Bakır mı? Alüminyum mu?

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?

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.

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.)

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 S_Al = 35,38 m/Ohm mm²  bakır için  S_Cu = 56 m/Ohm mm² dir.

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.

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 !!

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