Neue Aluminiumverkabelung

Einführung

VON 20 Martha 2019 Jahr in Russland Änderung Nr. 2 des Joint Ventures wurde in Kraft gesetzt 256.1325800.2016 "Elektroinstallationen von Wohn- und öffentlichen Gebäuden". Änderung Nr. 2 ermöglicht die Verwendung von Kabeln und Drähten mit Leitern aus Aluminiumlegierungen von Klassen 8030 und 8176 (Tisch 1) in der Elektroinstallation beim Bau von Wohngebäuden und öffentlichen Gebäuden. Diese Änderung führt auch einige zusätzliche Regeln für die Arbeit mit Aluminiumdrähten und -kabeln ein..

Geändertes Regelwerk des Joint Ventures 256.1325800.2016 ermöglicht die Verwendung von Drähten und Kabeln mit Kernen aus Aluminiumlegierung nicht nur in den Verteilungsnetzen von Gebäuden, die Wohnungen mit Mahlzeiten versorgen, sondern auch in den Wohnungen selbst.

Tabelle 1 - Chemische Zusammensetzung von Aluminiumlegierungen 8176 und 8030
nach GOST R 58019-2017 (unter Berücksichtigung der Änderung zu IUS Nr. 5 2018 d.)

Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über Probleme und Lösungen bei der Aluminiumverkabelung, sowie die Praxis der Verwendung von Aluminiumkabeln in den USA und Kanada.

"Alte" Aluminiumverkabelung

Aluminiumverkabelung, die seit Mitte der 1960er Jahre in Wohngebäuden verbaut wird, wie es gilt, verursachte viele Brände. Daher mit 2003 Jahren in Russland für den Wohnungsbau verboten. Die Leiter dieser Verkabelung waren damals ein Draht aus hartbearbeitetem Aluminium der Güteklasse AD0E nach GOST 4784 (Tisch 2). Die Hauptursache für Probleme bei dieser Aluminiumverkabelung war das Lösen und Überhitzen der Kontaktverbindungen des Aluminiumdrahtes mit dem sogenannten Verdrahtungszubehör., d.h. mit Steckdosen, Schalter usw.. P.

Ähnliche Probleme mit Aluminiumkabeln traten im Ausland auf.. beispielsweise, in den Vereinigten Staaten und Kanada begannen diese Probleme danach, wie, mit ... anfangen 1965 des Jahres, Aufgrund des Mangels und der hohen Kosten von Kupfer wurden Aluminiumdrähte und -kabel massiv verwendet, einschließlich, für elektrische Leitungen innerhalb von Häusern. Es war eine Verkabelung mit Leitern der Marke Aluminium. 1350 kaltverformtes H19. Die chemische Zusammensetzung der Aluminiumsorte 1350 (Tisch 3) stimmt praktisch mit der chemischen Zusammensetzung von AD0E überein [1].

Tabelle 2 – Chemische Zusammensetzung der Aluminiumsorte AD0E (GOST 4784-97)

Tabelle 3 – Chemische Zusammensetzung der Aluminiumsorte 1350 nach der Norm ANSI H35.1 [2]


Aluminiumqualität 1350 erfolgreich eingesetzt und wird immer noch in Freileitungen von Kraftwerken zu Umspannwerken eingesetzt. In diesem Fall hat Aluminium aufgrund seines geringen spezifischen Gewichts unbestreitbare Vorteile gegenüber Kupfer..

Probleme “alt” Verkabelung und Lösungen

Die Ursachen für Probleme mit der "alten" Aluminiumverkabelung mit Aluminiumleitern der Marke AD0E oder Marke 1350 Die folgenden Merkmale seiner Eigenschaften werden im Vergleich zur Kupferverdrahtung berücksichtigt [2,3]:

  • höheres Kriechen
  • geringere Duktilität
  • höhere Wärmeausdehnung
  • Kontaktflächenoxidation
  • Kontaktkorrosion bei Kontakt mit Messing und Stahl.

1) Kriechen

Probleme:

  • Die Aluminiumsorte AD0E (1350) zeigt unter konstanter Belastung in der Kontaktfuge ein Kriechen, was zu einer Schwächung des elektrischen Kontakts führt (Abb 1). Kriechen ist, vereinfacht, langsame plastische Verformung bei Spannungen unterhalb der Streckgrenze. Cm. mehr Details Hier.


Bild 1 – Aluminiumkriechen und Kontaktlockerung [13]

Antworten:

  • Leiter aus legiertem Aluminium 8030 und 8017 haben eine höhere Kriechfestigkeit, was in der Nähe ist, welche Kupferleiter haben. ermöglicht es Ihnen, elastische Verformungen der Matrize zu kompensieren und das Pressen des Profils mit Abmessungen und Form zu erreichen, meist, Aufgrund des hohen Eisengehalts (Abb 2).

Bild 2 [13]

2) Plastizität

Probleme:

Aluminiumdraht 1350 verwendet in der Aluminiumverdrahtung im vollständig kaltverformten Zustand H19. In diesem Zustand übersteigt die Zugfestigkeit die Streckgrenze nur geringfügig, und die Dehnung ist nur 1,5-2 % (Bild 3) [6]. Damit verbunden ist die "Sprödigkeit" dieses Aluminiumdrahtes und seine Empfindlichkeit gegenüber Schnitten und Dellen..

Abbildung 3– Änderung der Zugfestigkeit und Duktilität
beim Kaltverfestigen und Glühen von Aluminium [5]

Antworten:

  • Leiter aus legiertem Aluminium 8030 und 8176 Zustand H2x haben, d.h. durch Zwischenglühen, was eine relative Dehnung von mindestens ergibt 10 % [7].

3) Wärmeausdehnung

Aluminium nimmt beim Erhitzen seine Größe und sein Volumen stärker zu., als andere Materialien, die mit ihm in einer Kontaktverbindung stehen, z.B, Messing oder Stahl. Dies verursacht thermische Spannungen u, häufig, Plastische Verformung, was zu einer Verkleinerung der Kontaktfläche und zu einer noch stärkeren Erwärmung führt (Abb. 4im T6-Temper hat minimale Streckgrenzen und Festigkeitsgrenzen.

dass die Räder des berühmten Rovers Curiosity aus der Legierung 7075-T7351 bestehen und aus einem einzigen geschmiedeten Ring gefräst sind (Abb

(B)

Bild 4 [9]

Antworten:

  • Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium ist praktisch unabhängig von Legierungselementen oder Technologie [2]. Um die erhöhte Wärmeausdehnung von Aluminiumkabeln auszugleichen, werden spezielle Kontaktvorrichtungen aus Materialien verwendet., nahe bei der Wärmeausdehnung (Abb 5im T6-Temper hat minimale Streckgrenzen und Festigkeitsgrenzen.
  • Bei der Aluminiumverkabelung werden die sogenannten Steckkontakte grundsätzlich nicht verwendet., wenn der Draht in die Kontaktvorrichtung "gesteckt" wird [9]. Diese Kontakte sind sehr empfindlich gegenüber Unterschieden in der Wärmeausdehnung der Materialien der Kontaktvorrichtung und des Aluminiumleiters..

Bild 5 [8]

4) Oxidation der Kontaktfläche

Probleme:

  • Eine frische Aluminiumoberfläche wird sofort mit einem Aluminiumoxidfilm überzogen. Aluminiumoxid ist ein elektrischer Isolator. Die Dicke dieses Films hängt von der Temperatur und Feuchtigkeit der Umgebung ab..

Antworten:

  • Bei einer Temperatur 25 ºС Dicke des Oxids ist nur 2-50 nm. Mechanische Kraft, der mit einer Schraube oder Platte am Aluminiumdraht befestigt wird, „durchbricht“ leicht die zerbrechliche Aluminiumoxidschicht. Außerdem, Stromspannung, die in den Verteilungsnetzen von Gebäuden verwendet wird (normalerweise von 120 zu 480 b) genug, um die isolierenden Eigenschaften von natürlichem Aluminiumoxid zu überwinden [3,4].
  • Zum, Um die bestmögliche Verbindung zu erhalten, ist es besser, die Oxidschicht von der Oberfläche des Aluminiumleiters zu entfernen und einen leitfähigen Schmierstoff darauf aufzutragen. Dies ist besonders wichtig für Dirigenten., die in feuchter oder korrosiver Atmosphäre betrieben werden, hohe Temperatur oder lange Lebensdauer. Das leitfähige Schmiermittel verhindert ein weiteres Wachstum des Oxidfilms und, Außerdem, verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit oder anderem Elektrolyt in die Kontaktfläche, die galvanische Korrosion eliminiert (vgl. Legierungen sind ebenfalls beliebt..

5) Galvanische Korrosion von Aluminium

Probleme:

  • Materialien, die in Kontaktverbindung mit Aluminium verwendet werden, können andere Metalle sein, z.B, Stahl oder Messing. In Gegenwart von Feuchtigkeit kann dies zur Bildung eines galvanischen Paares führen und eine galvanische Korrosion von Aluminium verursachen (vgl. Bild 3). Diese Korrosion verschlechtert die Kontaktbedingungen und kann auch zu einer Überhitzung der Kontaktfuge führen..

Antworten:

  • Die Verwendung von speziellen Kontaktvorrichtungen aus Materialien, verursacht keine galvanische Korrosion von Aluminium (vgl. Bild 4);
  • Auftragen von speziellem Kontaktschmiermittel (s. obigen Absatz 4)).

„Neue“ Aluminiumlegierungen in den USA und Kanada

Reihe Elektrotechnische Legierungen 8000

Bereits Anfang der 1970er Jahre wurden in den USA und Kanada mehrere neue Aluminiumlegierungen für die Herstellung von Aluminiumdrähten und -kabeln entwickelt.. ASTM-Standard B 800 [8] enthält 6 solche Legierungen, Einige von ihnen wurden patentiert. Alle von ihnen sind reich an Eisen., sowie Ergänzungen einiger anderer Elemente. Hauptunterschiede in der chemischen Zusammensetzung, z.B, Aluminiumlegierung 8030 und Aluminiumsorten 1350 in der Abbildung gezeigt 6.

Bild 6 – Vergleich der chemischen Zusammensetzung
Aluminiumlegierung 8030 und Aluminiumsorten 1350 [13]

Zur Herstellung von Aluminiumkabeln und -drähten werden derzeit nur zwei Aluminiumlegierungen verwendet - 8030 und 8176 (Tisch 4) [8-12]. Europäische Norm EN 573-3 ebenfalls in die Serie aufgenommen 8000 nur diese beiden Elektroaluminiumlegierungen (Tabelle 5). Zum leichteren Vergleich wird auch eine Tabelle angezeigt. 6 mit chemischer Zusammensetzung von Legierungen 8030 und 8176 nach GOST R 58019.

Tabelle 4 – Legierungen 8030 und 8176 â ASTM B 800

Tabelle 5 – Legierungen 8030 und 8176 в DE 573-3

Tabelle 6 – Chemische Zusammensetzung von Legierungen 8176 und 8030 nach GOST R 58019-2017

"Amerikanische" und "russische" Legierungen 8030 und 8176

Aluminiumräder haben oft Speichen statt Scheiben., dass russische Legierungen 8030 und 8176 deutlich von ihren amerikanischen und europäischen Gegenstücken unterscheiden (vgl. Tabellen 4-6). In den Bildern 7 und 8 zeigt die Grenzen des Gehalts der Hauptlegierungselemente in der Legierung 8030 (Eisen-Kupfer) und 8176 (Eisen-Silizium) ASTM B 800 und laut GOST R 58019. Russische Legierungen haben einen deutlich geringeren Gehalt an Legierungselementen – Drüse, Kupfer und Silizium.

Bild 7 – Grenzwerte für den Gehalt an Eisen und Kupfer in der Legierung 8030
nach ASTM B 800 und Gost R 58019

Bild 8 – Grenzwerte für den Gehalt an Eisen und Silizium in der Legierung 8176
nach ASTM B 800 und Gost R 58019

Aluminiumleiter im amerikanischen NEC

Gemäß dem US National Electrical Code (NEC) müssen alle Aluminiumleiter aus Elektroaluminiumlegierungen der Serie hergestellt werden 8000:

  • ganz – Maße 12, 10 und 8 AWG
  • gestrandet – aus 8 AWG oder mehr.

Aluminiumleiter weniger 12 AWG (3,31 mm2) werden im Kodex nicht berücksichtigt.

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  • Die American Wire Gauge (AWG) ist ein standardisiertes Dimensionierungssystem für Rundleiterdurchmesser im Bereich von 40 zu 0000(4/0). Je größer die Anzahl der AWG, desto kleiner ist die physische Größe des Kerns. AWG-Tabellenfragment siehe. auf dem Bild 9.


Abbildung 9 – Fragment der AWG-Tabelle

Anwendung von Aluminiumdrähten in USA und Kanada

Derzeit in den Vereinigten Staaten und Kanada Drähte aus Aluminiumlegierungen 8030 und 8176 erst ab Größe AWG im Handel erhältlich 8 (8,37 mm2) [10]. Dies ist auch in den Katalogen und Präsentationen der Aluminiumdraht- und Kabelhersteller zu sehen., der in den 1970er Jahren Pionierarbeit bei der Verwendung von Legierungen leistete 8030 und 8176 – Alcan Cable und Southwire [11-13]. Für die interne Verdrahtung sind AWG-Aluminiumdrähte erforderlich 10 und AWG 12.

Die Präsentation von Alcan bietet ein visuelles Diagramm einer typischen Anwendung von Aluminiumdrähten und -kabeln für die Übertragung von Elektrizität von Kraftwerken zu Wohngebäuden (Abbildung 10) [13]: überall, aber nicht in den Häusern selbst!


Bild 10 – Die Verwendung von Aluminiumdrähten in den USA und Kanada [13]

Beim Bau von neuen Wohngebäuden für die Verteilung der internen Verkabelung, allgemein, Kupferdrähte verwendet werden - darauf wird direkt auf der Website der American Aluminium Association hingewiesen [14].

Gleichzeitig, zum Anschluss großer Haushaltsverbraucher elektrischer Energie - Trockner, Klimaanlagen, Kessel, Elektroherde - in der Regel werden Aluminiumkabel verwendet. Außerdem, In vielen amerikanischen Haushalten werden Aluminiumkabel auch verwendet, um elektrische Energie aus dem allgemeinen Stromnetz an die Schalttafel des Hauses zu liefern.. In diesen Fällen werden Aluminiumleiter verwendet. 8 und 6 AWG (8,37 Ø 13,3 mm2) [6].

Für das letzte 20 Jahren hat die Verwendung von Aluminiumdrähten als "Zuleitung" (Versorgungs-) elektrische Leitungen für Hochhäuser stark zugenommen, Krankenhäuser, Hotels, Stadien u, schon in letzter Zeit, Rechenzentren [3].

Lernen Sie, mit Aluminiumdrähten und -kabeln zu arbeiten

Die American Aluminium Association unternimmt große Anstrengungen, um Aluminiumprodukte zu fördern, einschließlich, Kabelprodukte aus Aluminium. Ein Beispiel dafür ist, z.B, Handbuch zu elektrischen Leitern aus Aluminium Aluminium Electrical Conductor Handbook [15].

Die American Aluminium Association und die National Electrical Contractors Association (NECA) haben gemeinsam den NECA/AA-Standard entwickelt und aktualisieren ihn regelmäßig. 104-2012 [9] gemäß den Regeln für die Installation von Aluminiumdrähten und -kabeln in elektrischen Netzen von Gebäuden. Diese Norm ist eine Richtlinie für die Arbeit mit Aluminiumdrähten und -kabeln., mit vielen detaillierten Abbildungen.

Fazit

1. Arbeiten Sie mit Aluminiumdrähten und -kabeln für die Innen- und Außenverkabelung von Gebäuden, einschließlich, aus Legierungen 8030 und 8176 erfordert zusätzliche Kenntnisse und Fähigkeiten im Vergleich zur Arbeit mit Kupferdrähten und -kabeln. Dafür, z.B, in den USA und Kanada, spezielle Standards entwickelt und vertrieben werden, Anleitungen und Empfehlungen, sowie Seminare und Schulungen.

2. In den USA und Kanada Drähte und Kabel aus Aluminiumlegierungen 8030 und 8176 hauptsächlich verwendet, ab Größe 8 AWG. Solche Kabel werden verwendet, um große Haushaltsverbraucher von Elektrizität anzuschließen., wie Trockner, Kessel, Klimaanlagen, sowie zur Versorgung von Schalttafeln einzelner Häuser mit Strom aus öffentlichen Netzen. Für die Innenverkabelung beim Bau von neuen Häusern, Aluminiumdrähte und Kabel mit Abmessungen 10 AWG und 12 AWG wird praktisch nicht verwendet.

3. In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich die Verwendung von Drähten und Kabeln aus Aluminiumlegierungen in den Vereinigten Staaten und Kanada ausgeweitet. 8030 und 8176 für Versorgungs-(Feeder-)Stromversorgungsleitungen für Wohnhochhäuser, Bürogebäude und Rechenzentren, sowie große Strukturen, z.B, Stadien.

Quellen:

  1. Ändern Sie Nr. 2 in SP 256.1325800.2016 – 19.09.2018.
  2. Aluminium und Aluminiumlegierungen / ed. J.R. sowie Rohstoffe für deren Herstellung, 1993.
  3. Starkstromkabel mit leitfähigen Leitern aus Aluminiumlegierungen für elektrische Leitungen in Wohngebäuden / Kamensky M.K., Nedaykhlib T.A., Frick A.A.. – Kabel und Leitungen – №3, 2018.
  4. Leiter aus Aluminiumlegierung: 45 Jahre zuverlässige Installationen /Christel Hunter – IAEI-Nachrichtenmagazin – Januar 18, 2016.
  5. Bemessung von Aluminiumtragwerken: Auswahl von Baulegierungen Tragwerksplanung nach Eurocode 9 /R. Gitter – EUROCODES: Hintergrund und Anwendungen, 2008.
  6. ASTM B 230 Standardspezifikation für Aluminiumdraht 1350–H19 für elektrische Zwecke.
  7. ASTM B 800 Standardspezifikation für 8000 Serie Aluminiumlegierungsdraht für elektrische Zwecke – geglüht und Zwischenzustände.
  8. Bewertung von Aluminiumkabel / Breck Booker, Süddraht – 2011.
  9. NECA/AA 104-2012 Empfohlene Praxis für die Installation von Aluminiumgebäuden
    Draht und Kabel.
  10. Die Entwicklung von Aluminiumleitern für den Bau von Drähten und Kabeln – National Electrical Manufacturers Association (NEMA), 2012.
  11. Gebäudekabel – Produktkatalog – Alcan Cable
  12. https://www.southwire.com/Building-Wire/c/building-wire
  13. Stabiloy, Aluminium oder Kupfer? / Alex Mak – Alkan – 2008
  14. Technische Informationen zu ElektroaluminiumAluminiumverband, 2019
  15. Handbuch für elektrische Leiter aus Aluminium /Aluminium Association, 1989.