"> Bakır mı? Alüminyum mu? - Benga.pro Mühendislik ve Bilişim Ltd. Şti

Bakır kablo mu kullanalım, alüminyum kablo mu kullanalım? Son zamanlarda çok karşılaştığım bu sorunun yanıtı aslına bakarsanız tamamen “duygusal”! Elbette her iki metalin hem elektriksel hem de fiziksel anlamda farkları bulunmaktadır ama neticede ikisi de elektriksel iletken olarak kullanılmaya uygundur. Bu durumda bakırı mı alüminyumu mu tercih edeceğiz?

Cu2

Aslına bakarsanız maliyet faktörü önemsiz olsaydı bakırı tercih ederdik. Çünkü elektriksel anlamda bakırın  daha üstün bir metal olduğunu kabul etmek gerekir. Ama maliyet faktörünü gözardı etmek mümkün değildir! Mühendislik “fayda/maliyet oranı”nın en yüksekte olmasını sağlamaktır. Alüminyum kablo ve bakır kablo bazı teknik değerlerine göre hesaplamalar ve çevrimler yapıldıktan sonra birbirlerinin alternatifi olmaktadır. Sonuçta aynı “fayda”yı elde ettiğimiz yerlerde maliyet öne çıkmaktadır.

Birbirlerine bu kadar yakın alternatif olmalarına rağmen neden bakır çok daha popüler?

Bakır ve alüminyum metallerinin piyasa değerlerinin, elektriğin yüzyılı boyunca geçmişine bakarsak aşağıdaki gibi bir grafiğe ulaşırız.

Cu Al Graph

Elektriğin günlük hayatımızda yer almaya başladığı yıllarda alüminyum metali, bakır metalinden pahalıydı.  Hatta 1900lü yıllara girmeden önce alüminyum, bakırdan 5-10 kat daha pahalı bir seviyedeydi. Alüminyum dünya üzerinde oldukça yaygın olmasına rağmen o yıllarda alüminyumu saflaştırıp sanayinin kullanımına sunmak çok zahmetliydi. Bu sebeple bakıra oranla piyasa değeri çok yukarılardaydı. Hatta 1882 yılında Thomas Edison ilk iletim şebekesini kurarken alüminyum çok pahalı olduğundan bakırı kullanmıştı.

Alüminyum ve bakır arasındaki fark 1947 yılına kadar azaldı. 1947 yılında ise artık 1kg bakır, 1 kg alüminyumdan pahalıydı. Fakat bu fark alışılagelmiş tercihleri değiştirmeye yol açacak kadar büyük değildi. Bakırın elektriksel üstünlüğü  bakır ile alüminyum arasındaki fiyat farkını kapatıyordu. 1950li yıllardan 2000li yılların başına kadar bakırın kg fiyatı alüminyumun kg fiyatından ortalama %45 fazlaydı. Bu fiyat farkı, bakırın alüminyum karşısındaki elektriksel üstünlüğü göze alındığında otomatikman kapanıyordu. Fakat 2004 yılına geldiğimizde bakırın kg başına piyasa fiyatı hızla artmaya başladı.  2004 yılında kg başına bakır, alüminyumdan %59 daha pahalıydı. 2005 yılında %90, 2006 yılında %159, 2010 da %233,  2013 de %302, 2017 de ise %216 daha pahalıydı. Yani 2004 yılına kadar bakır lehine işleyen, mühendisliğin altın formülü  “fayda/maliyet oranı” artık sorgulanmaya başlamıştı. Elektriğin günlük hayatımızda yer aldığı tarih boyunca, yani son yüzyıldır, bakır kullanımı köklü bir alışkanlık haline gelmişti. Kablo denince hemen akla bakır kablo geliyordu, kimsenin alüminyum alternatifini araştırmasına gerek yoktu. 100 yıl boyunca oturan bakır alışkanlığı hemen terk edilemediğinden bakırın popülerliği devam etmektedir.

(Yukarıdaki grafiğin detaylarını excel olarak bu bağlantıdan indirebilirsiniz.)

Al1

Bakır ve Alüminyumun teknik açıdan karşılaştırılması

Bakır yerine alüminyumun adı geçtiğinde insanlar, zaman zaman teknik olarak acaba yanlış mı yapıyorum endişesine düşebilmektedirler. Bir yatırımcı, bakır kablo kullandığında yüzbinlerce lira harcayacak iken alüminyuma geçtiğinde onbinler mertebesini gördüğünde gözlerine inanamayıp ister istemez bu endişeyi yaşamaktadır.

Bu endişeyi gidermek için, iki malzemenin de teknik değerlerine bir bakalım:

Özellikler Birim E-Cu E-Al AlMgSi
Bakır Alüminyum Al Alaşım
Özgül Ağırlık kg/dm3 8,9 2,7 2,7
Çekme Gerilmesi kg/mm2 450…240 180…80 310
(sert…tavlı)
Kopma uzaması % 1…35 2…35 3
(sert…tavlı)
Elastisite Modülü kN/mm2 120 70 70
Ergime sıcaklığı 0C 1083 658 658
Isı genleşme katsayısı 10-6 0C 16,6 23,8 23
+20 0C’de direnç ısı değişim katsayısı 1/ 0C 0,0039 0,004 0,0036
+20 0C’de iletkenlik IACS  % 97…100 61…62 53
+20 0C’ de özgül direnç Ohm mm2/m 0,01786 0,02857 0,0328
Kaynak: http://www.espar.com.tr/resimler1/aluminyum.htm

Yukarıdaki tabloda, E-Cu (Elektrolitik bakır), E-Al (Elektrolitik Alüminyum) ile bazı hava hatları ve kablolarda da kullanılan alüminyum alaşım AlMgSi’ un fiziksel özellikleri bulunmaktadır.

Özdirenç:

SI ölçülerine göre, 1m uzunluğunda ve 1mm2 kesitindeki bir ilekenin, elektrik akımına karşı gösterdiği dirence özdirenç (ro) denir. Özdirenç değeri, malzemenin yapısından kaynaklanan ve o malzemeye özgü bir değerdir.

Alüminyum için  ro Al = 0,028264 Ohm mm2/m ,bakır için  ro Cu = 0,017857 Ohm mm2/m dir.

Yani aynı kesit ve uzunluktaki biri alüminyum, biri bakır iki iletkenden alüminyum olan, bakıra oranla elektrik akımına %58,2 daha fazla direnç gösterir. Yani bir başka deyişle bakır kablo ile beslenen bir ekipmanın  besleme kablosunu aynı kesitte alüminyum kablo ile değiştirirsek gerilim düşümü %58,2 daha artar. Bu da muhtemelen izin verilen gerilim düşümü sınırlarını aşıp ısınmaya yol açacağından alüminyumda bir üst kesite geçmeyi gerektirecektir.

Özdirecin tersine iletkenlik denir. İletkenlik, Alüminyum için SAl = 35,38 m/Ohm mm2  bakır için  SCu = 56 m/Ohm mmdir.

Üretici katalogunun irdelenmesi

Aşağıda, Vatan Kablo’nun, Türkiyede en yaygın kullanılan kablo tiplerinden olan alüminyum iletkenli NAYY kablo ve bakır iletkenli NYY kablo kataloglarının teknik değerlerinin bulunduğu tablolar yer almaktadır.

NAYY Kablo (0.6/1kV, PVC izoleli, alüminyum iletkenli kablo) 

Kesit Dış Çapı Akım Taşıma Kap. DC Direnci (20°C) Ağırlık
mm2 mm Havada Toprakta Ohm/km kg/km
3×16+10mm2 21,7 71 77 1,91 672
3×25+16mm2 24,9 83 99 1,2 899
3×35+16mm2 26,9 102 118 0,868 1063
3×50+25mm2 30,9 124 142 0,641 1400
3×70+35mm2 35 158 176 0,443 1837
3×95+50mm2 40,1 190 211 0,32 2432
3×120+70mm2 43,9 221 242 0,253 2954
3×150+70mm2 47,5 252 270 0,206 3456
3×185+95mm2 52,8 289 308 0,164 4305
3×240+120mm2 59,4 339 363 0,125 5506

NYY Kablo (0.6/1kV, PVC izoleli, bakır iletkenli kablo) 

Kesit Dış Çapı Akım Taşıma Kap. DC Direnci (20°C) Ağırlık
mm2 mm Havada Toprakta 1,15 kg/km
3×16+10mm2 21,5 90 99 1,15 1004
3×25+16mm2 24,8 121 128 0,727 1438
3×35+16mm2 27 149 154 0,524 1792
3×50+25mm2 31,4 173 173 0,387 2464
3×70+35mm2 35,2 215 212 0,268 3300
3×95+50mm2 40,6 266 255 0,193 4473
3×120+70mm2 44,7 308 289 0,153 5602
3×150+70mm2 48,3 357 327 0,124 6629
3×185+95mm2 54,5 405 366 0,099 8418
3×240+120mm2 60,6 482 425 0,075 10710

Her iki tabloyu da incelediğimizde;

Aynı kesite sahip kabloların dış çaplarının hemen hemen aynı ölçüde üretildiğini görüyoruz.

Havada akım taşıma kapasiteleri arasında ortalama %40 oranında bakır kablo daha avantajlı.

Toprakta akım taşıma kapasitesinde ise bu avantajı %23’e gerilemektedir. Yani kablo toprakta tesis edilecekse alüminyum alternatifini değerlendirmek önem kazanmaktadır.

Aynı kesitteki kablolar baz alındığında, alüminyum iletkenli kablolarda DC iletken dirençleri,  ortalama %66 daha fazla olmaktadır. (Bkz. Özdirenç bölümü)

Kablo ağırlıkları için bir ortalamadan bahsetmek yanıltıcı olur. 3×16+10mm2 kesitindeki NYY kablo, aynı kesitteki NAYY kablodan %49 daha ağırken, kesit mertebeleri büyüdükçe ağırlık farkı da büyümekte ve 3×240+120mm2 kesitte bu fark %95′ çıkmaktadır. Büyük kesitlerde ağırlık farkı makasının çok açılması, maliyet açısından özellikle ana besleme kablolarının alüminyum seçilmesi noktasında yatırımcıya avantaj sağlamaktadır.

Bunların dışında her iki kablonun da yalıtımsal anlamda karakteristikleri aynıdır. Yani her iki kabloda da maksimum 70ºC işletme sıcaklığına, 160ºC kısadevre sıcaklığına izin verilmektedir. Yani bakır da kullansak, alüminyum da kullansak bu anlamda bizi sınırlayan büyüklükler aynı kalacaktır.

Cu1

Bakır kablodan Alüminyum kabloya geçiş için örnek bir çalışma

Bakır kablo yerine alüminyum kabloya geçerken en doğru dönüşüm, projeye ve hesap raporuna bakarak yapılır. Ancak zaman zaman maliyet mertebelerinin tespiti açısından aşağıda verilen örnekteki gibi bir dönüşüm yapılmasında sakınca yoktur. Maliyet avantajı mertebesi görülüp net karar verildikten sonra detaylı olarak bakırdan alüminyuma geçiş bir proje mühendisi tarafından yapılmalıdır.

Aşağıda, bizim firmaya gönderilen teklif isteğine ait keşif listesinden aldığım kablolar bölümü vardır. Yatırımcı şirket, projeyi NYY kablolarla çözmüş ve keşif listesini buna göre oluşturmuştur. Bu paralelde yaptığımız fiyat çalışması aşağıdadır.

Kablo Miktar Birim Birim Fiyat Toplam Fiyat
3×240+120 mm2 NYY 120 m 323,175 TL 38.781 TL
3×185+95 mm2 NYY 60 m 247,08 TL 14.825 TL
3×150+70 mm2 NYY 630 m 194,87 TL 122.768 TL
3×120+70 mm2 NYY 100 m 163,17 TL 16.317 TL
3×95+50 mm2 NYY 15 m 126,97 TL 1.905 TL
3×70+35 mm2 NYY 240 m 91,685 TL 22.004 TL
3×50+35 mm2 NYY 50 m 65,19 TL 3.260 TL
3×35+16 mm2 NYY 300 m 47,67 TL 14.301 TL
3×25+16 mm2 NYY 55 m 37,04 TL 2.037 TL
TOPLAM 236.198 TL

Aynı yatırımcıya NYY kablo yerine NAYY kablo kullanması durumunda sağlayacağı avantajı belirtmek adına şöyle bir alternatif çalışma da yaptık:

NYY Kablo Akım T. Kap. NAYY Alternatifi Akım T. Kap.
3×240+120 mm2 NYY 482 A 2//3×185+95 mm2 NAYY 549,1 A
3×185+95 mm2 NYY 405 A 2//3×150+70 mm2 NAYY 478,8 A
3×150+70 mm2 NYY 357 A 2//3×95+50 mm2 NAYY 361 A
3×120+70 mm2 NYY 308 A 3×240+120 mm2 NAYY 339 A
3×95+50 mm2 NYY 266 A 3×185+95 mm2 NAYY 289 A
3×70+35 mm2 NYY 215 A 3×120+70 mm2 NAYY 221 A
3×50+35 mm2 NYY 173 A 3×95+50 mm2 NAYY 190 A
3×35+16 mm2 NYY 149 A 3×70+35 mm2 NAYY 158 A
3×25+16 mm2 NYY 121 A 3×50+35 mm2 NAYY 124 A

Anlaşılacağı gibi, bakır kablonun sahip olduğu akım taşıma kapasitesini sağlayan en yakın alüminyum kablo alternatifini oluşturduk. Buna göre alüminyum kablo metrajı çıktı:

Kablo Miktar Birim Birim Fiyat Toplam Fiyat
3×240+120 mm2 NAYY 100 m 46,079 TL 4.608 TL
3×185+95 mm2 NAYY 255 m 36,135 TL 9.214 TL
3×150+70 mm2 NAYY 120 m 28,556 TL 3.427 TL
3×120+70 mm2 NAYY 240 m 23,983 TL 5.756 TL
3×95+50 mm2 NAYY 1310 m 19,58 TL 25.650 TL
3×70+35 mm2 NAYY 300 m 14,2912 TL 4.287 TL
3×50+35 mm2 NAYY 55 m 10,78 TL 593 TL
3×35+16 mm2 NAYY m 7,92 TL 0 TL
3×25+16 mm2 NAYY m 0 TL
TOPLAM 53.535 TL

Buna göre yapılan fiyatlandırmada ise ortaya alüminyum açısından çok avantajlı bir tablo çıktı. Bakır kablo kullanılırsa 236.000TL ye mal olan bir yatırım, alüminyum kullanıldığında 53.000TL mertebesine gelmektedir. Yani bakırlı maliyetin %22sine gelmektedir.

Bakırdan alüminyuma dönüş yapılırken kabloların maksimum akım taşıma kapasitelerinden yola çıkılmıştı. Halbuki proje hesap detaylarına girildiğinde büyük olasılıkla daha da avantajlı seçimler yapılacaktır.

Kablo uzunluğu ve ağırlığı

Yukarıdaki örnekte NYY kablo kullanıldığında 1570 mtül kabloyla iş bitirilirken NAYY kablo kullanıldığında bu rakam 2380 mtüle çıkmaktadır. Bu da işçilik açısından bir dezavantaj yaratmaktadır. Fakat NYY kabloların toplam ağırlığı 8120kg iken NAYY kabloların uzunluğu fazla olmasına rağmen 6585kg dır. Bu durum, işçilik açısından NAYY için bir avantajdır.

Rayiç bedelleri kullanarak NYY ve NAYY kablo işçiliklerini de mukayese edersek aşağıdaki tablo oluşur.

Kablo NYY Miktar (m) NYY Montaj Birim Fiyat NYY Montaj Toplam Fiyat NAYY Miktar (m) NAYY Montaj Birim Fiyat NAYY Montaj Toplam Fiyat
3×240+120 120 28,8 TL 3456 TL 100 23,3 TL 2332,8 TL
3×185+95 60 26,4 TL 1584 TL 255 21,4 TL 5452,92 TL
3×150+70 630 23,4 TL 14742 TL 120 19 TL 2274,48 TL
3×120+70 100 19,8 TL 1980 TL 240 16 TL 3849,12 TL
3×95+50 15 17,1 TL 256,5 TL 1310 13,9 TL 18144,81 TL
3×70+35 240 14,4 TL 3456 TL 300 11,7 TL 3499,2 TL
3×50+35 50 11,7 TL 585 TL 55 9,48 TL 521,235 TL
3×35+16 300 9,9 TL 2970 TL 8,02 TL 0 TL
3×25+16 55 8,1 TL 445,5 TL 6,56 TL 0 TL
TOPLAM 29.475 TL TOPLAM 36.075 TL

Bu tabloya göre, alüminyum kablo kullanmak işçilik açısından maliyet getirmektedir. NYY kablo kullanımıyla yaklaşık 29.000TL kablo montaj bedeli varken NAYY kullanımıyla bu bedel 36.000TL mertebesine gelmektedir.  Fakat bu fark malzemeden sağlanan avantajın yanında ihmal edilebilir düzeyde kalmaktadır.

Özetle, NYY kullanımıyla 236.000+29.000=265.000TLye mal olan bir iş, NAYY kullanımıyla 53.000+36.000=89.000TLye mal olmaktadır. Avantaj ortada !!

Al

Sonuç

Özellikle son 10 yıldır dünya metal piyasasında bakır fiyatıyla alüminyumun fiyatı arasındaki makasın çok ciddi anlamda açılması alüminyum kablo kullanmayı maliyet açısından oldukça avantajlı bir noktaya getirmiştir.

Küçük kesitli kabloların kullanıldığı yerlerde alüminyum kablo kullanımı önemli bir avantaj getirmemektedir ama özellikle büyük kesitli kabloların kullandığı yerlerde, ana besleme hatlarında, toprak altı hatlarda  alüminyum kablo kullanımı mutlaka tercih edilmelidir.

Unutmayın, en iyi iletkenlerden biri altındır. Maliyeti sebebiyle nasıl altın kullanmayıp bakır kullanıyorsak, yine aynı sebeple alüminyum kullanmanın sakıncası yoktur. Önemli olan, proje mühendisinin kablo kesit seçimini güncel yönetmeliklere ve hesap metotlarına uygun ve doğru olarak yapmasıdır.

 

Kaynaklar:

https://pubs.usgs.gov/sir/2012/5188/sir2012-5188.pdf#Aluminum

http://www.espar.com.tr/resimler1/aluminyum.htm

http://www.aluminum.org/aluminum-advantage/history-aluminum

al2

2 Comments

  • Posted 7 Eylül 2018 12:23 Yazan ABBAS 0Likes

    sizde unutmayın en iyi iletken altın değil gümüştür.

  • Posted 21 Haziran 2019 02:01 Yazan Yıldıray 0Likes

    Elektriği en iyi ileten madde altın değil gümüştür.

Yorum Yazın

En az 4 karakterden oluşmalı