Nesta página
Sim. O trabalho a frio retido geralmente reduz a condutividade elétrica do cobre de alta condutividade, enquanto aumenta sua resistência e dureza. O tamanho da mudança depende da liga de cobre, deformação e tratamento térmico subsequente. Para barramentos, especifique o têmpera final e condutividade, não simplesmente “laminado a quente” ou “laminado a frio”. Uma diferença de condutividade não é uma redução universal na corrente nominal.
Por VIOX Editorial Team. Esta é uma explicação de materiais baseada em fontes; medições históricas, ilustrações conceituais e o cálculo ilustrativo abaixo não são resultados de testes de produtos VIOX.
Por Que o Trabalho a Frio Altera a Condutividade do Cobre
A laminação a frio, trefilação e conformação deformam permanentemente o cobre abaixo das condições necessárias para recristalização substancial. “Frio” descreve o processo metalúrgico, não necessariamente uma temperatura ambiente incomumente baixa. A deformação altera a estrutura de grão e introduz defeitos, incluindo discordâncias. Essas mudanças podem impedir o transporte de elétrons, ao mesmo tempo em que dificultam a deformação plástica adicional.
O compromisso prático é o aumento da tensão de escoamento e da dureza com alguma perda de condutividade. O aumento da resistência não deve ser confundido com um aumento equivalente no módulo de elasticidade: uma barra de cobre mais resistente pode resistir melhor à deformação permanente sem se tornar proporcionalmente mais rígida elasticamente.
O Orientação de têmpera laminada a frio da Copper Development Association explica o aumento na resistência à tração e ao escoamento. Sua discussão sobre condutividade também identifica uma leve redução na condutividade associada ao trabalho a frio retido.
Microestrutura conceitual, não uma imagem de microscópio ou uma comparação de tamanho de grão medida. O diagrama ilustra a deformação; ele não quantifica a mudança na condutividade.
Por que a Redução Não é uma Porcentagem Fixa
O efeito depende da composição, microestrutura inicial, quantidade e direção da deformação, e qualquer tratamento térmico subsequente. Uma leve operação de acabamento e um fio pesadamente trefilado não retêm necessariamente o mesmo estado.
Nem a condutividade é garantida a cair monotonicamente através de cada cronograma de deformação possível. Um estudo primário de 2021 de fios de cobre de baixo oxigênio relatou uma diminuição seguida por um aumento com tensão de desenho em suas condições investigadas. Contornos de grão, textura e recristalização contribuíram para a resposta. Esse experimento é um aviso contra uma regra universal, não um cronograma recomendado de processamento de barra condutora.
Para aquisição, uma condutividade mínima declarada para a classe especificada e o temperamento final é mais útil do que uma dedução assumida de um valor genérico de “cobre puro”. Para as unidades e base de referência, veja condutividade, resistividade e %IACS explicados.
Cobre Laminado a Quente vs. Laminado a Frio: Compare o Estado Final
Laminação a quente e laminação a frio descrevem rotas de processamento. Recozido, meio duro e duro descrevem as condições do material. Os rótulos respondem a perguntas diferentes, e um produto de cobre pode passar por mais de uma rota antes da entrega.
A conformação a quente permite recuperação ou recristalização sob condições de processamento adequadas. Isso pode reduzir o efeito de encruamento retido, mas laminado a quente não é sinônimo de totalmente recozido. O acabamento posterior, a deformação e o histórico térmico ainda importam. Inversamente, um produto laminado a frio pode ser recozido posteriormente. O guia de temperamento recozido da Copper Development Association descreve explicitamente o recozimento após trabalho a frio.
A comparação a seguir assume o mesmo grau e composição de cobre, com a condutividade avaliada na mesma temperatura de referência. Ela fornece expectativas qualitativas, não limites de aceitação.
| Condição de fornecimento | O que o rótulo do processo estabelece | Interpretação elétrica | Interpretação mecânica |
|---|---|---|---|
| Cobre laminado a quente | Laminação em alta temperatura ocorreu | A etiqueta por si só não estabelece condutividade nem prova superioridade sobre outro produto entregue | Verifique a têmpera e a resistência do material entregue; não assuma uma condição totalmente recozida |
| Cobre laminado a frio com trabalho a frio retido | A deformação de laminação permanece sem recozimento subsequente suficiente para remover seu efeito | A condutividade pode ser menor do que a do mesmo material em um estado adequadamente recozido | A tensão de escoamento e a dureza geralmente aumentam; a conformabilidade pode diminuir |
| Cobre laminado a frio, depois adequadamente recozido | A laminação a frio foi seguida por um tratamento térmico que alterou o estado retido | A condutividade pode recuperar o valor recozido da classe; verifique o resultado real | A resistência de encruamento pode ser reduzida e a ductilidade restaurada |
Apenas mapa de estado do processo. As setas descrevem a sequência de fabricação, não a fiação elétrica, a condutividade medida ou uma receita de produção exata.
Para uma comparação de barras, pergunte: Os produtos são da mesma classe? Foram testados na mesma temperatura? Qual é o temperamento final? Quais propriedades mínimas de condutividade e mecânicas cada fornecedor garante?
A aparência da superfície não é uma resposta a essas perguntas. Uma barra laminada a frio, lisa e brilhante, não é automaticamente menos condutora, e uma superfície trabalhada a quente não é prova de maior condutividade. A condição da superfície é importante em uma junta, mas é distinta da propriedade do material em massa.
O Que os Dados Históricos de Recozido e Estirado a Frio Mostram
O artigo de Wolff e Dellinger de 1911, A Condutividade Elétrica do Cobre Comercial, comparou fios de cobre comercial recozidos e trefilados a frio.
Estas Tabela II significam usar o primeiro grupo de amostra do fabricante, com média de três leituras por bitola de fio em vez de usar a média combinada recozida impressa. As diferenças são calculadas antes do arredondamento.
| Bitola de fio B&S | Média recozida, base original de percentual de condutividade | Média estirada a frio, base original de percentual de condutividade | Diferença, pontos percentuais |
|---|---|---|---|
| Nº 6 | 100.18% | 97.78% | 2.40 |
| Nº 12 | 100.32% | 97.48% | 2.84 |
| Nº 18 | 100.19% | 97.10% | 3.09 |
O artigo compara leituras do mesmo lote de material. Ele adverte que as evidências do Nº 6 e Nº 18 eram limitadas e que as práticas de trefilação afetaram a tendência de tamanho. Isso não estabelece uma regra intrínseca de diâmetro do fio.
Dois limites de interpretação são essenciais. Primeiro, subtrair duas leituras de condutividade percentual produz pontos percentuais, não automaticamente a perda percentual relativa. Segundo, a tabela usa a referência histórica de massa-resistividade do artigo a 20 graus Celsius. Ela antecede a referência IACS estabelecida em 1913, portanto, essas leituras não devem ser simplesmente renomeadas como IACS modernas. É uma comparação de fio trefilado a frio versus trefilado a quente, não um teste de barra de barramento laminada a quente versus laminada a frio.
O Que uma Mudança na Condutividade Significa para as Perdas do Barramento
A condutividade afeta a resistência em volume através do comprimento e da seção transversal do condutor:
R = L / (sigma x A)
P = I^2 x RAqui, R é a resistência em ohms, L é o comprimento em metros, sigma é a condutividade elétrica volumétrica em siemens por metro, Um é a área da seção transversal em metros quadrados, e P é a perda de potência resistiva em watts na corrente I em amperes.
Exemplo Ilustrativo DC: 100% vs 97% IACS
Assuma dois condutores de cobre retos e uniformes com geometria idêntica, ambos avaliados a 20 graus Celsius:
- Comprimento: 1 metro.
- Seção transversal: 100 milímetros quadrados, ou
0,0001 m^2. - Corrente: 200 A DC.
- Condutor A: um assumido
58 MS/m, aproximadamente 100% IACS. - Condutor B: um assumido
0,97 x 58 = 56,26 MS/m, aproximadamente 97% IACS.
Estes são entradas de cálculo declaradas, não valores VIOX medidos ou uma reconstrução da tabela histórica. Eles representam a escala de uma diferença de condutividade discutida no guia Cobre para Barramentos, seção 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| Quantidade calculada | Condutor A | Condutor B |
|---|---|---|
| Resistência em massa | 172,41 microohms | 177,75 microohms |
| Perda de potência a 200 A | 6,90 W | 7,11 W |
| Queda de tensão a 200 A | 34,48 mV | 35,55 mV |
Sob essas premissas, o Condutor B tem aproximadamente 3,09% a mais de resistência e perda resistiva, um aumento de cerca de 0,21 W na seção de um metro. Condutividade e resistividade são grandezas recíprocas, portanto o aumento da resistência não é exatamente a diferença de três pontos percentuais na condutividade.
Este exemplo isola o comportamento do material a granel. Exclui juntas, furos, seções transversais variáveis, efeitos de pele e proximidade AC e o aumento da resistência à medida que os condutores aquecem. Não é uma previsão de temperatura operacional, um cálculo de elevação de temperatura permitida ou uma classificação validada de 200 A.
Por que isso não estabelece uma redução de ampacidade
A corrente permissível de uma barra depende da geração e remoção de calor, limites de temperatura operacional, dimensões, condições de invólucro e conexões. A condutividade do material é uma entrada. Uma mudança de condutividade de três pontos não pode ser transformada em uma redução universal de três por cento na classificação de corrente.
A resistência mecânica também é importante. Uma condição mais macia escolhida apenas pela condutividade pode não satisfazer a resistência do projeto à deformação permanente ou restrições de conformação. Uma condição mais dura pode ser útil, desde que suas evidências elétricas e mecânicas suportem a montagem. O desempenho em curto-circuito requer a avaliação do arranjo completo, não um rótulo de têmpera.
Para distribuição modular, o Guia de seleção de barramentos para disjuntores (MCB) cobre a compatibilidade e as classificações do dispositivo. Essas verificações permanecem necessárias mesmo quando a condutividade do cobre é conhecida.
Especifique o Estado do Material, Em Seguida, Verifique o Barramento
Para barramentos de cobre, barras de terra ou neutras de cobre e peças de terminal de cobre, solicite evidências que identifiquem a condição entregue. Um registro de material útil deve incluir:
| Evidência a solicitar | Pergunta que responde |
|---|---|
| Grau do cobre e especificação de material aplicável | As partes comparadas são de fato do mesmo material, em vez de apenas ambas serem descritas como cobre? |
| Têmpera final ou designação da condição de entrega acordada | O trabalho a frio é mantido, parcialmente aliviado ou seguido de recozimento? |
| Condutividade mínima ou resistividade máxima, com temperatura de referência | Qual propriedade elétrica é garantida para esta classe e condição? |
| Propriedades mecânicas apropriadas para a peça | O estado fornecido atende aos requisitos relevantes de resistência e conformação? |
| Dimensões acabadas e tolerâncias relevantes | A seção transversal condutora real corresponde ao cálculo de resistência? |
| Método de teste, base de amostragem e rastreabilidade do lote | A propriedade declarada pode ser conectada ao material entregue? |
Uma superfície polida ou uma leitura de dureza por si só não estabelecem condutividade elétrica. Da mesma forma, um certificado de matéria-prima não pode, por si só, verificar o aumento de temperatura da barra de barramento acabada, a compatibilidade do terminal ou o desempenho de curto-circuito da montagem.
Mantenha a resistência do volume e da junta separadas. Se o aquecimento estiver concentrado em uma conexão, a alteração do temperamento do cobre não substitui a verificação dessa interface. A explicação de superaquecimento da junta da barra de barramento de cobre aborda a pressão de contato, degradação e efeitos de temperatura; esses mecanismos são diferentes da mudança de condutividade em uma barra intacta.
Não aqueça uma barra de barramento instalada para tentar recuperar a condutividade. Um tratamento térmico do material pode alterar propriedades mecânicas, dimensões, revestimento e isolamento adjacente. Qualquer recozimento necessário pertence a uma especificação de fabricação controlada, seguida pela verificação da peça acabada.
Para um contexto mais amplo do sistema, utilize a visão geral da barra de barramento. Ao avaliar barras de barramento VIOX MCB, solicite a documentação exata de material e produto do modelo em vez de atribuir uma condutividade ou corrente nominal a partir deste exemplo.
A especificação deve descrever o que é entregue: grau do cobre, têmpera final, propriedade elétrica e requisitos mecânicos. “Laminado a quente” e “laminado a frio” são informações úteis do processo, mas nenhuma substitui essa evidência.
Fontes
- Wolff, F. A., e Dellinger, J. H. (1911), A Condutividade Elétrica do Cobre Comercial, Tabela II e discussão sobre o pareamento de amostras, prática de desenho e condutividade percentual.
- Copper Development Association / European Copper Institute (2014), Copper for Busbars: Guidance for Design and Installation, condutividade, propriedades mecânicas e princípios de capacidade de condução de corrente. Esta edição é um histórico técnico, não uma declaração dos requisitos atuais obrigatórios do projeto.
- Yang e colegas (2021), Effect of cold drawing strain on the microstructure, mechanical properties and electrical conductivity of low-oxygen copper wires, pesquisa primária sobre as condições de processamento do fio investigadas.
- Copper Development Association, Temperas Recozidas, Temperas Laminadas a Frioe Discussão sobre Condutividade.
- Copper Development Association (2006), Ligas de Cobre Elevado, seção Condutividade/Resistividade Elétrica, apenas para a data de referência IACS e base de 58 MS/m.
