Как да изберете CCA жица за захранващи кабели и проводници

Какво е ССА жица? Състав, електрически параметри и основни компромиси

Медно-алуминиева структура: дебелина на слоевете, цялостност на съединението и проводимост по IACS (60–70% от чиста месинг)

Проводникът от медно покрит алуминий или CCA по принцип има алуминиев център, покрит с тънък меден слой, който съставя около 10 до 15 процента от общото напречно сечение. Основната идея зад тази комбинация е проста – тя се опитва да получи най-доброто от двата свята: леко и достъпно алуминий, както и добрите проводими свойства на медта по повърхността. Но има обаче. Ако връзката между тези метали не е достатъчно здрава, могат да се образят микроскопични зазорини на границата им. Тези зазорини с времето се оксидират и могат да повишат електрическото съпротивление с до 55% в сравнение с обикновени медни проводници. Когато се разглеждат реалните показатели за производителност, CCA обикновено достига около 60 до 70% от така наречения Международен стандарт за отпусната мед (International Annealed Copper Standard) за проводимост, тъй като алуминият просто не провежда електричество толкова добре, колкото медта в целия му обем. Поради тази по-ниска проводимост, инженерите трябва да използват по-дебели проводници при работа с CCA, за да пренасят същото количество ток, което би пренесла медта. Това изискване практически отменя по-голямата част от предимствата по отношение на тегло и разходи за материали, които първоначално правеха CCA привлекателен.

Термични ограничения: Резистивно нагряване, намаляване на токовата издържимост и въздействие върху непрекъснатата товароносимост

Увеличеното съпротивление на ССА води до по-значително джаулево нагряване при пренасяне на електрически товари. Когато температурата на околната среда достигне около 30 градуса Целзий, Националният електротехнически кодекс изисква намаляване на токовата носимост на тези проводници с приблизително 15 до 20 процента в сравнение с аналогични медни кабели. Тази корекция помага да се предотврати прегряването на изолацията и точките на свързване над безопасните граници. За обикновените разклонени вериги това означава около една четвърт до една трета по-малка непрекъсната товароносимост, разполагаема за действителна употреба. Ако системите работят последователно при над 70% от максималната си мощност, алуминият има тенденция да омеква чрез процес, наречен отжигане. Това ослабване засяга ядрената якост на проводника и може да повреди връзките в крайните точки. Проблемът се влошава в тесни пространства, където топлината просто не може да се отведе правилно. Докато тези материали се разграждат в продължение на месеци и години, те създават опасни горещи точки в цялата инсталация, които в крайна сметка застрашават както стандартите за безопасност, така и надеждната работа на електрическите системи.

Къде CCA проводникът изостава в приложения за захранване

POE разграждане: Намаляване на напрежението, топлинен режим и несъответствие с доставянето на мощност по IEEE 802.3bt Клас 5/6

Жицата от тип CCA просто не работи добре с днешните системи за захранване чрез етер (PoE), особено с тези по стандарти IEEE 802.3bt за класове 5 и 6, които могат да доставят до 90 вата. Проблемът се дължи на съпротивления, които са с около 55 до 60 процента по-високи от необходимото. Това води до сериозни спадове на напрежението по обикновените дължини на кабела, което прави невъзможно поддържането на стабилни 48–57 волта постоянен ток, нужни за устройствите в края на линията. Следващото, което се случва, е също много лошо. Допълнителното съпротивление генерира топлина, което влошава положението, защото по-топлите кабели имат още по-голямо съпротивление, създавайки порочен цикъл, при който температурите се повишават опасно. Тези проблеми нарушават правилника NEC статия 800 за безопасност, както и спецификациите на IEEE. Устройствата може да спрат напълно да работят, важни данни могат да бъдат повредени или в най-лошия случай, компонентите да пострадат за постоянно, когато не получат достатъчно захранване.

Дълги трасета и вериги с висок ток: Надвишаване на прага за напрежение спад от 3% според NEC и изискванията за намаляване на пропускливостта по член 310.15(B)(1)

Кабелите с дължина над 50 метра често избутват CCA над лимита на NEC от 3% спад на напрежение за разклонени вериги. Това създава проблеми като неефективна работа на оборудването, ранни повреди на чувствителната електроника и различни видове проблеми с производителността. При токове над 10 ампера, CCA изисква значителни намаления на допустимия ток според NEC 310.15(B)(1). Защо? Защото алуминият просто не отвежда топлината толкова добре, колкото медта. Температата на топене му е около 660 градуса Целзий в сравнение с много по-високата температура на топене на медта от 1085 градуса. Опитването да се компенсира това чрез увеличаване на сечението на проводниците буквално анулира всяка икономия от използването на CCA от първо място. Данните от реалния свят разказват и друга история. Инсталациите с CCA имат около 40% повече инциденти свързани с топлинно напрежение в сравнение с обикновената медна проводима. И когато тези събития се случат в стеснени тръбни пространства, те създават реална опасност от пожар, която никой не иска.

Рискове за безопасност и спазване на изискванията при неправилно прилагане на CCA жици

Оксидация при терминалите, течно течение под налягане и откази в надеждността на връзките съгласно NEC 110.14(A)

Когато алуминиевото ядро вътре в проводника CCA се оголи в точките на свързване, започва бързо оксидиране. Това създава слой от алуминиев оксид с високо съпротивление, което може да повиши локалната температура с около 30%. Какво се случва след това е още по-лошо за надеждността. Когато винтовете на терминалите прилагат постоянно налягане върху алуминия с течение на време, материала всъщност „изтича“ на студено от контактните зони, което постепенно разхлабва връзките. Това нарушава изискванията на стандарти като NEC 110.14(A), които предписват сигурни, с ниско съпротивление съединения за постоянни инсталации. Генерираната топлина чрез този процес води до дъгови повреди и разграждане на изолационните материали – нещо, което често се посочва в разследванията по NFPA 921 относно причините за пожари. За вериги, които пренасят повече от 20 ампера, проблемите с проводниците CCA се проявяват около пет пъти по-бързо в сравнение с обикновената медна проводимост. И ето какво го прави опасно – тези повреди често се развиват мълчаливо, без да дават очевидни признаци по време на обикновени проверки, докато не се стигне до сериозни щети.

Ключовите механизми на повреда включват:

• Галванична корозия на медно-алуминиеви интерфейси
• Пълзяща деформация под продължително налягане
• Увеличено контактно съпротивление , нарастващо с над 25% след повтаряне на термично циклиране

Подходящото смекчаване изисква антиоксидантни съединения и терминални връзки с контролиран врътящ момент, специално посочени за алуминиеви проводници — мерки, които рядко се прилагат в практиката с CCA жици.

Как да изберете CCA жица отговорно: Съответствие на приложението, сертификации и анализ на обща стойност

Валидни области на приложение: проводи за управление, трансформатори и нискомощни спомагателни вериги — не за разклонени вериги

CCA жицата може да се използва отговорно в нискомощни, нискотокови приложения, където ограниченията за топлина и напрежение са минимални. Това включва:

• Контролно окабеляване за релета, сензори и PLC I/O
• Вторични намотки на трансформатори
• Помощни вериги с работен ток под 20 А и непрекъсната натовареност под 30%

Окабеляването с алуминиеви проводници не трябва да се използва в вериги, които захранват контакти, осветителни тела или други стандартни електрически натоварвания в сградата. Националният електротехнически кодекс, по-специално статия 310, забранява използването му във вериги с 15 до 20 ампера, тъй като са възниквали реални проблеми с прекомерно нагряване, колебания на напрежението и разрушаване на връзките с времето. Когато се допуска използването на алуминиеви проводници, инженерите трябва да проверят напрежението да не пада повече от 3% по дължината на линията. Освен това те трябва да се уверят, че всички връзки отговарят на изискванията по NEC 110.14(A). Тези изисквания са доста трудни за постигане без специализирано оборудване и правилни методи за монтаж, с които повечето строители не са запознати.

Потвърждение на сертификация: UL 44, UL 83 и CSA C22.2 № 77 — защо регистрирането е по-важно от етикетирането

Сертифицирането от трета страна е задължително – не по избор – за всеки CCA проводник. Винаги проверявайте активното включване според признатите стандарти:

Включването в UL Online Certifications Directory потвърждава независима валидация, за разлика от непотвърдени производителски етикети. Несертифицираното CCA пропада при изпитването за адхезия по ASTM B566 седем пъти по-често в сравнение със сертифицираните продукти, което директно увеличава риска от окисление при контактите. Преди да зададете или инсталирате, проверете дали точният сертификационен номер съответства на активно публикуван запис.