配電システムに不可欠な部品である銅バスバーとアルミバスバーは、導電性、コスト、物理的特性の面で明確な利点とトレードオフを提供し、その選択は特定のアプリケーション要件とプロジェクトの制約に依存します。
銅
銅はその優れた電気的・熱的特性により、バスバー用の優れた材料として際立っています。IACS単位で100%の導電率を持つ銅は、電気伝送において比類のない効率を提供します。電気抵抗率が1mあたり0.0171Ω/mm²と低いため、エネルギー損失が最小限に抑えられ、高性能な用途に最適です。銅の優れた熱伝導率はアルミニウムより約 60% 高く、コンパクトな電子機器設計には欠かせない効率的な放熱を可能にします。さらに銅の高い引張強度と耐疲労性は、電気システムの耐久性と寿命の長さにも貢献しています。これらの特性は耐食性、抗菌性と相まって、信頼性と性能が最重要視される重要な電気インフラに銅が選ばれる理由となっています。
アルミニウム
アルミニウム製バスバーは、電気システムにおいていくつかの明確な利点を提供し、多くの用途でますます一般的な選択肢となっています。約61% IACS（International Annealed Copper Standard：国際焼鈍銅規格）の導電率を持つアルミニウムは、効率的な電力伝送を実現すると同時に、銅よりも約70%も軽量です。この軽量の特性は、輸送コストの削減や設置の容易さにつながり、特に頭上や移動式の用途に有益です。
アルミニウムの費用対効果は大きなセールスポイントで、一般的に銅よりも安いため、大規模なプロジェクトでは大幅な節約につながります。さらに、アルミニウムの保護酸化皮膜による自然な耐食性は、過酷な環境での耐久性を高めます。アルミニウムは100%リサイクルが可能なため、環境負荷の低減に貢献し、電気業界のグリーン・イニシアティブに合致しています。これらの特性により、アルミニウム製バスバーは、航空宇宙、ポータブル機器、重量とコストを最優先する予算重視のプロジェクトなどの用途に特に適しています。
1.導電率
導電率は、銅バスバーとアルミニウムバスバーを比較する上で非常に重要な要素です。銅は優れた導電性を示し、その値は約100% IACS (International Annealed Copper Standard)ですが、純アルミニウムは通常約61% IACSです。この導電率の違いは、バスバーの設計と性能に大きな影響を与えます：
- 銅バスバーは、より小さな断面積でより多くの電流を流すことができるため、よりコンパクトな設計になります。
- アルミバスバーは、銅の通電容量に匹敵するために、およそ56%大きな断面積を必要とする。
- 銅の比抵抗（20℃で10.6オームcir/mil ft）はアルミニウムの比抵抗（20℃で18.52オームcir/mil ft）より低いため、銅バスバーの電力損失が減少する。
2.容量
導体の最大通電容量である電流容量は、銅バスバーとアルミ バスバーを比較する上で重要な要素です。銅バスバーは一般的に、同じ寸法のアルミバスバーよりも高い電流容量を持っており、過熱することなくより多くの電流を流すことができます。例えば、銅バスバーは通常約1.2Amp/mm²の電流を流すことができますが、アルミニウムバスバーは約0.8Amp/mm²の電流を流します。この違いは、アルミバスバーが銅の通電容量に匹敵するためにはより大きな断面積を必要とすることを意味し、多くの場合50-60%のサイズアップが必要となります。しかし、バスバーの形状や向きを最適化したり、表面処理を施して放射率を改善するなど、さまざまな方法で電流容量を改善することができます。
3.重量
アルミ製バスバーは銅製バスバーと比較して重量面で大きな利点があり、同じ寸法で約 70% 軽量です。この重量差は、銅の密度が8.96g/cm³であるのに対し、アルミニウムの密度が約2.7g/cm³と低いことに起因しています。アルミニウム製バスバーの軽量化により、いくつかの実用的な利点が得られます：
- 取り扱いと設置が容易で、人件費と時間を削減。
- システム全体の軽量化による輸送コストの削減。
- 必要な支持構造が少なく、設置の複雑さとコストをさらに削減。
- 航空宇宙やポータブル機器など、重量が重視される用途に最適。
4.コスト
アルミ製バスバーは銅製よりもコスト面で大きな利点があり、多くの電気的用途で魅力的な選択肢となっています。アルミニウムの原材料費は銅よりも大幅に低く、銅とアルミニウムの価格比はしばしば3:1を超えます。このコスト差は、特に大規模なプロジェクトや予算が重視される用途では、大幅な節約につながります。しかし、アルミのバスバーは銅の導電率と同じにするために、より大きな断面が必要になる場合があり、初期コストの節約を部分的に相殺する可能性があることを考慮することが重要です。
5.耐食性
銅とその合金は卓越した耐食性を示し、バスバーを含む様々な用途に理想的です。銅の耐食性は、主に金属に密着する酸化銅（Cu2O）からなる保護表面皮膜の形成によるものです。ほとんどの環境において、銅の腐食速度はごくわずかです。一方、アルミニウムの自然酸化皮膜は多くの環境で良好な保護を提供するため、特定の環境要因によっては、どちらの素材もバスバー用途に適しています。
6.熱膨張
熱膨張は、銅バスバーとアルミニウムバスバーを比較する際、特に温度変化の激しい用途では重要な要素です。アルミニウムは銅に比べて熱膨張係数が高く、温度変化により大きく膨張・収縮します。この特性は、適切に管理されなければ、接合部の完全性やシステムの信頼性に長期にわたって影響を与える可能性があります。同じ温度上昇を維持しながら銅バスバーをアルミニウムで代用する場合、アルミニウム・バーの幅を通常約27%、厚さを約50%増やす必要があります。
7.強度
銅バスバーは一般的にアルミニウムよりも優れた強度を示し、高い機械的耐久性を必要とする用途に適しています。銅の引張強度はアニール処理されたC101で約200～250N/mm²で、アニール処理された合金のアルミニウムの50～60N/mm²を大幅に上回ります。しかし、アルミニウムの強度は合金化によって向上させることができるため、多くの用途、特に重量を最優先する場合に有効な選択肢となります。
8.サイズ
バスバーのサイズは電気システム設計において重要な役割を果たし、銅とアルミニウムでは同等の性能を得るために必要な寸法が異なります。アルミニウム・バスバーは通常、同じ電流を流すために銅よりも大きな断面積を必要とします。例えば、同じ温度上昇を維持するためには、同じ厚さの銅バスバーと比較して、アルミバスバーの幅を約27%大きくする必要があります。
9.リサイクル性
銅バスバーもアルミバスバーもリサイクル性に優れ、電気産業における持続可能な資源管理に貢献します。銅は特性を失うことなく無期限にリサイクルでき、一次生産に比べ最大85-90%のエネルギーを節約できます。アルミニウムも同様に素晴らしく、100%リサイクル可能で、一次生産に必要なエネルギーの5%しか必要としません。どちらの金属も循環型経済モデルをサポートし、廃棄物と環境への影響を最小限に抑えます。
10.アプリケーション
銅バスバーとアルミバスバーは、そのユニークな特性により、様々な産業で幅広く使用されています。銅バスバーは送電や配電ステーションで広く使われ、アルミバスバーはその軽量性から航空宇宙やインフラ産業で好まれています。さらに、銅クラッドアルミ バスバーは両方の金属の長所を兼ね備えているため、新エネルギー自動車、エネルギー貯蔵バッテリー、大電流電解精製 プロジェクトで人気を集めています。
