makinenin fiziksel boyutudur.

Pratikte üreticiler bir kayıp hedefine — Standart, Ecodesign Tier 1 veya Tier 2 — göre tasarım yapar ve iletken boyutlarını buna göre seçer. Her iki malzeme de bu hedeflerin herhangi birine ulaşabilir. Geçerli limitler için bkz. Yağlı tip transformatörler için Ecodesign kayıp değerleri.

Kısa Devre Dayanımı

Bakırın daha yüksek çekme mukavemeti, bir geçiş arızası sırasında oluşan elektromanyetik kuvvetlere karşı direnç konusunda avantaj sağlar. Bu kuvvetler arıza akımının karesiyle orantılıdır ve önemli boyutlara ulaşabilir — tipik arıza seviyeleri için bkz. Transformatör Kısa Devre Akımı Hesabı.

Bu durum alüminyumu devre dışı bırakmaz. IEC 60076-5, her iki malzeme için de aynı dayanım gerekliliğini belirler ve bunu karşılayan alüminyum sargılı transformatörler dünya genelinde büyük sayılarda üretilmektedir. Bunun anlamı, tasarımın telafi etmesi gerektiğidir: daha ağır eksenel kelepçeleme, sargı desteğine daha yakın dikkat ve hem mekanik hem de elektriksel performans için seçilen iletken geometrisi.

Arıza seviyelerinin alışılmadık derecede yüksek olduğu veya transformatörün sık sık geçiş arızalarına maruz kalacağı durumlarda, bakırın sunduğu marj değerlendirmeye değer.

Bağlantılar ve Sonlandırmalar

Alüminyum, diğer metallerle arayüzde daha fazla özen gerektirir. İki sorun ortaya çıkar:

• Oksit tabakası — alüminyum, havayla temas ettiğinde yalıtkan bir oksit tabakası oluşturur. Bağlantılar, bu tabakayı kırıp yeniden oluşmasını önleyecek şekilde hazırlanmalı ve yapılmalıdır.
• Galvanik ve termal uyumsuzluk — doğrudan alüminyum-bakır bağlantıları korozyona ve farklı ısıl genleşmeden kaynaklanan gevşemeye eğilimlidir. Bimetalik konnektörler veya kaplamalı sonlandırmalar bunu çözer.

Bunlar engel değil, yerleşik uygulamalardır. Transformatör terminalleri belirtilen sargı malzemesi için tasarlanır ve montajcının eşleşen kablo pabuçları ve bağlantı donanımı kullanması gerekir.

Bakır Ne Zaman Tercih Edilmeli

• Alan gerçekten kısıtlıysa — trafo merkezi odaları, konteynerli tesisler, mevcut muhafazalara retrofit
• Yüksek veya sık geçiş arızası yükü olduğunda
• Servis ömrü sonu hurda değerinin toplam maliyete dahil edildiği uzun beklenen servis ömrü olduğunda
• Şartname veya dağıtım şirketi standardı bunu gerektirdiğinde
• Transformatör sık termal döngüye maruz kalacaksa

Alüminyum Ne Zaman Tercih Edilmeli

• Belirleyici faktör ilk maliyet olduğunda
• Taşıma veya kaldırma ağırlığı kısıtlıysa — uzak sahalar, sınırlı vinç kapasitesi, direk üstü tesisler
• Fiziksel olarak daha büyük bir ünite için alan mevcutsa
• Olağanüstü arıza maruziyeti olmayan standart dağıtım yükünde
• Birim maliyet farkının önemli ölçüde biriktiği büyük miktarlı projelerde

Toplam Sahip Olma Maliyeti

Satın alma fiyatı farkı hemen görülür. İşletme maliyeti farkı ise görülmez ve tamamen iki ünitenin aynı kayıp hedefine göre tasarlanıp tasarlanmadığına bağlıdır.

Her iki transformatör de Ecodesign Tier 2'yi karşılıyorsa, 25 yıl boyunca enerji tüketimleri fiilen aynıdır ve alüminyum ünitenin daha düşük satın alma fiyatı gerçek bir tasarruftur. Alüminyum ünite Standart kayıplara göre belirtilirken bakır ünite Tier 2'yi karşılıyorsa, transformatörün ömrü boyunca enerji maliyeti farkı, ilk tasarrufu kat kat aşacaktır.

Ömür boyu maliyeti belirleyen malzeme değil, kayıp sınıfıdır.