Transição de cobre para alumínio – O problema de aquecimento terminal em cabos de alimentação de MT e BT

O que deu errado? Você acabou de descobrir o problema da transição cobre-alumínio.

A Física dos Metais Dissimilares

O cobre e o alumínio expandem-se em taxas diferentes quando aquecidos. O cobre expande cerca de 17 microdeformações por °C. O alumínio expande cerca de 23 microdeformações por °C. Quando a corrente flui, o terminal aquece. O condutor de alumínio tenta crescer mais que o terminal de cobre.

Ao longo de centenas de ciclos térmicos, esse movimento diferencial faz com que a conexão se solte. Uma conexão solta tem maior resistência. Maior resistência cria mais calor. O ciclo acelera até que o terminal acenda.

Por que é pior em cabos MT

As conexões de baixa tensão às vezes podem tolerar um pouco de afrouxamento. Mas Os terminais dos cabos de alimentação MT e BT em circuitos de média tensão transportam correntes mais altas. Mais corrente significa mais calor. Mais calor significa mais expansão diferencial. Um terminal de média tensão que começa em 0,5 miliohms pode chegar a 5 miliohms após um ano de ciclagem. A 200 amperes, são 200 watts de calor – o suficiente para derreter o isolamento.

Onde outros cabos são mais fáceis

Um cabo de armazenamento de energia dentro de um rack BESS pode sofrer menos ciclos térmicos porque a corrente é intermitente – carga, descarga, repouso. Um cabo com isolamento aéreo balança com o vento, resfriando constantemente e reduzindo os picos de temperatura. Mas um cabo de alimentação de MT e BT em um conduíte funciona continuamente. O calor aumenta. O problema aumenta.

A correção

• Use terminais bimetálicos – alumínio no lado do condutor, cobre no lado do barramento. Os dois metais são soldados por fricção, de modo que a expansão diferencial ocorre dentro da orelha, e não no parafuso do terminal.

• Aplique um composto antioxidante (como Noalox) no condutor de alumínio antes de crimpá-lo. Previne a formação de óxido de alumínio, o que confere resistência.

• Aperte novamente o terminal após as primeiras 24 horas de operação, novamente após um mês e anualmente. Uma chave de torque definida de acordo com as especificações do fabricante do terminal não é opcional.

• Para circuitos críticos, use uma arruela de pressão Belleville sob a cabeça do parafuso. Mantém a força de fixação à medida que os materiais se expandem e contraem.

Custo do mundo real

Um data center apresentou pontos quentes repetidos nas terminações dos cabos de energia de MT e BT. Eles estavam usando terminais de cobre em cabos de alumínio. Depois de mudar para terminais bimetálicos e instituir um cronograma de reaperto, os pontos quentes desapareceram. A correção custou US$ 200 por rescisão. O tempo de inatividade que evitaram custou US$ 10.000 por hora.

O terminal do cabo de alimentação de MT e BT não precisa ser um aquecedor. Use terminais bimetálicos, adicione antioxidante e reaperte regularmente. Cobre e alumínio podem viver juntos – você só precisa administrar o casamento.