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電気アプリケーションで検討すべき、容量、重量、コストなど、明らかにアルミニウム (Al) および銅 (Cu) には材料特性の差があります。 バス バー、ヒューズ、ブレーカーなどの製品では、以前はアルミニウムがより一般的でした。 その後、一部の設計者は部品を Al から Cu に変更しました。 現在では、コストの安定性とコーティングのために、一部の設計者は再び切り替えています。
材料
電気的用途によって使用する金属の等級が異なるため、AlとCuの特性について誤解が生じることがあります。 電線や電気機器に使用されるCuは、名目上純度が高い。 しかし、純粋なAlは電気的用途には十分な強度を持たないことが多い。 また、時代や用途の変化により合金の種類も変化しています。
Al合金の特性も加工によって変化します。 例えば、Al6101はAl1350より強度があります。 しかし、Al6101に熱処理を施すと硬くなり、強度が向上します。 Al6101とAl1350のように金属の等級が異なると、Cuとの比較でも変わってきます。 したがって、設計プロセスでは、使用する特定の材料の材料特性を把握することが不可欠です。
特性
電気アプリケーションにAlまたはCuを選択する場合、重量、電気容量、およびコストが主な検討事項となります。 しかし、他の要素も同様に重要である。 たとえば、電気コネクタの抵抗は、材料の強度と膨張を考慮しないと増大する可能性があります。 コネクターに熱サイクルがかかると、膨張によってクランプ力が増大し、接点が変形したり、材料のクリープが促進されたりすることがある。
1990年代以降、弾性係数が低いことを利用して、Alバスバーの押し出し材は表面積を増やし、温度を低く保つのに役立っています。
よくある誤解は、Al は柔らかいので圧縮コネクタを使用しなければならない、というものです。 しかし、設計やメッキの変更により、機械式圧接コネクタや圧縮コネクタは不要になりました。 また、合金や加工により、銅とほぼ同等になる場合もあります。 アルミニウムは、一般に酸化を抑えるためにコーティングが必要な場合があり、これが接続に影響を与えるため、たとえアルミニウム同士の接続であっても、酸化を抑える必要があります。 また、コーティングやメッキには錫や銀が使われることが多い。 これらの材料は、大気にさらされると酸化しやすいので、AlでもCuでも腐食を減らします。
1つのシステムに2つの異種金属がある場合にも腐食は問題になります。 Alは水分（電解質として作用する水分）が混入するとCuと電気化学的に反応します。 Al-to-Cu ケーブルラグは、Al-Cu 間の接続が腐食によって損なわれないように摩擦溶接とキャップリングが施されたコネクタです。 腐食による摩耗も懸念されるため、適切な接続が重要です。 AlとCuは相性の良い金属であるため、接触すると結合して摩耗を促進する可能性があります。 腐食摩耗は動く部品ほど問題ですが、ワイヤーがバスバーに固着していると、技術者は現場でより多くの時間を費やす必要があります。
重量と電気容量
電気的用途で Al または Cu を使用するかどうかを決定する際の主な材料特性は、間違いなくその容量です。 Cu は、体積あたりの電気容量が優れています。 しかし、重量比ではAlの方が優れている。 HelukabelのグローバルセグメントマネージャーであるUwe Schenkは、「原料として、AlはCuより約70%軽い。 ワイヤの場合、Alは同等の電流を流す銅線よりも最大60%軽くすることができます」
Cuと同じ容量を実現するにはより多くのAlが必要で、重量とは直接関係がないことがわかります。 AlはCuの約半分の容量(Al6101では56%)を担います。 重量と電気容量の比の差は、一般に1ポンドのAlが1.85ポンドのCuに等しい電気伝導度を持つことを意味する。 たとえば、Cu バス バーの重量は約 550 ポンドですが、同じバス バーを Al で使用すると約 300 ポンドになります。重量を減らすと、輸送コストや人件費も削減できる場合があります。 プロジェクトによっては、重量を減らすことができれば、それが輸送、設置、またはその他のコストにつながるかどうかにかかわらず、より費用対効果が高くなる場合があります。 しかし、すべての用途で軽ければいいというものでもないでしょう。 銅線の容量に見合うアルミ線の直径を増やすことを考える。 NEC（National Electric Code）では、ケーブルが電線管をどの程度埋められるかについての規定があります
これ以外にも規定はありますが、一般に、3本以上のケーブルを扱う場合、管の埋まり具合は40％以下でなければならないとされています。 しかし、NECの501条では、危険な場所にある電線管は、25%以下の充填しか認めないとあります。
一般的な例として、14AWG銅線からアルミ線に変更した場合、ケーブルサイズの増加(12AWG)により、1/4インチ電線管に収容できる最大線数が3本減少します(最大充填量40%で銅線=6本、アルミ線=3本)。 このアプリケーションで4本のケーブルが必要な場合、コンジットを2本通すか、サイズを大きくすることで充填量を減らすことができますが、その場合、曲げるのにもっとエネルギーを使うことになります。
電気部品におけるAlの問題は、他にもあります。 歴史的には、Alはスイッチギア（ヒューズやサーキットブレーカー）に多く使用されていました。 残念ながら、かつてはスイッチギヤの固定に溶接が必要な場合が多かった。 そのため、現場でのAlの溶接が、Cuへの切り替えのきっかけになったと思われる。 4246>
これらのプロセスに対応したにもかかわらず、GE などのメーカーは、多くの顧客が Al よりも Cu のバスバーを要求し始めたと報告している。 メーカーは設計者の注文に応じて生産するため、Cuの方が大量に生産されるようになったのです。
この傾向にもかかわらず、プロジェクトの見積もりでは、コストと計画が重要な要素であることに変わりはありません。 Alは地殻の中で3番目に多く、Cuは26番目に多い物質です。 そのため、Cuの価格は変動しやすく、Alの価格は安定しています。 設計者が長期的、将来的なプロジェクトを計画している場合、Cuの価格を予測するのは難しいかもしれない。 もし、Cuの価格が予想以上に高くなれば、プロジェクトが立ち行かなくなることもあり得る。 これが、大規模な風力発電プロジェクトにAlが使われるようになった理由の一つである。 大規模な風力発電プロジェクトでは、長期にわたる計画を立てることが多く、正確な見積もりのために安定した価格が必要とされるのだ。 また、風力発電機は高さ328ftにもなり、地上に電気を送るために太い電線を使用します。 この送電線のようなケーブルの重量を減らすことで、サポートやコネクタへの不要なストレスを減らし、設置が容易になるかもしれません。
大量の配線を必要とする大規模プロジェクトでは、Alがコスト的に有効であることがわかるかもしれませんね。 この記事を書いている時点では、ナスダックは Cu を 2.14 ドル/ポンド、Al を 0.73 ドル/ポンドで表示しています。 (3/16).
アプリケーション
Alアプリケーション
送電線、配電線。 軽量なAl線は支持塔の数を減らし、世界のほとんどの地域で高圧架空送電線にAlが使用されています。 電球などのコネクタは、昔は真鍮のコネクタが多く使われていました。 現在では、照明用コネクタの多くがAlを使用しています。
銅の用途
通信線。 Cuの高い延性は、通信業界に柔軟性と破損の少なさを提供するためによく働きます。
モーター。
CuとAlの用途
大型ビル用電線。 大型ビル用の電線にはAlが多く使われています。 建設に要する時間が長くても価格が安定するからです。 また、スペースに問題がなければ、何キロもの電線を含む大型の建物でもAlは価格を下げることができる。 しかし、建物内の電線管には、Cuの延性と小型化が有効である。
1970年代初頭以降、Al合金は電気的用途の品質を向上させるために変更されました。 そのため、このような「錆び」が発生するのです。 バスバー、変圧器、低・中電圧地中ケーブル
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