Dây đồng, dây nhôm là gì? Sự khác nhau giữa 2 loại dây

Con người lần đầu tiên bắt đầu sử dụng đồng khoảng 10,000 năm trước. Trong một thời gian dài, nó là kim loại duy nhất được biết đến và sử dụng, và sau khi các đặc tính điện của nó được phát hiện, nó đã được khai thác làm dây dẫn được lựa chọn cho các ứng dụng điện.

Tuy nhiên, sự tiêu dùng ngày càng tăng của chúng ta đối với các sản phẩm điện, và do đó nhu cầu về đồng, đã dần dần làm tăng chi phí sử dụng đồng để làm nên hàng hóa. Do đó, chúng ta đã thấy các lựa chọn thay thế rẻ hơn cho đồng đang được khám phá và ngày càng được sử dụng nhiều hơn cho các ứng dụng điện.

Sự thay thế hàng đầu? Nhôm.

Theo Tiêu chuẩn đồng của quốc tế (IACS), mặc dù nhôm chỉ có 61% độ dẫn điện của đồng nhưng nó chỉ bằng 30% trọng lượng, và do đó rẻ hơn đáng kể.

Vì vậy, điều này có nghĩa là chúng ta nên chọn nhôm thay vì đồng cho các ứng dụng điện?

Không nhất thiết - vì có những đánh đổi mà chúng ta cần phải lưu tâm.

Dây Nhôm và dây Đồng

Dây điện là loại dây kim loại thường có hình trụ dùng để truyền tải điện lực hoặc tín hiệu viễn thông. Nó được sản xuất bằng cách kéo kim loại thông qua một khuôn lỗ (die hoặc draw plate). Kích thước tiêu chuẩn của tiết diện dây được xác định bằng thiết bị đo chuẩn wire gauge. Đôi khi dây điện được hiểu là chùm hay bó các sợi dây, mà đúng hơn phải gọi là cáp (trong cơ khí hoặc điện lực). Tùy vào chất liệu bện nên dây điện mà sẽ được gọi là dây đồng hoặc dây nhôm.

Dây dẫn đồng

Đồng là vật liệu dẫn điện quan trọng nhất vì nó dẫn điện chỉ kém bạc, mà lại dễ kiếm hơn bạc rất nhiều. Điện trở suất của đồng vào khoảng 0,173 Q.mm²/m đối với đồng mềm và 0,017 – 0,018 Q.mm²/m đốì với đồng cứng.

Độ bền kéo của đồng khá tốt, bằng 300 – 400 N/mm² (đồng cứng) và 180 — 220 N/mm² (đồng mềm). Dây đồng chịu được ảnh hưởng tác động của môi trường.

Đồng được cán và kéo thành sợi, gọi là đồng cứng, được dùng làm dây dẫn trần. Dây đồng cứng sau khi tôi mềm, dùng làm dây bọc.

Đồng cũng là vật liệu quí, có tính chất hàng chiến lược. Ngoài ứng dụng làm dây dẫn, đồng còn là vật liệu dùng để tạo nhiều chi tiết máy quan trọng của thiết bị điện, các máy móc và trang bị công nghiệp cũng như quốc phòng.

Vì thế, việc sử dụng đồng làm dây dẫn cần hết sức tiết kiệm. Dây dẫn đồng đa phần được sử dụng trong dân dụng, trong các thiết bị điện, các hộ gia đình. Đồng trong ngành điện chiếm 65% sản lượng đồng sử dụng trên toàn cầu

Dây dẫn nhôm

Nhôm dẫn điện kém hơn đồng, điện trở suất vào khoảng 0,083 – 0,280 Q.mm²/m. Nhôm có đặc điểm là rất khó hàn và mối hàn lại không chắc chắn.

Độ tinh khiết của nhôm ảnh hưởng rất nhiều đến điện trỏ suất và tính chống ăn mòn của nó.

Nhôm dùng làm dây dẫn phải có độ tinh khiết 99,5%. Độ bền kéo của nhôm kém, đôi với nhôm cứng, độ bền kéo bằng 160 N/m², còn ỏ nhôm mềm, độ bền kéo bằng 80 N/mm².

Để tăng cao độ bền cho dây nhôm trần, người ta chế tạo loại dây nhôm lõi thép, gồm có một số sợi thép ở giữa làm lõi chịu kéo, xung quanh bện các dây nhôm làm vỏ ngoài dẫn điện.

Dây nhôm lõi thép được sử dụng rất rộng rãi làm dây dẫn điện trên không.

Ưu điểm của nhôm là nhẹ, rẻ, khá bền vững trong không khí ít lẫn hơi hóa học ăn mòn. Nhôm nhẹ hơn đồng đến 2,5 lần, trong khi điện dẫn suất của nó bằng 60% của đồng, nên dễ dẫn cùng một dòng điện trên cùng một độ dài, dây nhôm giảm được hơn 30% khôi lượng so với đồng.

Nhôm là vật liệu rất dễ kiếm, và nước ta có khá nhiều quặng boxit để luyện nhôm.

Vì thế, việc sử dụng dây dẫn nhôm thay thế dây đồng có một ý nghĩa rất quan trọng, thường được sử dụng trong ngành điện lực để truyền tải điện năng.

Những sự đánh đổi khi dùng dây nhôm thay cho dây đồng tương đương

Những cạm bẫy của việc thay thế dây dẫn đồng bằng dây dẫn nhôm tương đương là gì và những điều này sẽ ảnh hưởng như thế nào đến khoản tiết kiệm dự kiến?

• Nếu chạy ngầm, kích thước và số lượng ống dẫn sẽ cần phải tăng lên để phù hợp với diện tích mặt cắt ngang của cáp nhôm tăng lên.

• Đồng nặng hơn nhôm. Trọng lượng riêng của đồng là 8.9g.cm3 và của nhôm là 2.7g / cm3, có nghĩa là trọng lượng của một dây dẫn bằng đồng gấp 3.3 lần so với một dây dẫn bằng nhôm khi các thông số kỹ thuật của dây dẫn là như nhau.

• Nếu chạy trên mặt đất, chiều rộng của khay cáp sẽ cần phải tăng lên để chứa các loại cáp nhôm lớn hơn 

• Việc lắp đặt cáp nhôm khó khăn hơn do tính linh hoạt và kích thước.

• Ít cáp nhôm hơn có thể được lưu trữ trên các khoảng trống và điều này có thể dẫn đến chiều dài cáp ngắn hơn, có khả năng yêu cầu nhiều mối nối cáp hơn, làm tăng nguy cơ lỗi hệ thống.

• Đồng dẫn nhiệt nhiều hơn nhôm nhưng khi kích thước cáp lớn hơn được tính vào sự khác biệt trở nên không đáng kể. Kích thước cáp lớn hơn của nhôm sẽ làm tăng lượng chùng xuống và có thể gây ra lực phá hủy trên các khớp.

• Kích thước có sẵn của cáp nhôm nhỏ hơn và bị hạn chế giới hạn dưới, cáp nhôm chỉ có sẵn ở các khu vực mặt cắt ngang danh nghĩa ít nhất 16mm2

• Các vấu lưỡng kim được yêu cầu tại mọi điểm kết thúc tại thiết bị đóng cắt để ngăn chặn quá trình oxy hóa xảy ra giữa các kết nối nhôm và đồng.

• Độ sụt áp (mV / A.m) đối với cáp nhôm cao hơn cáp đồng tương đương (như được chỉ ra trong Hình bên dưới). Điều này có thể yêu cầu tăng kích thước cáp nhôm để giảm sụt áp xuống trong giới hạn được ghi lại, do đó làm giảm lợi ích chi phí tổng. Điều này đáng chú ý hơn khi so sánh cáp kích thước nhỏ hơn, ví dụ: Cu 95mm² với Al 120mm², trong đó sự khác biệt về giá là nhỏ so với 'chi phí ẩn' khi đổi sang nhôm.

Có một số yếu tố khác cho việc sử dụng rộng rãi cáp đồng cũng cần được xem xét:

• Các điều kiện môi trường sẽ cần được xem xét cho bất kỳ việc lắp đặt cáp nhôm nào ở vị trí mặn, nơi có thể có nguy cơ bị oxy hóa.

• Nhôm thể hiện độ biến dạng đáng kể ở nhiệt độ phòng khi áp dụng cho tiếp xúc áp suất (kết nối) so với tốc độ biến dạng tương tự từ đồng ở 150 °.

Từ góc độ thiết kế, người ta đã chứng minh rằng việc thay đổi từ cáp đồng sang cáp nhôm có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể đối với hệ thống phân phối điện. Về mặt toán học, những thay đổi này được gây ra bởi sự gia tăng sụt áp và độ dẫn điện. AS / NZS 3008.1.1: 2017 phác thảo các tiêu chí mà cáp phải đáp ứng bao gồm khả năng mang dòng điện, sụt áp và tăng nhiệt độ ngắn mạch. Khi áp dụng cho các cài đặt lớn hơn, các hiệu ứng cũng có thể ảnh hưởng đến kích thước của trạm và lựa chọn bộ ngắt mạch. Không thể bỏ qua việc tăng số lượng và kích thước của ống dẫn và hố cáp vì điều này sẽ có thêm tác động chi phí.

Tất cả những điều này chỉ có thể được xác định sau khi thay thế được thực hiện so với tính toán ban đầu, một sự thay thế thực sự cần được xem xét cùng với kỳ vọng vòng đời của dự án.

Kết Luận

Cả nhôm và đồng đều là vật liệu phổ biến được sử dụng để chế tạo cáp trong dây điện trong các tòa nhà lớn, các ứng dụng công nghiệp và dân cư. Khi theo đuổi dự án dây của bạn, cách tiếp cận tốt nhất là xem xét nhu cầu của dự án của bạn. Sau khi bạn có đủ thông tin hoặc kinh nghiệm để hiểu về dây nhôm và dây đồng, bạn có thể sử dụng hướng dẫn của chúng tôi để giúp bạn nhanh chóng xác định tùy chọn nào phù hợp với dự án của mình.