OFC vs. CCA eli kaapelimateriaalin valinta

Mitä eroa on täyskuparilla ja alumiinikaapelilla?

Otsikon kysymys on yleisimpiä kysymyksiä kaapeleihin liittyen. Aloitetaan termeistä eli mitä ne kaapelit oikeasti ovat:

OFC tulee sanoista Oxygen Free Copper eli suomeksi happivapaa kupari. Kuparin puhtausaste on yleensä 99,99% tai yli sen. Eli jotain muuta kuin kuparia on johtimessa vähemmän kuin prosentin sadasosan verran. Tästä syystä lienee saanut alkunsa termi ”täyskupari”.
CCA tulee sanoista Copper Clad Aluminium eli suomeksi kuparipinnoitettu alumiini. CCA-kaapeleille on olemassa standardi ASTM B566. Luokassa 10A kuparia on 10% kaapelin poikkipinta-alasta ja luokassa 15A kuparia on 15% kaapelin poikkipinta-alasta. Autohifikäyttöön valmistetuissa kaapeleissa pinnoitteen ja ytimen suhde voi olla silti mikä tahansa, valmistajat eivät sitä useinkaan ilmoita.

Miten OFC- ja CCA-kaapelin voi erottaa toisistaan?

Helpoin tapa erottaa kaapelit toisistaan on paino. Alumiinin ominaispaino on 2,7 kg/litra ja kuparin 8,9 kg/litra. Eli kupari painaa 3,3 kertaa enemmän kuin alumiini. Tietty painovertailu on vaikeaa jos ei ole vertailukohtaa tai aikaisempaa havaintoa kaapeleiden painosta.
Alumiini on alumiinin väristä ja kupari kuparinväristä. Poikkileikkauksesta näkee värieron. Katkaise kaapelista pätkä ja katso minkä värinen kaapelin pää on. Koska CCA-kaapelissa on säikeiden pinnalla ohut kerros kuparia, se näyttää kuparikaapelilta kun sitä kuorii.

Mitä eroa tai yhtäläisyyksiä on kuparilla ja alumiinilla?

Yhtäläisyydet:

Molemmat ovat pehmeitä metalleja
Molemmat ovat hyviä sähkönjohtimia verrattuna useimpiin muihin metalleihin
Molempien lämmönjohtavuus on erittäin hyvä
Kumpikaan ei ruostu vaan hapettuu

Eroavaisuuksia:

alumiinin paino on noin 30,3% kuparin painosta
alumiinin sähkönjohtavuus on noin 65% kuparin sähkönjohtavuudesta
alumiini on maailman yleisin metalli, sitä on noin 8% maankuoresta.
kupari on paljon harvinaisempi metalli, sitä on noin 0,007% maankuoresta.

Koska molemmat ovat pehmeitä metalleja, helpohkoja muovattavia ja sähkönjohtavuudeltaan hyviä, ne soveltuvat hyvin johtimien valmistukseen. Kumpikaan metalli ei myöskään ruostu vaan molemmilla on taipumus hapettua. Hapettunut pinta toimii myös suojakerroksena joka suojaa metallia hapettumisen etenemiseltä syvemmälle metalliin.

Käytännössä OFC-kaapelit pysyvät usein siistimpinä ja ongelmattomampina vuosien käytössä kuin halvemmat vaihtoehdot – etenkin liitoksissa ja kosteissa/suolaisissa olosuhteissa.

Alumiinin pinnalle muodostuu nopeasti oksidikerros, joka on huono johde. Hyvä liitos pystyy rikkomaan ja läpäisemään sen, mutta jos puristus heikkenee tai liitos pääsee liikkumaan, oksidikerros voi alkaa vaikuttaa enemmän → resistanssi nousee lisää.

Kuinka paljon parempi johdin kupari on?

Alla olevalla laskurilla voit vertailla erikokoisten CCA- ja OFC-kaapeleiden häviöitä erilaisissa järjestelmissä.

Virtakaapelin häviölaskuri (DC)

Laskuri laskee kaapelihäviöt tasavirtajärjestelmissä (esim. autohifi ja 12 V aurinkopaneelijärjestelmät). Huonot liitokset voivat lisätä resistanssia enemmän kuin itse kaapeli. Laskuri olettaa, että liitokset ovat hyviä.

1) Kaapeli

Kaapelin paksuus (mm²) Materiaali

OFC on happivapaata puhdasta kuparia.

Virtakaapelin pituus (m) Maakaapelin pituus (m)

Virtakaapelin pituus: akun ja vahvistimen välinen pluskaapeli.

Maakaapelin pituus: vahvistimen ja rungon/maadoituspisteen välinen kaapeli. Oletuksena maakaapelin koko on sama kuin virtakaapelin. Älä käytä ohuempaa maakaapelia.

2) Järjestelmäjännite

Auto sammuksissa (12.0 V) Auto käynnissä (14.4 V)

3) Syöttötapa

Virrankulutus (A) Vahvistinteho (W)

Virta (A)

Vahvistinteho (W) Hyötysuhde (%)

Tulokset

Kokonaisresistanssi: – mΩ

Virta: – A

Jännitehäviö kaapeleihin: – V

Jännitehäviö (%): – %

Häviöteho kaapeleihin: – W

Vahvistimelle jäävä jännite: – V

Kaapelihäviön takia menetetty vahvistinteho: – W

Arvio perustuu syöttöjännitteen putoamiseen täydellä teholla (V²-oletus). Oletuksena vahvistin todella kykenee tuottamaan käyttäjän ilmoittaman tehon. Huonot liitokset voivat kasvattaa jännitehäviötä vielä enemmän kuin kaapeli.

Ohjearvot jännitehäviölle

3% – NEC (informational note)
5% – NEC (informational note)
10% – ABYC E-11

Ohjearvot ovat yleisiä suunnitteluohjeita; käyttäjä päättää itse, mitä rajaa tavoittelee.

Miksi jännitehäviö kaapelissa vaikuttaa vahvistimen tehoon?

Kun sisääntulojännite tippuu, niin vahvistimen antama teho tippuu. Oletuksena että vahvistin oikeasti kykenee antamaan ilmoittamansa tehon.

Todellisuudessa vahvistimen ulostulotehoa menetään kokonaisuutena enemmän kuin pelkän kaapelin aiheuttama häviö. Järjestelmässä on useita liitoksia välissä ja liitokset aiheuttavat lisää jännitehäviötä. Virtakaapelissa on liitin, joka on kiinni akkukengässä, sitten sulakepesän molemmissa päissä, siellä välissä vielä sulake ja sen jälkeen vähintään vielä vahvistimen terminaalissa. Eli minimissään seitsemän liitosta jo virtakaapelissa ja niistä yksikään ei ole 100% häviötön liitos. Ja kolme liitosta on myös maakaapelissa: maapiste, liitin ja vahvistimen terminaali. Liitokset ovat pakollisia pahoja ja ne kannattaa tehdä mahdollisimman hyvin.

Alumiinin taipumus virumiseen

Liitin (puristuskenkä, jakoblokki, ruuviliitin) toimii vain, jos johdin ja liitin ovat puristuksissa kunnolla. Alumiini on kuparia pehmeämpää, ja se muotoutuu hitaasti puristuksen alla. Tätä kutsutaan virumiseksi. Käytännössä se tarkoittaa seuraavaa:

Liitos kiristetään tänään tiukaksi.
Ajan myötä alumiini “antaa periksi” puristuskohdassa.
Puristusvoima pienenee → kosketuspinta heikkenee → liitosresistanssi kasvaa.

Ja kun resistanssi kasvaa, lämpö nousee jyrkästi, koska:

P = I^2R

Isoilla virroilla jo milliohmit merkitsee paljon. 200 A ja 2 mΩ tekee 80 W lämpöä yhteen liitokseen. Se on jo sellainen määrä, että muovit pehmenee ja liitos voi heiketä lisää. Autossa lämpötila vaihtelee jatkuvasti varsinkin Suomessa. Pakkanen, kuuma moottori jne. Alumiini laajenee lämpötilan noustessa enemmän kuin kupari, ja usein liitinmateriaali (messinki/kupari/teräs) käyttäytyy eri tavalla kuin alumiinijohdin.

Lämpötilan vaihtuessa liitos elää mikroliikkeinä.
Mikroliike heikentää kontaktia ja pahentaa löystymistä, erityisesti jos puristusvoima on jo laskenut virumisen takia.
Tämä voi muodostaa noidankehän: löystyminen → resistanssi → lämpö → viruminen kiihtyy → lisää löystymistä.

CCA-kaapelin kestävyys ja käytettävyys

CCA-kaapelit käytännössä hapettuvat herkemmin kuin OFC-kaapelit. Muutaman vuoden vanhoja CCA-kaapeleita on nähty sellaisen töhnän peitossa, että kaapelin ja sen liitosten johtavuus on ollut jo todella heikko. Poikkeuksiakin on nähty, vaikkakin paljon harvemmin. Tähän vaikuttavat seikat:

Laatuerot eri CCA-kaapeleissa eri valmistajien välillä
Ylikuormitettuna kaapeli kestää huonommin kuin reilusti mitoitettuna.
Liitosten laatu: liittimen puristus, liitoskohtien puhdistus ja liitosten suojaus

Tinaliitosten tekeminen voi olla CCA-kaapeliin hankalampaa kuin OFC-kaapeliin. Mutta tämäkään ei päde kaikkiin, reilulla kuparikerroksella pinnoitettuun CCA-kaapeliin tina tarttuu ihan hyvin.

Kumpaa kaapelia sitten pitäisi valita?

Minun mielestäni KAIKKI muut seikat puoltavat OFC-kaapelia paitsi hinta. CCA on reilusti edullisempaa kuin OFC. Jos rahat riittävät niin osta OFC-kaapelia, se johtaa paremmin ja kestää paremmin.

Valitsit kumman tahansa, niin huomioi nämä

hanki riittävän paksut kaapelit
tee kunnolliset liitokset, kontakti on TÄRKEÄ!
puristusliitoksen kontakti on paras, mutta kaapelin pään tinaus suojaa hapettumiselta
puhdista kaikki kontaktipinnat hyvin
suojaa maaliitokset koria vasten ( maali tai korroosiosuojarasva )
suojaa virtaliitokset akunnavassa konetilassa ( korroosiosuojarasva )
liitosten suojana kannattaa käyttää kutistesukkaa

Asiakkaiden toivomuksesta olemme tehneet sivuillemme sekä Kaiutinkaapeleihin että Virtakaapeleihin ominaisuuden jolla voit valita vain OFC-kaapelit tai vain CCA-kaapelit näkyviin kun haluat valita kaapeleita. Ja siitä samasta pyynnöstä tämä artikkeli tehtiin.