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Oui. Le travail à froid conservé réduit généralement la conductivité électrique du cuivre à haute conductivité tout en augmentant sa résistance et sa dureté. L'ampleur du changement dépend du grade du cuivre, de la déformation et du traitement thermique ultérieur. Pour les barres omnibus, spécifiez le trempe finale et la conductivité, pas simplement “ laminé à chaud ” ou “ laminé à froid ”. Une différence de conductivité n'est pas une réduction universelle de la capacité nominale de courant.
Par l'équipe éditoriale VIOX. Ceci est une explication des matériaux basée sur la source ; les mesures historiques, les illustrations conceptuelles et le calcul illustratif ci-dessous ne sont pas des résultats de tests de produits VIOX.
Pourquoi le travail à froid modifie la conductivité du cuivre
Le laminage à froid, l'étirage et le formage déforment de manière permanente le cuivre en dessous des conditions nécessaires à une recristallisation substantielle. “ À froid ” décrit le processus métallurgique, pas nécessairement une température ambiante exceptionnellement basse. La déformation modifie la structure du grain et introduit des défauts, y compris des dislocations. Ces changements peuvent entraver le transport des électrons tout en rendant la déformation plastique plus difficile.
Le compromis pratique est une augmentation de la limite d'élasticité et de la dureté avec une certaine perte de conductivité. L'augmentation de la résistance ne doit pas être confondue avec une augmentation proportionnelle du module d'élasticité : une barre de cuivre plus résistante peut mieux résister à la déformation permanente sans devenir proportionnellement plus rigide élastiquement.
Les Guide de trempe laminée à froid de la Copper Development Association explique l'augmentation de la résistance à la traction et de la limite d'élasticité. Sa discussion sur la conductivité identifie également une légère réduction de la conductivité associée au travail à froid conservé.
Microstructure conceptuelle, pas une image microscopique ou une comparaison de taille de grain mesurée. Le diagramme illustre la déformation ; il ne quantifie pas le changement de conductivité.
Pourquoi la réduction n'est pas un pourcentage fixe
L'effet dépend de la composition, de la microstructure de départ, de la quantité et de la direction de la déformation, et de tout traitement thermique ultérieur. Une opération de finition légère et un fil fortement étiré ne conservent pas nécessairement le même état.
La conductivité n'est pas non plus garantie de chuter de manière monotone à travers chaque programme de déformation possible. Une étude primaire de 2021 sur des fils de cuivre à faible teneur en oxygène a signalé une diminution suivie d'une augmentation avec une contrainte de traction dans les conditions étudiées. Les joints de grains, la texture et la recristallisation ont contribué à la réponse. Cette expérience est un avertissement contre une règle universelle, et non un programme de traitement de barre omnibus recommandé.
Pour l'approvisionnement, une conductivité minimale déclarée pour le grade et le revenu spécifiés est plus utile qu'une déduction supposée d'une valeur générique de “ cuivre pur ”. Pour les unités et la base de référence, voir conductivité, résistivité et %IACS expliqués.
Cuivre laminé à chaud vs cuivre laminé à froid : Comparaison de l'état final
Le laminage à chaud et le laminage à froid décrivent les voies de traitement. Recuit, mi-dur et dur décrivent les états du matériau. Les étiquettes répondent à des questions différentes, et un produit en cuivre peut passer par plus d'une voie avant la livraison.
Le travail à chaud permet la récupération ou la recristallisation dans des conditions de traitement appropriées. Cela peut réduire l'effet d'écrouissage résiduel, mais laminé à chaud n'est pas synonyme de entièrement recuit. Les finitions ultérieures, la déformation et l'historique thermique ont toujours de l'importance. Inversement, un produit laminé à froid peut être recuit par la suite. Le guide de revenu recuit de la Copper Development Association décrit explicitement le recuit après travail à froid.
La comparaison suivante suppose le même grade et la même composition de cuivre, avec la conductivité évaluée à la même température de référence. Elle donne des attentes qualitatives, pas des limites d'acceptation.
| État de livraison | Ce que l'étiquette du procédé établit | Interprétation électrique | Interprétation mécanique |
|---|---|---|---|
| Cuivre laminé à chaud | Le laminage à température élevée a eu lieu | L'étiquette seule n'établit pas la conductivité ni ne prouve la supériorité sur un autre produit livré | Vérifiez le revenu et la résistance du matériau livré ; ne supposez pas un état entièrement recuit |
| Cuivre laminé à froid avec écrouissage conservé | La déformation par laminage subsiste sans recuit ultérieur suffisant pour en supprimer l'effet | La conductivité peut être inférieure à celle du même matériau dans un état convenablement recuit | La limite d'élasticité et la dureté augmentent généralement ; la formabilité peut diminuer |
| Cuivre laminé à froid, puis convenablement recuit | Le laminage à froid a été suivi d'un traitement thermique qui a modifié l'état conservé | La conductivité peut retrouver la valeur de recuit du grade ; vérifier le résultat réel | La résistance due à l'écrouissage peut être réduite et la ductilité restaurée |
Carte d'état du procédé uniquement. Les flèches décrivent la séquence de fabrication, pas le câblage électrique, la conductivité mesurée ou une recette de production exacte.
Pour une comparaison de barres omnibus, demandez : Les produits sont-ils du même grade ? Ont-ils été testés à la même température ? Quel est le revenu final ? Quelle conductivité minimale et quelles propriétés mécaniques chaque fournisseur garantit-il ?
L'aspect de surface ne répond pas à ces questions. Une barre laminée à froid, lisse et brillante, n'est pas automatiquement moins conductrice, et une surface travaillée à chaud n'est pas une preuve de conductivité plus élevée. L'état de surface est important au niveau d'une connexion, mais il est distinct de la propriété du matériau en vrac.
Ce que montrent les données historiques de recuit et de tréfilage à froid
L'article de Wolff et Dellinger de 1911, La conductivité électrique du cuivre commercial, comparait des fils de cuivre commerciaux recuits et étirés à froid.
Ces Table II signifient utiliser le premier groupe d'échantillons du fabricant, en faisant la moyenne de trois relevés par calibre de fil plutôt que d'utiliser la moyenne recuite groupée imprimée. Les différences sont calculées avant l'arrondi.
| Calibre de fil B&S | Moyenne recuite, base de conductivité d'origine en pourcentage | Moyenne étirée à froid, base de conductivité d'origine en pourcentage | Différence, points de pourcentage |
|---|---|---|---|
| N°6 | 100.18% | 97.78% | 2.40 |
| N°12 | 100.32% | 97.48% | 2.84 |
| N°18 | 100.19% | 97.10% | 3.09 |
Le document associe les relevés provenant du même lot de matériau. Il avertit que les preuves des N°6 et N°18 étaient limitées et que les pratiques de tréfilage ont affecté la tendance de la taille. Ceci n'établit pas une règle intrinsèque de diamètre de fil.
Deux limites d'interprétation sont essentielles. Premièrement, soustraire deux relevés de conductivité en pourcentage produit des points de pourcentage, et non automatiquement la perte de pourcentage relative. Deuxièmement, le tableau utilise la référence historique de résistivité massique du papier à 20 degrés Celsius. Il est antérieur à la référence IACS établie en 1913, donc ces relevés ne doivent pas simplement être reclassés comme des IACS modernes. Il s'agit d'une comparaison fil recuit contre fil étiré à froid, pas d'un test de barre omnibus laminé à chaud contre laminé à froid.
Ce que signifie un changement de conductivité pour les pertes des barres omnibus
La conductivité affecte la résistance volumique par la longueur et la section transversale du conducteur :
R = L / (sigma x A)
P = I^2 x RIci, R est la résistance en ohms, L est la longueur en mètres, sigma est la conductivité électrique volumique en siemens par mètre, Un est la surface de la section transversale en mètres carrés, et P est la perte de puissance résistive en watts au courant I en ampères.
Illustrative DC Example: 100% vs 97% IACS
Supposons deux conducteurs en cuivre droits et uniformes de géométrie identique, tous deux évalués à 20 degrés Celsius:
- Longueur : 1 mètre.
- Section transversale : 100 millimètres carrés, ou
0,0001 m^2. - Current: 200 A DC.
- Conducteur A : un supposé
58 MS/m, environ 100 % IACS. - Conducteur B : un
0,97 x 58 = 56,26 MS/m, environ 97 % IACS.
Ce sont des entrées de calcul déclarées, pas des valeurs VIOX mesurées ou une reconstruction du tableau historique. Elles représentent l'ampleur d'une différence de conductivité discutée dans le document indépendant Cuivre pour barres omnibus, section 1.2.2.1.2.
R_A = 1 / (58 000 000 x 0,0001)
= 0,000172414 ohm
R_B = 1 / (56 260 000 x 0,0001)
= 0,000177746 ohm
R_B / R_A = 100 / 97 = 1,03093| Quantité calculée | Conducteur A | Conducteur B |
|---|---|---|
| Résistance de masse | 172,41 micro-ohms | 177,75 micro-ohms |
| Perte de puissance à 200 A | 6,90 W | 7,11 W |
| Chute de tension à 200 A | 34,48 mV | 35,55 mV |
Dans ces hypothèses, le conducteur B a une résistance et une perte résistive approximativement 3,09 % supérieures, soit une augmentation d'environ 0,21 W sur la section d'un mètre. La conductivité et la résistivité sont des grandeurs réciproques, donc l'augmentation de résistance n'est pas exactement la différence de conductivité de trois points de pourcentage.
Cet exemple isole le comportement du matériau en vrac. Il exclut les jonctions, les trous, les changements de section, les effets de peau et de proximité en AC, ainsi que l'augmentation de la résistance due au réchauffement des conducteurs. Il ne s'agit pas d'une prédiction de température de fonctionnement, d'un calcul d'élévation de température admissible ou d'une classification de 200 A validée.
Pourquoi cela n'établit pas une détarification d'ampacité
Le courant admissible d'une barre omnibus dépend de la génération de chaleur et de l'évacuation de la chaleur, des limites de température de fonctionnement, des dimensions, des conditions d'enceinte et des connexions. La conductivité du matériau est une donnée. Un changement de conductivité en trois points ne peut pas être transformé en une réduction universelle de trois pour cent du courant nominal.
La résistance mécanique est également importante. Une condition souple choisie uniquement pour la conductivité peut ne pas satisfaire la résistance de la conception à la déformation permanente ou aux contraintes de formage. Une condition plus dure peut être utile, à condition que ses preuves électriques et mécaniques soutiennent l'assemblage. Les performances en cas de court-circuit nécessitent l'évaluation de l'ensemble complet, pas une étiquette de trempe.
Pour la distribution modulaire, le Guide de sélection des peignes de raccordement pour disjoncteurs modulaires (MCB) couvre la compatibilité et les caractéristiques des appareils. Ces vérifications restent nécessaires même lorsque la conductivité du cuivre est connue.
Spécifiez l'état du matériau, puis vérifiez la barre omnibus
Pour les barres omnibus en cuivre, les barres de terre ou neutres en cuivre, et les pièces de borne en cuivre, demandez des preuves qui identifient l'état de livraison. Un enregistrement utile du matériau devrait inclure :
| Preuves à demander | Question à laquelle elle répond |
|---|---|
| Le grade du cuivre et la spécification du matériau applicable | Les pièces comparées sont-elles réellement du même matériau, plutôt que d'être simplement toutes deux décrites comme du cuivre ? |
| Désignation du revenu final ou de l'état de livraison convenu | Le travail à froid est-il conservé, partiellement soulagé ou suivi d'un recuit ? |
| Conductivité minimale ou résistivité maximale, avec température de référence | Quelle propriété électrique est garantie pour cette nuance et cet état ? |
| Propriétés mécaniques appropriées à la pièce | L'état fourni répond-il aux exigences pertinentes en matière de résistance et de formage ? |
| Dimensions finies et tolérances pertinentes | La section conductrice réelle correspond-elle au calcul de résistance ? |
| Méthode d'essai, base d'échantillonnage et traçabilité des lots | La propriété déclarée peut-elle être connectée au matériel livré ? |
Une surface polie ou une mesure de dureté seule n'établit pas la conductivité électrique. De même, un certificat de matière première ne peut à lui seul vérifier l'échauffement du jeu de barres fini, la compatibilité des bornes ou les performances de court-circuit d'assemblage.
Maintenez séparées la résistance du volume et la résistance de joint. Si l'échauffement est concentré sur une connexion, changer le revenu du cuivre ne remplace pas la vérification de cette interface. Le explication de la surchauffe du joint de jeu de barres en cuivre aborde la pression de contact, la dégradation et les effets de température ; ces mécanismes sont différents du changement de conductivité dans une barre intacte.
Ne chauffez pas un jeu de barres installé pour tenter de récupérer la conductivité. Un traitement thermique du matériau peut altérer les propriétés mécaniques, les dimensions, le placage et l'isolation adjacente. Tout recuit requis appartient à une spécification de fabrication contrôlée, suivie d'une vérification de la pièce finie.
Pour un contexte système plus large, utilisez la vue d'ensemble des barres omnibus. Lors de l'évaluation des barres omnibus VIOX MCB, demandez les documents exacts sur le matériel et le produit du modèle plutôt que d'attribuer une conductivité ou un courant nominal à partir de cet exemple.
La spécification doit décrire ce qui est livré : la nuance de cuivre, l'état final, les propriétés électriques et les exigences mécaniques. “ Laminé à chaud ” et “ laminé à froid ” sont des informations de processus utiles, mais aucun des deux ne remplace ces preuves.
Sources
- Wolff, F. A., et Dellinger, J. H. (1911), La conductivité électrique du cuivre commercial, Tableau II et discussion de l'appariement d'échantillons, des pratiques de dessin et de la conductivité en pourcentage.
- Copper Development Association / European Copper Institute (2014), Copper for Busbars: Guidance for Design and Installation, conductivité, propriétés mécaniques et principes de capacité de transport de courant. Cette édition constitue une documentation technique de fond, et non une déclaration des exigences actuelles obligatoires du projet.
- Yang et collègues (2021), Effect of cold drawing strain on the microstructure, mechanical properties and electrical conductivity of low-oxygen copper wires, recherche primaire sur les conditions de traitement des fils étudiées.
- Copper Development Association, Trempes recuites, Trempes laminées à froidet Discussion sur la conductivité.
- Copper Development Association (2006), Alliages à haute teneur en cuivre, section Conductivité/Résistivité électrique, pour la date de référence IACS et la base de 58 MS/m uniquement.
