鋁合金電纜的性能及其在應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

彭永領(lǐng)+周俊民+喬月純

摘 要：文章介紹了鋁合金電纜的性能特點，分析了鋁合金導(dǎo)體的電阻率，連鎖鎧裝工藝參數(shù)，鋁合金-銅連接端子，裸連鎖鎧裝電纜燃燒試驗等方面存在的問題和建議。

關(guān)鍵詞：鋁合金電纜；AA8030；性能特點；裸連鎖鎧裝；問題

中圖分類號：TM241 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0182-02

1 概述

電工銅和鋁是電線電纜的主要導(dǎo)體材料。中國銅資源少，對外依存度高達(dá)70%，而中國的鋁資源豐富，自給率高[1]。近年來，我國大力提倡“以鋁節(jié)銅”[2]，相繼出臺了《GB/T 30552-2014電纜導(dǎo)體用鋁合金線》[3]、《NB/T 42051-2015 額定電壓0.6/1kV鋁合金導(dǎo)體交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜》[4]、《GBT 31840-2015額定電壓1kV到35kV鋁合金芯擠包絕緣電力電纜》[5]等多部鋁合金的電纜標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)所涉及的鋁合金導(dǎo)體成分序號（1～6）與美標(biāo)ASTM B800-5[6]規(guī)定的AA8000系列鋁合金牌號（8016、8030、8076、8130、8176、8177）成分是相同的。

鋁合金電纜彌補了以往純鋁電纜的不足，提高了電纜的導(dǎo)電性能、彎曲性能、抗蠕變性能和耐腐蝕性能等，能夠保證電纜在長時間過載和過熱時保持連續(xù)性能穩(wěn)定，特別是加入稀土元素后，可以細(xì)化金屬導(dǎo)體中的晶體結(jié)構(gòu)，從而大大提高導(dǎo)體的導(dǎo)電率、耐高溫性同時解決了導(dǎo)體電化學(xué)腐蝕等問題。另外，該產(chǎn)品采用內(nèi)聯(lián)鎖式金屬帶愷裝，安裝敷設(shè)簡便，解決了電纜在其特定系統(tǒng)使用中的安全、防銹、抗拉、彎曲、抗外機械力損傷等特殊要求，極大的提高了系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性。

2 鋁合金電纜的性能特點

2.1 蠕變性能

AA8030系列鋁合金是在純鋁中添加鎂、銅、鐵、硼、稀土等元素，經(jīng)過合金工藝和特殊熱處理的新興導(dǎo)體材料。其中Mg可以和許多元素形成強化相（如Mg2Si相、Al-Cu-Mg相），能夠提高合金的抗拉強度和柔韌性；Cu元素的固溶強化效果較為明顯，能提高其高溫抗拉強度，增加鋁合金在高溫時的電阻穩(wěn)定性；B元素能有效減小雜質(zhì)對鋁合金電導(dǎo)率的影響；RE元素具有凈化、除氣、除渣作用，并且能與氫氣結(jié)合形成氫化物，從而提高鋁導(dǎo)線的電導(dǎo)率、抗拉強度和抗腐蝕能力。

Fe元素的加入可以形成一種硬質(zhì)合金相，使鋁合金具有耐磨、耐腐蝕、耐高溫及抗蠕變性能，大大減少了鋁合金受熱受壓而產(chǎn)生的蠕變傾向，具備有和銅導(dǎo)體相似的連接穩(wěn)定性和可靠性，鋁合金線與電工純鋁線、電工軟銅線的抗蠕變對比試驗曲線見圖1[7][8]。

2.2 導(dǎo)電性能

硬態(tài)鋁電纜的電導(dǎo)率為61%IACS，AA8030鋁合金電纜的電導(dǎo)率為61.8%～62.2%[7]IACS，退火態(tài)銅電纜的導(dǎo)電率為100%IACS。由于鋁合金的電導(dǎo)率仍與鋁相近，載流量接近鋁電纜，當(dāng)鋁合金導(dǎo)體截面是銅導(dǎo)體截面的約1.5倍時（相差1-2個規(guī)格），基本能達(dá)到同樣的導(dǎo)電性能和載流量。雖然導(dǎo)體截面增加約50%，但導(dǎo)體半徑理論上增加約22%以下，從而盡可能少地占用管井敷設(shè)的空間。

2.3 機械性能

AA8030鋁合金導(dǎo)體退火后的延伸率（32%[7]）與軟鋁和軟銅導(dǎo)體的延伸率（30～45%[9]）基本一致，因此具有良好的柔韌性和彎曲性。鋁合金電纜的最小彎曲半徑（7D）優(yōu)于銅芯（10～20D）電纜，而且鋁合金電纜的反彈性比銅電纜的反彈性低40%，無記憶效應(yīng)，方便安裝和施工，并能減少安裝成本。

由圖1可知，鋁合金材料具有與銅基本一致的抗壓蠕變性。

2.4 連接性能

鋁合金導(dǎo)體大大減少了鋁導(dǎo)體易蠕變松弛而引起電纜接頭松動、接觸電阻增大、易引發(fā)事故的狀況。GB/T14315-2008《電力電纜導(dǎo)體用壓接型銅、鋁接線端子和連接管》所列銅鋁過渡方式的數(shù)據(jù)顯示，鋁合金電纜連接可靠性甚至比銅電纜還要穩(wěn)定。即使長時間過載和過熱，也能保證比銅芯電纜更高的連接穩(wěn)定性。

2.5 防腐性能

雖然鋁導(dǎo)體表面會形成一層薄而致密的氧化膜，能阻止導(dǎo)體內(nèi)部繼續(xù)被氧化腐蝕。但銅鋁導(dǎo)體連接處的電化學(xué)腐蝕仍然是傳統(tǒng)鋁芯電纜的致命弱點。當(dāng)在鋁合金中加入稀有金屬，就能極大改善耐腐蝕能力，減少了不同金屬之間的電位差，并依靠專用銅鋁過渡端子解除了銅鋁連接存在的腐蝕性隱患。美國的應(yīng)用事實表明，在空氣中鋁合金電纜的耐腐蝕性能優(yōu)于銅，銅電纜的使用壽命按30年設(shè)計，鋁合金電纜的使用壽命可以達(dá)40年。

2.6 經(jīng)濟性

鋁合金的密度2.71，只有銅（8.89）的30.5%，因此在相同電氣性能、相同長度下，鋁合金導(dǎo)體的質(zhì)量近似是銅導(dǎo)體質(zhì)量的一半。由于鋁合金電纜具有自重輕、承載力強的優(yōu)勢，特別適合大跨度建筑（如體育館、展覽館）的敷設(shè)，可減少對鋼結(jié)構(gòu)的荷載，節(jié)約鋼材料，降低安裝成本。另外，采用鋁合金電纜可以降低對高層建筑垂直敷設(shè)電纜的難度和工作量，節(jié)省人工成本。

3 鋁合金電纜在應(yīng)用中要注意的問題

3.1 關(guān)于GB/T 30552-2014和NB/T 42051-2015 的電阻率

標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 30552-2014 電纜導(dǎo)體用鋁合金線》中對電纜導(dǎo)體用鋁合金的化學(xué)成分、機械性能和直流電阻率的規(guī)定見表1和表2：

表1中的成分序號分別對應(yīng)ASTM B800-5規(guī)定AA8000系列中的AA8017、AA8030、AA8076、AA8130、AA8176和AA8

177。

《NB/T 42051-2015 額定電壓0.6/1kV鋁合金導(dǎo)體交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜》明確規(guī)定： 絞合導(dǎo)體中任一單線，抗拉強度應(yīng)為98～159MPa，斷裂伸長率應(yīng)≥10%。因此，若采用GB/T 30552-2014規(guī)定的硬態(tài)（Y）鋁合金線（其電阻率為0.028976）制造鋁合金導(dǎo)體時，必須要在導(dǎo)體絞制前或絞制后進行退火，否則只能滿足NBT 42051-2015中單線機械性能要求，而不能滿足電阻率的要求。endprint

3.2 關(guān)于連鎖鎧裝工藝參數(shù)

為了保證連鎖鎧裝鋁合金電纜的彎曲半徑不大于7倍電纜外徑，并能通過相應(yīng)的松緊度試驗，同時要保證電纜彎曲時纜芯能在鎧裝層下產(chǎn)生滑移，而且鎧裝層不能產(chǎn)生脫扣，并要有一定的伸縮性。確定合理的連鎖鎧裝工藝參數(shù)為：聯(lián)鎖鎧裝層與纜芯間隙控制在1～2mm，鋁合金帶繞包節(jié)距控制在帶寬的2/3左右，鋁合金帶成型時的卷邊角度應(yīng)大于30度。

3.3 關(guān)于工程設(shè)計

由于相同載流量的鋁合金電纜比銅電纜導(dǎo)體截面要大1～2擋，因此若在建筑工程中使用鋁合金電纜替代銅電纜，則工程設(shè)計中的預(yù)埋孔、電纜橋架、電纜保護鋼管等需要重新核算設(shè)計，而不能根據(jù)銅芯電纜的經(jīng)驗確定。特別是鋁合金電纜專用的端子頭及其配套工具等都與傳統(tǒng)銅電纜不同，在一定程度上增加了工程成本。

3.4 關(guān)于裸連鎖鎧裝電纜的燃燒試驗

《NB/T 42051-2015 額定電壓0.6/1kV鋁合金導(dǎo)體交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜》第14.25規(guī)定：根據(jù)電纜阻燃類型的不同，試驗要求和方法應(yīng)符合GB/T18380.33-2008A類、GB/T18380.3

4-2008B類、GB/T18380.35-2008C類中相應(yīng)阻燃類型的規(guī)定。但是，對于無外護套（裸鎧裝）的鋁合金連鎖鎧裝電纜，其非金屬材料的體積比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電纜少很多，如果按照GB/T18380-2008成束燃燒試驗，所需電纜根數(shù)很多，以鋁合金導(dǎo)體交聯(lián)聚乙烯絕緣鋁合金帶連鎖裸鎧裝三芯（3×120mm2）交聯(lián)聚乙烯電力電纜為例，計算結(jié)果為41根樣品[10]，線芯根數(shù)較普通電纜多出數(shù)倍，使燃燒實驗室工作量明顯增大，且部分型號規(guī)格的電纜由于樣品數(shù)量超過了試驗設(shè)備的范圍，可能導(dǎo)致試驗無法操作。而且對于鋁合金裸鎧裝電纜，由于沒有外護套，也就不能像有外護套電纜那樣采用GB/T18380-2008的試驗方法判斷其阻燃性能的符合性，建議有關(guān)部門盡快完善此類裸鎧裝電纜的阻燃、煙密度、透光率和鹵酸氣體含量等試驗方法標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語

西安奧凱電纜事件再一次警示我們，“質(zhì)量第一”不是空喊口號，而要實干興邦?；谌蜚~礦資源匱乏，開采成本過高，以鋁節(jié)銅是國際趨勢。加快研發(fā)電工用鋁合金桿材和連接端子的新材料、新品種，加快鋁合金生產(chǎn)設(shè)備的更新?lián)Q代，更快地提升我國鋁合金電纜產(chǎn)品的質(zhì)量水平是今后的努力方向。

參考文獻(xiàn)：

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