Спроводливост на CCA жицата објаснета: Како се споредува со чиста бакар

Што е CCA жица и зошто битна е спроводливоста?

Жицата од бакарско-алуминиски (CCA) има алуминиско јдро обвивано со тенок премаз од бакар. Оваа комбинација нуди предности од двата светови – лесната тежина и трошоците на алуминиумот, заедно со добрите површински својства на бакарот. Начинот на кој овие материјали работат заедно значи дека добиваме околу 60 до 70 проценти од она што може да постигне чист бакар во споредба со стандардите на IACS, кога станува збор за спроводливост на струја. И ова има вистинска разлика во перформансите. Кога спроводливоста опаѓа, отпорот се зголемува, што доведува до трошење на енергија во форма на топлина и поголеми губитоци на напон низ колите. На пример, во едноставна поставување со 10 метри жица од 12 AWG што пренесува 10 ампери директна струја, CCA жиците можеби ќират скоро двојно поголем пад на напон во споредба со обични бакарни жици – околу 0,8 волти наместо само 0,52 волти. Ваква разлика всушност може да предизвика проблеми за чувствителната опрема, каква што се користи во соларни инсталации или автомобилска електроника, каде што постојаните нивоа на напон се клучни.

CCA определено има своите предности во однос на цена и тежина, особено за работи како што се LED светла или делови за автомобили каде што производствените серии не се големи. Но тука е работата: бидејќи спроведува електричество послабо од обичен бакар, инженерите мора да вршат сериозни пресметки колку долго можат да бидат тие жици пред да станат пожарна опасност. Тонкиот слој бакар околу алуминиумот не е тука за да ја зголеми спроводливоста. Неговата главна задача е да осигури дека сè ќе се поврзе правилно со стандардни бакарни приклопувања и да ги спречи оние непријатни корозиски проблеми помеѓу металите. Кога некој се обидува да продава CCA како вистински бакарен кабел, тоа не е само подвара на клиентите, туку и прекршување на електрични кодови. Алуминиумот внатре едноставно не го трпи топлината или повтореното савивање на истиот начин како што го прави бакарот со време. Секој кој работи со електрични системи навистина треба да го знае ова однапред, особено кога сигурноста е поважна од заштеда од неколку пари на материјали.

Електрични перформанси: Спроводливост на CCA жица споредена со чиста бакарна (OFC/ETP)

IACS рејтинзи и отпорност: Количински израз на разликата во спроводливоста од 60–70%

Меѓународниот стандард за отепан бакар (IACS) ја мерка спроводливоста во однос на чист бакар поставен на 100%. Бакар-облоцуван алуминиум (CCA) жица достигнува само 60–70% IACS, поради поголемата внатрешна отпорност на алуминиумот. Додека OFC има отпорност од 0,0171 Ω·mm²/m, CCA варира меѓу 0,0255–0,0265 Ω·mm²/m — зголемувајќи ја отпорноста за 55–60%. Оваа разлика директно влијае на ефикасноста на преносот на струја:

Поголемата отпорност кај CCA предизвикува загуба на повеќе енергија во форма на топлина при пренос, намалувајќи ја ефикасноста на системот — особено кај апликации со висок товар или континуиран режим на работа.

Пад на напон во пракса: 12 AWG CCA спроти OFC низ DC линија од 10м

Падот на напонот го прикажува разликата во реалната перформанса. За 10m DC кабел со 12 AWG жица кој носи 10A:

• OFC: 0,0171 Ω·mm²/m отпорност дава вкупно 0,052Ω отпор. Пад на напон = 10A × 0,052Ω = 0,52V .
• CCA (10% Cu): 0,0265 Ω·mm²/m отпорност создава 0,080Ω отпор. Пад на напон = 10A × 0,080Ω = 0,80V .

За 54% повисокиот пад кај CCA жицата постои ризик од исклучување поради недоволен напон кај чувствителни DC системи. За да ја постигне перформансата на OFC, CCA бара или поголеми пресеци или пократки растојанија — што намалува нејзина практична предност.

Кога CCA жицата е целесообразен избор? Компромиси зависни од примената

Сценарија со низок напон и кратки растојанија: автомобили, PoE и LED осветлување

CCA жицата има реални предности во реалниот свет кога намалената спроводливост не е толку голем проблем во споредба со заштедите на трошоци и тежина. Тоа што спроведува струја на околу 60 до 70 проценти од чистата бакарна жица има помало значење кај работи како нисконапонски системи, мали струјни протоци или кратки кабелски растојанија. Замислете ги работите како опрема за PoE Class A/B, ленти со LED осветлување кои луѓето ги поставуваат насекаде во своите домови, или дури и автомобилска жична инсталација за дополнителни функции. Земете го примерот со автомобилски применувања. Тешкотијата на CCA која е за околу 40 проценти полесна од бакар прави огромна разлика кај жичните установки на возилата каде што секој грам има значење. И да се будеме реални, повеќето инсталации со LED бараат голема количина кабели, па така разликата во цена брзо се зголемува. Доколку кабелите останат подолги од околу пет метри, падот на напонот останува во прифатливи граници за повеќето применувања. Ова значи дека работата може да се заврши без да се потроши многу пари на скапи OFC материјали.

Пресметување на максималните безбедни должини на патека за CCA жица врз основа на товар и толеранција

Безбедноста и добра перформанса зависат од знаењето колку далеку можат да се протегнат електричните инсталации пред да станат проблематични падовите на напон. Основната формула е следнава: Максимална должина на трасата во метри еднаква на Толеранција на пад на напон помножена со Површина на проводникот поделена со Струјата помножена со Отпорноста и со два. Нека да видиме што се случува со реален пример. Земете стандардна 12V LED инсталација која влече околу 5 ампери струја. Ако дозволиме пад на напон од 3% (што изнесува околу 0,36 волти), и користиме жица од бакарно-алуминиски спој со напречен пресек 2,5 квадратни милиметри (со отпорност приближно 0,028 оми по метар), нашата пресметка ќе изгледа нешто како следнаво: (0,36 помножено со 2,5) поделено со (5 помножено со 0,028 помножено со 2) дава приближно 3,2 метри како максимална должина на трасата. Не заборавајте да ги проверите овие бројки според локалните прописи како што е NEC Член 725 за колиња кои пренесуваат пониски нивоа на моќност. Прекорачувањето на она што је покажува математиката може да доведе до сериозни проблеми, вклучувајќи загревање на жиците, распаѓање на изолацијата со време или дури и целосен крах на опремата. Ова станува особено важно кога условите на средината се послаби од нормалното или кога повеќе кабли се групирани заедно, бидејќи двете состојби создаваат дополнително загревање.

Заблуди за безкисеточен бакар и споредување на CCA жици

Многу луѓе мислат дека т.н. „скин ефект“ на некој начин ги компензира проблемите со алуминискиот јрл на CCA. Идејата е дека на високи фреквенции, струјата има тенденција да се собере блиску до површината на проводниците. Но истражувањата покажуваат спротивно. Бакар-обвиван алуминиум всуштество има отпор околу 50-60% повеќе во споредба со цврст бакарен проводник кога станува збор за директна струја, бидејќи алуминиумот е послаб проводник на електрична струја. Ова значи дека има поголем пад на напонот низ жицата и таа се загрева повеќе кога пренесува електрични товари. Кај Power over Ethernet инсталациите ова станува вистински проблем, бидејќи тие мора да пренесуваат и податоци и енергија преку истите кабли, додека мора да се одржи доволно ладење за да се спречи оштетување.

Постои уште едно често погрешно разбирање околу безкислородната бакар (OFC). Секако, OFC има чистота од околу 99,95% во споредба со обичниот ETP бакар од 99,90%, но вистинската разлика во спроводливоста не е толку голема – зборуваме за подобрување помало од 1% на скалата IACS. Кога станува збор за композитни спроводници (CCA), вистинскиот проблем сосема не е во квалитетот на бакарот. Проблемот потекнува од алуминиумската основа употребена кај овие композити. Она што го прави OFC вреден за разгледување за некои примени всушност е неговата можност многу подобро да отпорува на корозија во споредба со стандардниот бакар, особено во строги услови. Ова својство има далеку поголемо значење во практични ситуации од она минимално подобрување во спроводливоста во однос на ETP бакар.

На крајот, техничките недостатоци на CCA жицата потекнуваат од основните својства на алуминиумот — не можат да се поправат со дебелина на бакарното обвивкање или безкислородни верзии. Техничките спецификации треба да ги стават во прв план барањата за примена, а не маркетингот врз основа на чистота, при проценката на погодноста на CCA.