淺析鋁合金電纜的優(yōu)勢及劣勢

陳浩

淺析鋁合金電纜的優(yōu)勢及劣勢

陳浩

Qian xi lv he jin dian lan de you shi ji lie shi

一、引言

隨著機電安裝在建筑工程系統(tǒng)中所占比例日益增加，從90年代的5%到現(xiàn)今的超過35%。其中，除去設(shè)備安裝部分，電纜及配套設(shè)備安裝所占投資額是安裝工程中的主要部分。從2000年以后，綜合樓，賓館及高層住宅大量上馬，建筑中的機電安裝部分，70%以上采用銅芯電纜及電線。大量使用銅芯電纜電線的后果就是導(dǎo)致銅價上漲，機電安裝成本高居不下，電纜被盜事件屢禁不止。這些問題使我們迫切的需要找到一種可以替代銅芯電線電纜的產(chǎn)品。經(jīng)過無數(shù)次試驗，最終科學家們發(fā)現(xiàn)鋁是替代銅的最佳產(chǎn)品。

二、鋁合金電纜的優(yōu)勢

1.導(dǎo)電性能

一般情況下，普通鋁芯電纜電線大2～4個規(guī)格后導(dǎo)電性能與銅芯電纜電線相同。但鋁合金電纜采用了緊壓絞合技術(shù)，使導(dǎo)體壓緊度達到93%～95%，從而使電纜外徑大大縮小，據(jù)可靠數(shù)據(jù)，相同的電氣性能，鋁合金電纜僅需要比銅芯電纜規(guī)格大一個型號即可。

電纜電氣性能比較

電壓降/[%（km*A）] 1 銅芯 10 75 1.830 0.816鋁芯 16 78 1.776 0.826 2 銅芯 16 100 1.150 0.518鋁芯 25 103 1.136 0.527 3 銅芯 95 298 0.193 0.105鋁芯 120 281 0.237 0.127 4 銅芯 185 456 0.099 0.064鋁芯 240 437 0.118 0.074 5 銅芯 240 538 0.075 0.054鋁芯 300 504 0.095 0.063規(guī)格/mm2 載流量/A 直流電阻/（Ω/km）

我們選舉了幾個電纜型號進行銅鋁導(dǎo)體電氣性能對照，由上表可以看出，鋁合金電纜在大一級截面情況下電氣性能基本接近銅芯電纜。

2.機械性能

（1）彎曲性能

首先，鋁合金電纜因為采用新工藝使得其柔韌性能大幅度提高，比較相應(yīng)銅芯電纜，其柔韌性提高近30%；其次，鋁合金電纜的彎曲半徑為7倍外徑，而相應(yīng)銅芯電纜僅能做到最小10倍外徑；第三，鋁合金電纜的反彈性能比銅芯電纜小40%，且鋁合金電纜具有無記憶力，所以其反彈性能明顯優(yōu)于銅芯電纜，所以，在電纜敷設(shè)過程中，鋁合金電纜更利于安裝和端子頭處的壓緊，提高了端子處的穩(wěn)定性。

（2）延伸性能

延伸性能是產(chǎn)品能承受外力大小的重要標志，鋁合金電纜的特殊退火技術(shù)處理后延伸率能達到30%，而相應(yīng)銅芯電纜的伸長率為25%，這也是鋁合金電纜能取代銅芯電纜的重要指標之一。

（3）抗拉強度

鋁合金電纜可以支撐4000m長度的自重，銅芯電纜僅能支撐2750m。在進行大跨度電纜敷設(shè)時，如體育場館，會展中心等，鋁合金電纜的抗拉強度的優(yōu)勢尤為突出。

（4）抗蠕變性能

蠕變就是指金屬在溫度、外力和自重的作用下，緩慢地產(chǎn)生不能復(fù)原的永久性變形。蠕變可導(dǎo)致電纜接觸點及連接處不能壓緊或壓力減少，使該處的接觸電阻迅速增大，產(chǎn)生發(fā)熱，打火等現(xiàn)象，進而形成安全隱患。鋁合金電纜在特殊配方，特殊退火工藝及熱處理工藝下，大大減少了金屬的受熱和壓力下的蠕變傾向。試驗比較，鋁合金電纜的抗蠕變性能較銅芯電纜提高230%～300%，大大地提高了電纜在使用中的安全性。

3.抗腐蝕能力

鋁合金電纜主要成分是鋁，鋁在空氣中很容易形成一層致密氧化膜，該氧化膜阻止了電纜內(nèi)部金屬進一步被氧化。而銅芯電纜不會形成氧化膜，在電纜表面被氧化后，會進一步氧化內(nèi)部金屬，當一段時間后，銅芯電纜表面氧化物脫落后，會重新進行新一輪氧化，導(dǎo)致金屬流失。鋁合金電纜在制造過程中，加入了稀有金屬，進一步提高了鋁合金電纜的抗腐蝕性，減少了不同金屬的電位差，研究標明，5XXX型系列鋁合金，在海水環(huán)境中不會產(chǎn)生明顯的腐蝕現(xiàn)象。

4.連接性能

鋁合金電纜中的合金成分大大提高了鋁合金電纜的連接性能。鋁合金電纜的高抗蠕變性能使得其在一定時間內(nèi)的過載，過熱的情況下，也能保證連接的穩(wěn)定性。鋁合金電纜配有的專用銅鋁過度端子采用摩擦焊接工藝，具有焊縫強度高，導(dǎo)電性能好，耐電化腐蝕等特點，更好地保證了其連接的可靠性。

5.經(jīng)濟性能

鋁合金電纜的材料成本明顯低于銅芯電纜，經(jīng)計算，按照電氣性能相近的鋁合金電纜較銅芯電纜材料成本節(jié)約可達20%以上；由于鋁合金電纜重量輕，機械強度高，轉(zhuǎn)彎半徑小及反彈性小等特點，造就了鋁合金電纜具有靈活多變的安裝方式，可采用沿墻明敷，也可采用價格較便宜的梯架取代橋架安裝。因此，安裝成本平均可節(jié)約30%～40%；同樣由于鋁合金電纜的特性，使其安裝靈活輕便，可節(jié)約大量的人工成本，據(jù)統(tǒng)計，鋁合金電纜可以減少40%以上的工作日；使用鋁合金電纜在工程建設(shè)和使用過程中，大大減少了成品保護及現(xiàn)場看護費用。

三、存在的問題

上述，我們研究了鋁合金電纜在工程中的優(yōu)勢，下面，我們來談?wù)勪X合金電纜在建筑工程中還存在的問題。

1.鋁合金電纜在中壓電網(wǎng)中的問題

目前，我國在運行中的電力電纜主要是以銅芯電纜為主，鋁芯及鋁合金電纜所占比例小于5%，主要原因在于大截面鋁合金電纜的中間接頭施工工藝還未完全解決現(xiàn)場壓接技術(shù)問題。據(jù)統(tǒng)計，鋁合金電力電纜故障主要發(fā)生在電纜中間接頭處，占故障比例的68.32%，其中，以500mm2及以上電力電纜故障尤為突出，占比高達82.34%。

2.建筑的結(jié)構(gòu)尺寸問題

在相同載流量情況下，鋁合金電纜外徑較銅芯電纜大一到兩個規(guī)格（大截面電纜會大兩個規(guī)格），若是后期針對設(shè)計進行優(yōu)化而改用鋁合金電纜，原設(shè)計中的預(yù)留預(yù)埋孔洞及橋架大小將無法滿足電纜敷設(shè)要求，進而需要增加開孔及橋架變更費用。高層建筑電氣井道尺寸歷來是設(shè)計難題之一，井道內(nèi)橋架，設(shè)備位置沖突，維修間距不足是常見問題，而鋁合金電纜敷設(shè)所需孔洞尺寸較銅芯電纜大，井道空間尺寸更顯緊湊；高層建筑地下室管道眾多，水管，風管，空調(diào)管道，強弱電橋架等，同時還要保證地下室標高滿足要求，如鋁合金電纜需沿橋架敷設(shè)，橋架的寬及高將大于銅芯電纜所需尺寸，將會造成地下室管道及橋架空間布局困難。

3.規(guī)范及標準上未有統(tǒng)一規(guī)定

我國現(xiàn)行主要的設(shè)計及施工規(guī)范基本以銅芯電纜及電線為參照進行編制的，鋁合金電纜作為新興產(chǎn)品在建筑工程中的設(shè)計及使用標準未進行統(tǒng)一編制。導(dǎo)致，在現(xiàn)有規(guī)范中，針對消防負荷，戶表系統(tǒng)工程及高壓供電系統(tǒng)等重要負荷設(shè)計時，不允許采用鋁合金電纜，舉例來說，鋁合金電纜只有阻燃等級，而沒有規(guī)定具體的耐火等級，而且鋁的耐溫性能明顯低于銅，因此，在消防系統(tǒng)中，消防系統(tǒng)電纜及電線需要具體的耐火等級，鋁合金電纜及電線無法替代原設(shè)計中的銅芯電纜。

四、結(jié)語

綜合上述，通過解析鋁合金電纜的優(yōu)點及存在的問題，不難看出鋁合金電纜已經(jīng)非常接近銅芯電纜的性能。而我國是一個富鋁貧銅的國家，以鋁節(jié)銅是我國減少對國外銅資源進口依賴的重要策略之一。國家相關(guān)部門也應(yīng)出臺相應(yīng)的國家標準，使鋁合金電纜的生產(chǎn)制造更加規(guī)范化，標準化。相信長此以往，鋁合金電纜會在更多場所取代銅芯電纜，廣大用戶也會逐漸發(fā)現(xiàn)鋁合金電纜的優(yōu)點，從而逐步接受它，我國也會從現(xiàn)階段的以鋁節(jié)銅，發(fā)展到最終的以鋁代銅。

（作者單位：四川省經(jīng)緯建筑設(shè)計有限公司）