Для большинства применений заземления в энергосистеме правильным выбором по умолчанию является проводник из стали с медным покрытием (CCS) с содержанием меди 40%, а сплошная медь является правильным выбором только там, где этого действительно требуют ток короткого замыкания или химический состав грунта. Я утверждаю это после двенадцати лет поставок обоих материалов с нашего завода в Синьчане: провод из стали с медным покрытием (CCS) с содержанием меди 40% обеспечивает примерно 40% проводимости отожженной меди при прочности на разрыв в два-четыре раза выше, толщине медного слоя 0,25 мм, которая, согласно нашим производственным данным, обеспечивает срок службы более 50 лет, и достаточно низкой стоимости лома, чтобы воры в основном игнорировали его. Сплошная медь с содержанием меди 99,97% по-прежнему выигрывает по чистой проводимости — от 90% до 99,9% IACS против нашего диапазона CCS от 15% до 40% IACS — поэтому, когда ваши расчеты тока короткого замыкания по стандарту IEEE 80 не оставляют запаса, медь является честным решением. В оставшейся части статьи рассматриваются пять аспектов, которые я обсуждаю с каждым менеджером по закупкам коммунальных услуг, задающим мне вопрос о CCS или меди, с использованием фактических данных из отчетов о заводских испытаниях, а не заявлений из брошюр.

Критерий 40% IACS: почему он постоянно фигурирует в технических условиях коммунальных предприятий?

IACS расшифровывается как Международный стандарт отожженной меди (International Annealed Copper Standard), конвенция 1913 года, которая установила проводимость коммерчески отожженной меди на уровне 100% и присвоила ей удельное сопротивление 0,017241 Ом·мм²/м при 20°C. Каждое значение проводимости в этой статье — и каждое значение в сертификатах нашего завода — представляет собой процент от этого эталона. Когда в спецификации указано «проволока с 40% IACS», это означает, что требуется проводник с удельным сопротивлением 0,017241, деленным на 0,40, что составляет приблизительно 0,0431 Ом·мм²/м. Я обнаружил, что как только покупатели видят это одно деление, весь спор о том, что лучше — отожженная медь или нет, превращается из маркетинга в арифметику.

Почему 40%, а не 30% или 21%? Наш опыт экспорта показывает, что 40% стали стандартом для промышленного использования по практической причине: это самый высокий класс проводимости, которого достигает сталь с медным покрытием в стандартных твердотянутых марках, охватываемых...ASTM B227(40 класс средней школы и 40 класс инженерно-технической школы) и заброшенные конструкцииASTM B228Если показатель превысит 40%, фактически потребуется более толстое медное покрытие, чем то, на основе которого построена линейка изделий из твердой меди, и в этом случае разница в цене с цельной медью быстро сократится.Поскольку толщина оболочки определяет стоимость материала, проводник с коэффициентом CCS выше 40% IACS перестает быть экономически выгодной альтернативой цельной меди.Я говорю командам по закупкам, чтобы они рассматривали 40% IACS как верхний предел экономически выгодного диапазона CCS, а все, что выше него, как сигнал к тому, чтобы просто установить цену на твердую медь.

На нашем производственном участке в Синьчане проволока из стали с медным покрытием, упакованная в рулоны для проектов заземления электросетей — классы проводимости от 15% до 40% IACS на той же линии.

Проводимость стали с медным покрытием в реальных заземляющих сетках: насколько сильно вы от этого страдаете?

На бумаге разница в проводимости выглядит пугающе: наш провод из чистой меди показывает 90–99,9% IACS с удельным сопротивлением ниже 0,017241 Ом·мм²/м, в то время как наш диапазон CCS составляет 15–40% IACS. Однако в заземляющей сети важен не только показатель проводимости, но и то, выдержит ли проводник ток короткого замыкания, указанный в вашем исследовании. Стандарт IEEE 80, используемый большинством энергетических компаний для проектирования подстанций (Стандарт IEEE 80Размеры проводников определяются по току плавления и продолжительности срабатывания, а не только по удельному сопротивлению. Когда мы пропускаем тот же самый сигнал короткого замыкания длительностью 0,5 секунды и током 40 кА через стандартные формулы расчета предохранителей, проводнику с коэффициентом IACS CCS 40% требуется примерно в 2,5 раза большее поперечное сечение меди для достижения того же теплового предела — это честный коэффициент пересчета, и я указываю его в каждом нашем коммерческом предложении.

Этот коэффициент 2,5× кажется решающим фактором, пока вы не оцените стоимость всей сборки. При использовании CCS большего диаметра по-прежнему потребляется гораздо меньше меди по массе.Поскольку механическую нагрузку несет стальной сердечник, для обеспечения проводимости достаточно слоя меди толщиной всего 0,25 мм.— а при частоте короткого замыкания 60 Гц ток всё равно смещается к поверхности, где и находится медь. Наша инженерная команда объяснила нескольким покупателям этот аргумент о поверхностном эффекте, используя реальные чертежи поперечного сечения; как только они видят, что путь тока и медь занимают одно и то же внешнее кольцо, возражение против проводимости обычно смягчается.

В противоположной крайности я не рекомендую использовать технологию CCS: компактные городские подстанции, где ширина траншеи и глубина забивки стержней фиксированы, а исследование повреждений не оставляет места для увеличения сечения проводника. В таких проектах мы без всяких извинений используем наш медный провод чистотой 99,97%.потому чтоНикакое механическое преимущество не компенсирует поперечное сечение, которое физически невозможно установить. Поставщик, который навязывает CCS в таком сценарии, продает товар, несмотря на результаты вашего исследования неисправностей, и я лучше потеряю заказ, чем допущу снижение производительности энергосистемы на третий год.

Многожильный кабель CCS под микроскопом: каждая мононить (1,4–3,2 мм) представляет собой стальной сердечник, металлургически соединенный со слоем меди толщиной 0,25 мм — именно такая конструкция обеспечивает рейтинг IACS в 40%.

CCS или сплошная медь: пять параметров, определяющих, какой проводник лучше всего подойдет под ваши требования.

Когда покупатель из коммунальной отрасли присылает мне запрос на коммерческое предложение с пометкой «CCS или медь — пожалуйста, посоветуйте», я не отправляю в ответ техническую документацию. Я отвечаю приведенным ниже сравнением из пяти строк.потому чтоЗа двенадцать лет работы с экспортными заказами решение всегда основывалось на одном из пяти параметров: проводимость, механическая прочность, коррозионная стойкость, устойчивость к краже и соответствие стандартам. Все остальное — это погрешность. Данные взяты из наших производственных отчетов и протоколов заводских испытаний, а не из средних показателей по отрасли.

Два ряда этой таблицы заслуживают более пристального внимания.потому чтоИменно эти моменты чаще всего неправильно понимают покупатели. Во-первых, прочность на растяжение — это не просто желательное качество: при длинной горизонтальной горизонтальной буровой установке или при прокладке воздушного заземляющего провода мягкий медный проводник может растянуться и сузиться во время монтажа, и суженный участок станет «горячей точкой» в вашей сети. Наш провод CCS с прочностью 560–1040 МПа выдерживает нагрузки, которые могли бы навсегда деформировать отожженную медь, поэтому бригады, которые устанавливали и то, и другое, как правило, выбирают CCS во второй раз. Во-вторых, вопрос коррозии: чаще всего меня спрашивают, выдержит ли слой меди толщиной 0,25 мм под землей, и наш ответ — это срок службы установленного основания — приклеенное покрытие не является гальваническим покрытием и не отслаивается и не образует микропор, как это может происходить с тонким гальваническим покрытием.

Проверка механических возможностей: выдержит ли сплошная медь процесс затяжки?

Вот пример отказа, который никогда не отображается на графиках проводимости. Несколько лет назад к нам обратился подрядчик после того, как отожженный медный заземляющий провод от другого поставщика сильно сузился во время длительной установки методом вспашки; бригада обнаружила повреждение только тогда, когда показания сопротивления сетки оказались непоследовательными по всей длине провода. Решение заключалось в том, чтобы выкопать и заменить целые участки. Я рассказываю эту историю каждому покупателю, который рассматривает прочность на разрыв как второстепенный параметр.потому чтоСамый дешевый проводник в пересчете на метр становится самым дорогим в пересчете на километр прокладки в тот момент, когда бригаде приходится протягивать его дважды.

В случае с CCS физические законы работают в обратную сторону. Стальной сердечник принимает на себя нагрузку при монтаже — наши тросы выдерживают нагрузку от 560 до 1040 МПа в зависимости от марки стали — а медная оболочка просто следует за ней. Мы рекомендуем 7-жильные конструкции для ручной укладки тросов и 19- или 37-жильные, если на участке есть изгибы, ролики или проушины.потому чтоБолее тонкие мононити изгибаются вокруг меньшего радиуса, не упрочняя медный слой. Именно поэтому в нашем ассортименте многожильных проводов CCS общий диаметр составляет от 4,2 мм до 22,5 мм: один и тот же класс 40% IACS может использоваться для обмотки клемм распределительного столба или для основной сети подстанции, просто изменяя количество жил.

Спецификация на изготовление и монтаж, которую наша команда контроля качества выдает вместе с заказами CCS, — диаметр, конфигурация пряди и значения прочности на разрыв подтверждаются для каждой производственной партии.

Уравнение кражи, лома и безопасности: играет ли стоимость меди при перепродаже против вас?

Покупатели электроэнергии редко включают кражу в сравнительную таблицу проводников, но их отделы технического обслуживания с этим мирятся. На большинстве рынков, куда мы поставляем продукцию, медные заземляющие провода являются объектом утилизации по полной стоимости, а поврежденное заземляющее ограждение подстанции или украденный противовес — это не просто материальные потери, это угроза безопасности до восстановления электросети. Мне приходилось слышать от клиентов распределительных сетей, что их годовой бюджет на замену медных проводов превышает первоначальную стоимость материалов для электросети, что звучит абсурдно, и это главная причина, по которой некоторые из них перевели открытые и доступные провода на системы улавливания и хранения углерода (CCS).

Система CCS решает проблему на уровне стимулов, а не на уровне замка: биметаллическая нить со стальным сердечником практически не имеет ценности для разделения на пунктах приема металлолома, поэтому ее просто не крадут с такой же скоростью, как твердую медь.Потому чтоЕсли экономика краж рухнет, то и бюджет безопасности может рухнуть. Для новых подстанций, расположенных внутри огороженных и контролируемых территорий, этот аргумент имеет меньшее значение, и мы так считаем, — но для противовесов вдоль линий электропередачи, заземления опор на сельских фидерах и заземления железных дорог, проходящих километрами по открытой местности, я считаю фактор краж решающим, и большинство инженеров энергетических компаний, переживших сезон снятия медных проводов, разделяют это мнение.

Какой тип проводника должна указать ваша энергокомпания? Проверенная на практике методика принятия решений.

Когда я встречаюсь с командой по закупкам, мы не обсуждаем материалы в абстрактном виде — мы прорабатываем краткую последовательность принятия решений, и я расскажу вам, как мы это делаем:

1. Сначала проведите исследование токов короткого замыкания.Если в ваших расчетах по стандарту IEEE 80 указан максимальный диаметр проводника, и медь — единственный материал, соответствующий требованиям по току плавления внутри этого диаметра, укажите медь и на этом остановитесь.
2. Проверьте способ установки.Длинные вспашки, горизонтально-направленное бурение и пролеты над землей благоприятствуют использованию CCS с пределом прочности на растяжение 560–1040 МПа; короткие, укладываемые вручную сетчатые конструкции в открытых траншеях являются нейтральной территорией.
3. Оцените степень риска кражи честно.Огороженная, контролируемая подстанция: нейтраль. Сельский коридор, заземление столбов, заземление железной дороги: CCS.потому чтоУстранение стоимости металлолома устраняет угрозу.
4. Проведите анализ химического состава почвы.Типичные грунты подходят для обоих материалов, срок службы которых в нашей системе улавливания и хранения углерода составляет более 50 лет; однако, прежде чем использовать какой-либо из материалов, необходимо обсудить ситуацию с сильно кислыми или химически агрессивными грунтами.
5. Исправьте стандарт в заказе на покупку.Для обозначения CCS используйте ASTM B227 для проволоки и ASTM B228 для многожильного проводника с указанием класса проводимости (40 HS — стандартный показатель для электросетей); для меди укажите требуемый вами стандарт соответствия IEC. Заказ на покупку, в котором указано только «заземляющий проводник», может привести к мошенническим схемам подмены.

Обратите внимание, чего нет в этой последовательности: цены за метр. Я намеренно оставляю её напоследок.потому чтоВыбор проводника исключительно по цене за метр — это, пожалуй, самый надежный показатель вероятности повторной закупки в течение пяти лет, который я наблюдал в этой отрасли. Цена, безусловно, важна при принятии решения, но только после того, как физические параметры, особенности монтажа и риски для безопасности покажут, к какому типу материалов вы на самом деле относитесь при покупке.

Для проектов, которые в конечном итоге попадают на платформу CCS, мыстальная проволока с медным покрытиемАссортимент включает в себя кабели с проводимостью 15–40% по стандарту IACS, медным слоем толщиной 0,25 мм, пределом прочности на разрыв от 560 до 1040 МПа, диаметром мононити 1,4–3,2 мм и общим диаметром 4,2–22,5 мм в конфигурациях от 7 до 37 жил — производство осуществляется в соответствии со стандартом ISO 9001 с ежемесячной производительностью 100 000 метров, упаковывается в рулоны и отгружается через Нинбо или Шанхай. Покупатели, которым необходимы именно многожильные кабели, могут ознакомиться с нашим ассортиментом.страница о производстве многожильного провода CCSи вся семья сидит под нашимкатегория стальной проволоки с медным покрытиемКогда же исследование неисправностей указывает в другую сторону, нашиМедная проволока чистотой 99,97%.Суда, соответствующие стандартам IEC и CE для заземления железных дорог, связи и электросетей — и если проект также включает соединение любого из проводников со стержнями или трубами, обратитесь к нашему предыдущему руководству по этому вопросу.закупка материалов для термитной сварки для катодной защиты трубопроводовохватывает экзотермическую сторону. Для получения данных об уровне проводимости, выходящих за рамки наших собственных данных,Библиотека электротехнических приложений Ассоциации развития медной промышленностиЭто тот справочник, на который мы в первую очередь обращаем внимание начинающих инженеров.