Cosa è andato storto? Hai appena scoperto il problema della transizione rame-alluminio.
La fisica dei metalli diversi
Il rame e l'alluminio si espandono a velocità diverse quando riscaldati. Il rame si espande di circa 17 microdeformazione per °C. L'alluminio si espande di circa 23 microdeformazioni per °C. Quando scorre corrente, il terminale si riscalda. Il conduttore in alluminio tenta di crescere più del capocorda in rame.
Nel corso di centinaia di cicli termici, quel movimento differenziale allenta la connessione. Una connessione allentata ha una resistenza maggiore. Una resistenza maggiore crea più calore. Il ciclo accelera finché il terminale non si illumina.
Perché è peggio con i cavi MT
I collegamenti a bassa tensione a volte possono tollerare un leggero allentamento. Ma I terminali dei cavi di alimentazione MT e BT sui circuiti di media tensione trasportano correnti più elevate. Più corrente significa più calore. Più calore significa maggiore espansione differenziale. Un terminale di media tensione che inizia a 0,5 milliohm può raggiungere 5 milliohm dopo un anno di funzionamento. A 200 A, corrispondono a 200 watt di calore, sufficienti a sciogliere l'isolamento.
Dove altri cavi hanno più facilità
Un cavo di accumulo di energia all'interno di un rack BESS potrebbe subire meno cicli termici perché la corrente è intermittente: carica, scarica, riposo. Un cavo isolato dell'antenna oscilla nel vento, raffreddandosi costantemente e riducendo le temperature di picco. Ma un cavo di alimentazione MT&LV in un condotto funziona continuamente. Il caldo aumenta. Il problema si aggrava.
La correzione
Utilizzare capicorda bimetallici: alluminio sul lato conduttore, rame sul lato bus. I due metalli sono saldati insieme per attrito, quindi l'espansione differenziale avviene all'interno del capocorda, non sulla vite del terminale.
Applicare un composto antiossidante (come Noalox) al conduttore di alluminio prima di crimpare. Previene la formazione di ossido di alluminio, che aggiunge resistenza.
Serrare nuovamente il terminale dopo le prime 24 ore di funzionamento, poi nuovamente dopo un mese, quindi ogni anno. Una chiave dinamometrica impostata secondo le specifiche del produttore delle alette non è opzionale.
Per i circuiti critici, utilizzare una rondella elastica Belleville sotto la testa del bullone. Mantiene la forza di serraggio mentre i materiali si espandono e si contraggono.
Costo nel mondo reale
Un data center presentava ripetuti punti caldi sulle terminazioni dei cavi di alimentazione MT e BT. Usavano capicorda in rame su cavi in alluminio. Dopo il passaggio alle alette bimetalliche e l'istituzione di un programma di riserraggio, i punti caldi sono scomparsi. La correzione costa $ 200 per terminazione. I tempi di inattività evitati costavano 10.000 dollari l’ora.
Il terminale del cavo di alimentazione MT&LV non deve essere un riscaldatore. Utilizzare alette bimetalliche, aggiungere antiossidanti e serrare nuovamente regolarmente. Rame e alluminio possono convivere, bisogna solo gestire il matrimonio.
