Návrat hliníkové elektroinstalace: ekonomické, právní a technologické aspekty | Publikace.

Jednou z nejčastěji diskutovaných otázek v odborné elektrotechnické veřejnosti je nyní návrat hliníkových rozvodů do našich domácností. Svého času se od toho upustilo, ale vývoj technologie umožnil vytvořit slitiny hliníku, které se mohou stát prakticky úplnou náhradou mědi. V tomto článku se pokusíme pochopit, proč se v té době od hliníku upustilo, co je na nových slitinách dobrého a jaké potenciální problémy přináší zavedení inovativní elektroinstalace.

Rozvoj elektroenergetiky v blízké budoucnosti může vést k vážnému nedostatku mědi. Hliník je přitom nejrozšířenějším kovem v přírodě. Nachází se například v hlíně, kterou najdete všude. Hliník je výrazně levnější než měď. Počátkem února 2024 byla cena mědi na světových trzích asi 8300 2200 USD za tunu a hliníku 65 XNUMX USD za tunu. Kromě toho je elektrická vodivost hliníku XNUMX % mědi, což je dobrý ukazatel. To je důvod, proč jsou hliníkové dráty široce používány v energetice spolu s měděnými.

Hustota mědi je 8960 kg/m2712. m, hliník – XNUMX kg/mXNUMX. m. Kvůli nižší elektrické vodivosti hliníku jsou dráty z něj vyrobeny silnější než z mědi, aby se dosáhlo dané hodnoty maximálního trvalého proudu.

To je ale více než kompenzováno výrazně nižší hustotou hliníku. Výsledkem je, že při stejné hodnotě maximálního trvalého proudu váží lineární metr hliníkového jádra přibližně 2krát méně než kus měděného jádra stejné délky. Na základě současných nákladů na kovy při stejné délce a propustnosti stojí hliníkové jádro 7,5krát méně než měděné.

Levnější jsou nejen samotné hliníkové vodiče, ale i jejich izolace. Při použití mědi je pozorován vliv jejích iontů difundujících do izolace PVC, což má za následek zničení izolace. Aby se tomuto efektu zabránilo, přidávají se do izolace speciální přísady. U hliníkových vodičů není zavádění takových přísad do izolace vyžadováno.

Výhodou použití hliníkových drátů je nejen jejich nižší cena. Menší hmotnost drátů znamená nižší spotřebu paliva pro jejich přepravu. Pro operace nakládání a vykládání a přepravu drátů na místě je zapotřebí méně personálu. Zajásat by měli i ekologové – výroba hliníku obecně způsobuje výrazně menší škody na životním prostředí než tavení mědi.

Proto jsou hliníkové dráty široce používány po celém světě v hlavních vedeních, distribučních sítích a v kabelech, které dodávají elektřinu do domácností. Se zavedením hliníku do domácí elektroinstalace ale byly určité problémy.

Pozadí

Ještě v 50. století měl hliník stejnou cenu jako zlato. Skutečně masová výroba tohoto kovu byla zvládnuta až za druhé světové války pro potřeby vojenského letectví. Již v XNUMX. letech XNUMX. století hliník zlevnil natolik, že se začal masově používat pro dokončovací úpravy fasád budov a výrobu předmětů pro domácnost. Zároveň začalo jeho masové uplatnění v elektroenergetice.

Od 60. let se hliníkové rozvody začaly používat v USA, Kanadě a SSSR. Může mít vodiče z hliníku nebo hliníku s měděným povlakem naneseným termomechanickou metodou (pokovování). Mimo SSSR se na evropském kontinentu hliníkové rozvody v domácnostech používaly v NDR (50.–80. léta 60. století, měděný hliník), v Československu (80.–60. léta 70. století, běžný hliník) a ve Velké Británii (XNUMX.–XNUMX. léta XNUMX. století, běžný hliník i mědí plátovaný hliník). Na asijském kontinentu je hliníkové vedení široce používáno v Indii.

Při použití elektroinstalace z běžného hliníku byly odhaleny nedostatky spojené s tekutostí kovu. Utahování šroubových svorek začalo slábnout již po šesti měsících používání. V důsledku toho se zvýšil přechodový odpor, došlo k silnému zahřívání a dokonce k jiskření. Aby se snížila tekutost hliníku, byly žíly podrobeny mechanickému zpevnění, díky čemuž byly křehčí. Problém by mohly vyřešit pružinové svorky, ale použití takových svorek spolu s hliníkovými dráty vyžaduje použití speciální pasty, která podléhá postupnému zasychání. Připojení tedy stále vyžaduje pravidelnou údržbu.

Vlastnosti hliníku nepředstavují problém pro elektrická vedení, která musí být pravidelně udržována odbornými elektrikáři podle stanovených předpisů. Je však obtížné organizovat pravidelnou údržbu domácí elektroinstalace kvalifikovanými odborníky.

Potažení hliníku vrstvou mědi řeší mnoho problémů, ale v SSSR byla výroba takových drátů zvládnuta až v 80. letech. Další práce v tomto směru po rozpadu SSSR byly kvůli nedostatku financí omezeny. V současné době je měděný povlak hliníkových drátů považován za zastaralé technologické řešení při aplikaci v elektroenergetice.

Od 90. let se k nám valila záplava zahraničních domácích spotřebičů, z nichž některé měly proudový odběr přesahující maximální přípustnou hodnotu pro sovětské hliníkové rozvody. To mělo za následek přetížení, které často vedlo k požárům. Situaci ztěžoval fakt, že někteří obyvatelé svévolně zvyšovali jmenovité hodnoty jističů oproti těm, které stanoví projekt budovy. Výsledkem bylo, že důvěra v hliníkovou elektroinstalaci byla nakonec podkopána.

V roce 2003 byly v Rusku zavedeny normy PUE-7, podle kterých bylo povoleno použití hliníkových jader o průřezu nejméně 16 m1600. mm. V důsledku toho byla zakázána instalace nových hliníkových rozvodů v bytech, které měly evidentně menší průřez. V té době se světové ceny mědi pohybovaly kolem 1300 dolarů za tunu (hliník v těchto letech stál kolem XNUMX dolarů za tunu).

Nové typy slitin

Čistý hliník je drahý, proto se k výrobě drátěných jader vždy používaly slitiny. Rozlišuje se slitinová báze, hlavní složky (chemické prvky, na kterých závisí vlastnosti slitiny, jejichž obsah je přesně dávkován ve stanovených mezích) a nečistoty, jejichž množství by nemělo překročit určitý podíl. Přítomnost nečistot je způsobena potřebou zajistit přijatelnou cenu materiálu.

Dříve se pro elektroinstalaci používal hlavně hliník třídy A5E. Jedná se o slitinu na bázi hliníku. Obsah hliníku v něm musí být minimálně 99,5 %, zbytek jsou různé druhy nečistot.

Tekutost hliníku lze snížit jeho legováním železem. Úloha rozpouštění železa v hliníku nebyla triviální, protože železo mělo tendenci tvořit krystaly, aniž by bylo integrováno do celkové struktury. Problém byl vyřešen v polovině 70. let 8176. století v USA. Poté se objevily slitiny 8030 a 8176, které se nyní používají v elektroinstalaci. Základem pro slitinu 8030 je hliník a železo a pro slitinu XNUMX je to hliník, železo a měď [L]. Údaje o různých elektroinstalačních materiálech jsou uvedeny v tabulce.

TABULKA. Materiály použité v elektroinstalaci (bez žíhání)*

*U slitin 8176 a 8030 jsou údaje poskytovány v souladu s GOST R 58019-2017

Síla kovů je charakterizována několika ukazateli. Vzhledem k tomu, že domácí norma GOST specifikuje pevnost v tahu pro slitiny 8176 a 8030, je stejný parametr uveden i pro ostatní materiály. Konečná pevnost v tahu je tahový tlak válcovaného drátu, po kterém se drát přetrhne. Jak vidíme, slitiny 8176 a 8030 jsou výrazně pevnější než A5E a jsou docela srovnatelné s mědí. Nízká tekutost těchto slitin umožňuje jejich použití bez mechanického zpevnění, takže netrpí problémem křehkosti, který je typický pro dráty A5E.

Pevnost v tahu a měrný odpor slitin 8176 a 8030 jsou stejné. V zámoří jsou často propagovány jako jeden produkt s názvem 8000 Series Alloy. Legování mědí podle výrobců zvýšilo odolnost dražší slitiny 8030 vůči vysokým teplotám. Lze předpokládat, že slitina 8176 je optimální pro městské byty a 8030 je pro venkovské domy, kde se používají výkonnější elektrické spotřebiče.

Opět povoleno

V roce 2011 dosáhly světové ceny mědi historického maxima a přesáhly 9000 2012 dolarů za tunu. Ve stejné době začal v Rusku stavební boom. Výše uvedené faktory se staly hlavními důvody, proč se u nás od roku 8176 pracuje na rozvoji průmyslové výroby slitin 8030 a XNUMX a také drátů na jejich bázi.

Právním základem pro použití inovativních hliníkových slitin v elektroinstalaci byla vyhláška Ministerstva energetiky Ruské federace ze dne 16.10.2017. 968. 2,5 č. 4, která schválila dokument „Bezpečnostní pravidla pro elektroinstalace. Vlastnosti elektrických rozvodů v budovách s vodivými měděnými vodiči nebo vodiči ze slitin hliníku.“ Podle těchto pravidel musí být u skupinových síťových vedení tloušťka jádra z hliníkové slitiny alespoň 6 mXNUMX. mm, pro vedení z podlahy do bytových panelů a do měřiče – ne méně než XNUMX mXNUMX. mm, pro stoupačky, které dodávají energii do bytů – ne méně než XNUMX mXNUMX. mm. Nebylo třeba přepisovat Řád elektroinstalace, protože v té době již tato pravidla měla pouze poradní charakter.

V roce 2018 vstoupila v platnost GOST R 580192017-8176 „Trat ze slitin hliníku 8030 a 20967. Technické podmínky“. Stanovil požadavky na chemické složení, mechanické a elektrické vlastnosti drátu. O dva roky později byl představen GOST 2019-2024 „Tyč vyrobený z hliníkových slitin“. Technické podmínky“, které poněkud změnily limity podílů složek ve slitinách. Na začátku roku 968 jsou platné obě GOST. Podle autora článku je třeba se řídit nařízením Ministerstva energetiky č. 58019 jako jediným regulačním zákonem přímo povolujícím použití hliníkových rozvodů v obytných domech. A tam složení povolených hliníkových slitin přesně odpovídá GOST R 2017-XNUMX.

Zahraniční reality

V USA a Kanadě se elektroinstalace na bázi slitin 8176 a 8030 široce používá od konce 80. let. V Číně je tento typ vedení povoleno používat od roku 2015, i když dříve se v domácnostech v této zemi běžné hliníkové rozvody nepoužívaly. V Indii nahrazují tradiční hliník v domácí elektroinstalaci inovativní hliníkové slitiny.

Autorovi článku se nepodařilo dohledat žádné údaje o realizaci takové elektroinstalace v zemích Evropské unie. Web European Aluminium Association uvádí pouze použití hliníku pro vnitřní rozvody solárních a větrných elektráren a také pro vedení vysokého napětí (včetně kabelů). To neznamená, že slitiny 8176 a 8030 nebyly pro Evropany dost dobré. Do věci se pravděpodobně vložila velká politika. Evropská unie již mnoho let prosazuje politiku omezování přístupu na svůj trh pro ruské výrobce hliníku, což je zjevně na úkor její vlastní ekonomiky. V důsledku toho nyní Evropa čelí hrozbě nedostatku hliníku. Na hliníkové rozvody zde není čas; Za současných okolností zelení raději mlčí o uhlíkové neutralitě výroby hliníku.

Ochrana proti padělání

Zatím jediným výrobcem slitin 8176 a 8030 v Rusku je RUSAL, který dodává drát do omezeného počtu kabeloven. Hlavní zárukou je zavedená pověst RUSAL jako výrobce kvalitních produktů. Ale jak se používání inovativních hliníkových slitin rozšiřuje, problém padělání se rozvine naplno.

Pokud jde o měď, je odhalení padělaných vodičů velmi snadné. Pokud měrný odpor nepřesahuje specifikovanou hodnotu, byla použita speciální elektrická měď. Pokud je vyšší než norma, pak byl použit produkt druhotného zpracování měděného šrotu, který je pro silové kabely zakázán.

Abychom se ujistili, že máme před sebou slitinu 8176 nebo 8030 a ne něco jiného, ​​nebude stačit jen chemická analýza. Železo musí být nejen přítomno ve stanoveném poměru, ale také musí být při výrobě zcela rozpuštěno v hliníku. Pokud se zcela nerozpustí, výsledný materiál bude svými vlastnostmi horší než slitina A5E. V současné době v Rusku neexistují žádné nezávislé laboratoře schopné takové testování provádět. A zatím neexistuje metodika, která by byla vhodná pro hromadné použití mimo tovární zdi. Zároveň, pokud je elektroinstalace vyrobena na bázi hliníkové slitiny pochybné kvality a je na ní kladena zátěž, jako by byla vyrobena ze slitiny 8176 nebo 8030, mohou nastat různé havarijní situace včetně požáru.

Problém možného padělání je třeba řešit proaktivně, a to prostřednictvím vývoje a oficiálního schválení metody kontroly kvality pro nové typy elektroinstalace a také nasazením nezávislých laboratoří. Pak elektroinstalace z inovativních hliníkových slitin, která má objektivně své výhody, skutečně vzbudí důvěru mezi praktikujícími elektrikáři.

LITERATURA:

Loparev V.V. „Hliník a jeho slitiny pro domácí kabelový průmysl“ // Kabely a dráty – 2022, č. 6 (398) – str. 12–25

Zdroj: Alexej Vasiljev. Publikováno v časopise “Elektrotechnický trh” č. 1 (115) 2024

Přihlaste se k odběru Elec.ru. Jsme v Telegramu, VKontakte a Odnoklassniki