Was ist schief gelaufen? Sie haben gerade das Problem des Kupfer-Aluminium-Übergangs entdeckt.
Die Physik unterschiedlicher Metalle
Kupfer und Aluminium dehnen sich beim Erhitzen unterschiedlich schnell aus. Kupfer dehnt sich um etwa 17 Mikrodehnung pro °C aus. Aluminium dehnt sich um etwa 23 Mikrodehnung pro °C aus. Wenn Strom fließt, erwärmt sich die Klemme. Der Aluminiumleiter versucht stärker zu wachsen als die Kupferfahne.
Über Hunderte von thermischen Zyklen löst diese unterschiedliche Bewegung die Verbindung. Eine lose Verbindung hat einen höheren Widerstand. Ein höherer Widerstand erzeugt mehr Wärme. Der Zyklus beschleunigt sich, bis das Terminal leuchtet.
Warum es bei Mittelspannungskabeln schlimmer ist
Niederspannungsanschlüsse vertragen manchmal eine leichte Lockerung. Aber MS- und NS-Stromkabelklemmen in Mittelspannungskreisen führen höhere Ströme. Mehr Strom bedeutet mehr Wärme. Mehr Wärme bedeutet eine stärkere unterschiedliche Ausdehnung. Ein Mittelspannungsanschluss, der bei 0,5 Milliohm beginnt, kann nach einem Jahr Zyklen 5 Milliohm erreichen. Bei 200 Ampere sind das 200 Watt Wärme – genug, um die Isolierung zum Schmelzen zu bringen.
Wo andere Kabel es einfacher haben
Ein Energiespeicherkabel in einem BESS-Rack unterliegt möglicherweise weniger Temperaturschwankungen, da der Strom intermittierend ist – Laden, Entladen, Ruhen. Ein isoliertes Luftkabel schwingt im Wind, kühlt ständig und reduziert Spitzentemperaturen. Ein MV- und LV-Stromkabel in einem Kabelkanal verläuft jedoch ständig. Die Hitze baut sich auf. Das Problem verschärft sich.
Die Lösung
Verwenden Sie Bimetallkabelschuhe – Aluminium auf der Leiterseite, Kupfer auf der Busseite. Die beiden Metalle sind durch Reibschweißen miteinander verbunden, so dass eine unterschiedliche Ausdehnung innerhalb des Kabelschuhs und nicht an der Anschlussschraube erfolgt.
Tragen Sie vor dem Crimpen ein Antioxidansmittel (wie Noalox) auf den Aluminiumleiter auf. Es verhindert die Bildung von Aluminiumoxid, was die Widerstandsfähigkeit erhöht.
Ziehen Sie die Klemme nach den ersten 24 Betriebsstunden erneut an, dann erneut nach einem Monat und dann jährlich. Ein auf die Angaben des Radschraubenherstellers eingestellter Drehmomentschlüssel ist nicht optional.
Verwenden Sie bei kritischen Schaltkreisen eine Belleville-Federscheibe unter dem Schraubenkopf. Es behält die Klemmkraft bei, wenn sich Materialien ausdehnen und zusammenziehen.
Reale Kosten
In einem Rechenzentrum kam es wiederholt zu Hotspots an den Endverschlüssen von MS- und NS-Stromkabeln. Sie verwendeten Kupferkabelschuhe an Aluminiumkabeln. Nach der Umstellung auf Bimetall-Laschen und der Einführung eines Nachziehplans verschwanden die heißen Stellen. Die Reparatur kostete 200 US-Dollar pro Kündigung. Die dadurch vermiedenen Ausfallzeiten kosteten 10.000 US-Dollar pro Stunde.
Ihr MS- und NS-Stromkabelanschluss muss kein Heizgerät sein. Verwenden Sie Bimetallösen, fügen Sie Antioxidationsmittel hinzu und ziehen Sie das Drehmoment regelmäßig nach. Kupfer und Aluminium können zusammenleben – man muss nur die Verbindung regeln.
