Kupari sähköteknisiin sovelluksiin

Kupari on välttämätön raaka-aine sähköistyvässä yhteiskunnassamme, jossa entistä suurempi osa eri toiminnoista kodeissa, liikenteessä ja teollisuudessa toimivat sähköllä. Jokapäiväisen arkemme sähköistyessä kasvaa kysyntä myös virtakiskoille ja kuparikomponenteille, joita käytetään esimerkiksi tuuliturbiineissa, sähköautoissa ja akuissa.

Oikean seoksen valinta

Kupari on hopean jälkeen toiseksi paras sähkönjohdin kaikista jaksollisen järjestelmän alkuaineista. Metallin puhtaus on yksi tärkeimmistä tekijöistä korkean sähkönjohtavuuden kannalta. Jopa pienet, luonnolliset epäpuhtaudet puhtaassa metallissa voivat aiheuttaa sähkönjohtavuuden jyrkän laskun. Siksi oikean seoksen valinta on ratkaisevan tärkeää.

Tarkastellaan esimerkkinä OF:n ja HCP:n eroa, jossa hyvin pieni määrä fosforia alentaa johtavuutta jopa 2 % IACS:

Huolimatta erinomaisesta sähkönjohtavuudestaan, puhdas kupari ei kuitenkaan ole aina paras valinta: tuotantomenetelmät ja projektissa tarvittavat osat ratkaisevat, mikä on sopivin seos juuri kyseiseen sovellukseen.

Ottamalla yhteyttä Metalcenteriin, voimme tarjota parhaan mahdollisen tuen ja neuvot kulloiseenkin sovellukseen liittyen.

Kiinteät virtakiskot

Kiinteät virtakiskot ovat suhteellisen kustannustehokkaita ja helppoja valmistaa suurina määrinä, minkä vuoksi ne ovat vakiotuote sähkösovelluksissa. Niitä voidaan valmistaa sarjatuotantona, taivutuksineen ja reikineen, käyttämällä nauhaa ja lävistyspuristinta. Sen sijaan joustavat virtakiskot valmistetaan yksitellen, ja niiden valmistus edellyttää punomista, hitsaamista tai liittimien asennusta.

Kiinteät virtakiskot ovat erinomainen vakiomallinen ratkaisu, jossa materiaalipaksuus ja koko on helppo määrittää. Jos käyttökohde edellyttää yksilöllisesti mukautettavia virtakiskoja, joustavat virtakiskot ovat paras valinta.

Joustavat virtakiskot

Joissakin käyttökohteissa tarvitaan joustavia virtakiskoja, jotta liitännät saadaan tehtyä ja virran kulku pystytään takaamaan. Joissakin tapauksissa joustavat punokset tai lamellit valitaan niiden tärinänvaimennuskyvyn vuoksi erityisesti suurissa asennuksissa, joissa eri taajuuksilla liikkuvat komponentit aiheuttavat tärinää.

Joustava virtakisko koostuu punoksesta tai ohuista lamelleista, jotka yhdistävät kaksi kiinteää kosketuspintaa. Punottu liitoskappale tarjoaa joustavuutta eri suuntiin, kun taas lamellit tarjoavat joustavuutta pääasiassa yhteen suuntaan.

Punotut virtakiskot

Punotut kupariosat koostuvat erittäin ohuista kuparilangoista (0,2 mm), jotka nidotaan yhteen yhdeksi suureksi punokseksi. Poikkileikkaukseltaan esimerkiksi 50 mm²:n virtakisko koostuu noin 1 600 yksittäisestä langasta.

Punottuja virtakiskoja on käsiteltävä varovasti, jotta langan katkeamisen riski voidaan minimoida. Yksittäisten lankojen katkeaminen ei vaikuta johtavuuteen merkittävästi, mutta se lisää oikosulkuriskiä asennuksen muihin komponentteihin.

Puristushitsatut virtakiskot

Puristushitsatut virtakiskot koostuvat ohuista kuparilevyistä, jotka on puristushitsattu yhteen päistään. Puristushitsaus muodostaa saumattoman liitännän kiinteän metallin ja joustavien levyjen välille.

Levyjen paksuus on tyypillisesti 0,2 mm ja uloimmat levyt voivat olla hieman paksumpia murtumisen estämiseksi. Murtunut levy voi aiheuttaa oikosulun muihin komponentteihin ja vahingoittaa asennusta.

Alumiini kuparin vaihtoehtona

Kupari on hintava raaka-aine, jonka kysynnän ja hintojen voidaan odottaa nousevan vihreän siirtymän edetessä. Joissakin tapauksissa alumiini voi olla hyvä vaihtoehto kustannusten pitämiseksi kurissa. Alumiini on kuparia heikompi sähkönjohdin, mutta sen paino ja hinta ovat alhaisemmat.

Sähkönjohtavuuden kannalta kulta ja hopea ovat parhaita vaihtoehtoja kuparille, mutta hinnan kannalta alumiini on jossain tapauksissa hyvä vaihtoehto:

Yleisesti ottaen alumiinia tarvitaan noin 50 % enemmän (tilavuudeltaan) saman sähkömäärän johtamiseen, mutta hinta ja paino ovat noin 30 % kuparin hinnasta ja painosta. Karkean laskelman mukaan saman sähkötehon omaavan alumiiniasennuksen hinta on noin 50 % kupariasennuksen hinnasta. Tarkat kustannukset riippuvat kyseisen asennuksen vaatimuksista.

Alla on vertailu kupari- ja alumiinivirtakiskoista, joilla on sama johtavuus (mitattuna vastuksella), mutta eri poikkileikkaukset:

Alumiiniset virtakiskot

Alumiinista valmistetut virtakiskot ovat kiinteitä, eivät joustavia. Toisin kuin kuparia, alumiinia ei voida vetää riittävän ohuiksi langoiksi, minkä vuoksi punottuja tai säikeisiä virtakiskoja ei voida valmistaa. Alumiinia ei myöskään voida puristushitsata sen pintakerroksen vuoksi, jolloin kuparinen puristushitsattu liitin on käytännössä lamellivirtakiskojen ainoa vaihtoehto.