تجزیه و تحلیل جامع ویژگی های فنی و مزایای عملکرد شینه برقی آلومینیومی

در زمینه‌های انتقال و توزیع نیرو، انتخاب مواد رسانا مستقیماً بر بهره‌وری انرژی، هزینه و قابلیت اطمینان سیستم تأثیر می‌گذارد. 6101 باس بار آلومینیومی، به‌عنوان یک ماده رسانا با فناوری پیشرفته-که رسانایی عالی مس را با چگالی کم آلومینیوم ترکیب می‌کند و آن را تبدیل به یک سومین ماده{4}آلومینیوم می‌کند. میله شینه آلومینیومی را می توان مسی-شینه آلومینیومی روکش شده، شینه آلومینیومی روکش مسی-شیشه آلومینیومی روکشدار، یا شینه آلومینیومی روکش شده مسی- نامید. کاربرد این ماده را می توان به دهه 1960 ردیابی کرد، زمانی که برخی از کشورهای اروپایی و آمریکایی شروع به تحقیق و استفاده از مواد آلومینیومی با روکش مس کردند و استانداردهای هادی را برای کاربرد آن ایجاد کردند. اکنون وارد مرحله استفاده عملی گسترده شده است. این مقاله به طور سیستماتیک شش مزیت اصلی باس بار آلومینیومی 6101 و ارزش کاربرد آن در مهندسی برق را معرفی می‌کند.

اولین مزیت قابل توجه میلگردهای آلومینیومی در هدایت الکتریکی عالی آنها نهفته است. وقتی نسبت حجم مس-به-آلومینیوم 15% یا 20% باشد، باس‌های آلومینیومی می‌توانند به 85% از ظرفیت حمل جریان متناوب مس خالص دست یابند. این رسانایی به آنها اجازه می دهد تا نیازهای اکثر کاربردهای توزیع برق و اتصال الکتریکی را برآورده کنند و در عین حال مصرف مس خالص را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. در سیستم های انتقال AC، به دلیل اثر پوستی، جریان عمدتاً در سطح هادی جریان دارد. باس‌های آلومینیومی از این خاصیت فیزیکی استفاده می‌کنند و یک لایه مس بسیار رسانا را روی لایه بیرونی مواد قرار می‌دهند و به جریان اجازه می‌دهند که عمدتاً از لایه مس عبور کند، در حالی که هسته آلومینیومی پشتیبانی مکانیکی و عملکردهای رسانای ثانویه را فراهم می‌کند. این طراحی ساختاری با حفظ رسانایی بالا به کاهش قابل توجهی در هزینه های مواد دست می یابد.

برای همان{0}}نیازهای ظرفیت حمل فعلی، میلگردهای مسطح آلومینیومی به سطح مقطع کمی بزرگتر از میلگردهای مسی خالص نیاز دارند، اما به دلیل وزن سبک تر، هزینه کلی به طور قابل توجهی سودمند است. برای تولیدکنندگان، میله‌های مسطح آلومینیومی گزینه‌ای محصولی را ارائه می‌دهند که تعادل خوبی بین رسانایی و هزینه مواد ایجاد می‌کند، و آنها را به‌ویژه برای سیستم‌های توزیع قدرت در مسافت‌های طولانی، انتقال جریان بالا و مقیاس بزرگ{{5} مناسب می‌سازد. در حالی که باس‌های آلومینیومی 6061 دارای رسانایی الکتریکی عالی هستند، میلگردهای مسطح آلومینیومی هنوز در کاربردهای خاص که به رسانایی و مقاومت در برابر خوردگی بالاتر نیاز دارند، دارای مزایای غیرقابل جایگزینی هستند.

دومین مزیت عمده شینه های مسطح آلومینیومی برای تابلو برق کاهش وزن قابل توجه آنهاست. چگالی آنها فقط 37 تا 40 درصد از شینه های مسی خالص است و طول (حجم) آنها برای همان وزن 2 تا 2.5 برابر شینه های مسی خالص است. این ویژگی به ویژه برای کاربردهایی که نیاز به کاهش وزن ساختاری دارند، مانند دستگاه های تلفن همراه، هوافضا و وسایل نقلیه الکتریکی مهم است. طول بیشتر در واحد وزن به این معنی است که می توان طول هادی طولانی تری را برای همان وزن به دست آورد که هزینه های حمل و نقل و سختی نصب را کاهش می دهد.

سوم، شینه های آلومینیومی برای اتصالات سلولی دارای خواص مکانیکی عالی، از جمله استحکام کششی، انعطاف پذیری و ازدیاد طول هستند. از طریق یک فرآیند عملیات حرارتی ویژه، شینه‌های مسطح آلومینیومی برای تابلو برق درجه‌ای از انعطاف‌پذیری را نشان می‌دهند و عملیات پانچ، برش و خمش را بدون ترک یا جدا شدن در طول پردازش تسهیل می‌کنند. اتصالات انعطاف پذیر شینه آلومینیومی الکتریکی در تجهیزات قدرت برای جذب جابجایی انبساط حرارتی و ارتعاش استفاده می شود. انعطاف پذیری شینه های آلومینیومی برای اتصالات سلولی آنها را به ماده ایده آلی برای ساخت اتصالات انعطاف پذیر تبدیل می کند. در اتصالات ماژول باتری، ماهیت سبک وزن و به راحتی شکل پذیری میله های اتوبوس آلومینیومی برای اتصال سلولی، اتصالات الکتریکی قابل اعتماد بین پایانه های باتری را امکان پذیر می کند.

چهارم، میله‌های توزیع برق آلومینیوم به پیوند قوی بین مس و آلومینیوم دست می‌یابند. در دماهای مختلف محیط، پیوند اتمی بین دو فلز مختلف رخ می‌دهد و در نتیجه یک توزیع لایه مس یکنواخت و عاری از عیوب فیزیکی (مانند منافذ، لایه‌برداری یا لایه‌برداری) ایجاد می‌شود. این پیوند متالورژیکی از طریق یک فرآیند نورد یا اکستروژن کامپوزیت خاص به دست می‌آید که از یک لایه انتشار مداوم در سطح مشترک بین دو فلز اطمینان می‌دهد. این امر از لایه برداری یا لغزش بین لایه مس و هسته آلومینیومی در حین چرخه حرارتی به دلیل تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی جلوگیری می کند.

پنجم، میله های توزیع برق آلومینیومی شکل پذیری و قابلیت اطمینان خوبی از خود نشان می دهند. برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی، آبکاری قلع یا روی را می توان روی سطح مس اعمال کرد. آبکاری قلع به طور موثری از اکسید شدن و سولفید شدن سطح مس جلوگیری می کند و پایداری طولانی مدت مقاومت تماس را تضمین می کند و آن را به ویژه برای قطعات اتصالی که نیاز به قابلیت اطمینان تماس بالایی دارند مناسب می کند. کاربرد میله های توزیع برق آلومینیوم در کابینت های توزیع و تابلو برق نیازمند سطوح هادی با مقاومت در برابر خوردگی عالی و پایداری طولانی مدت است. پس از قلع{6}}روکاری، کیفیت سطح و عمر سرویس شین برقی آلومینیومی به طور قابل توجهی بهبود می یابد.