淺談鋁合金電纜的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用前景

(1.西安天虹電氣有限公司　陜西　西安　7100751；2西安工業(yè)大學(xué)工業(yè)中心　陜西　西安　710021.)

引言

眾所周知，用作電線電纜的導(dǎo)電材料，通常有銅和鋁兩種，現(xiàn)在建筑領(lǐng)域中公共建筑與居住建筑所使用的電纜基本上全都是銅芯電纜，那是因?yàn)樗^鋁芯電纜具有電阻率低導(dǎo)電性能好、延展性好、強(qiáng)度高、抗疲勞、穩(wěn)定性好，耐腐蝕、載流量大、電壓損失低、發(fā)熱溫度低運(yùn)行更安全、能耗低、抗氧化，耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但是它也有一個(gè)致命的缺點(diǎn)就是造價(jià)昂貴，銅芯電纜成本是鋁芯電纜的3-5倍左右。

現(xiàn)在市場(chǎng)上常見電纜導(dǎo)體有銅和鋁兩種材質(zhì)，鋁線的機(jī)械強(qiáng)度差，易于折斷，長期使用的鋁線會(huì)脆化，不利于維修，熔點(diǎn)低、火災(zāi)發(fā)生的概率增大[1]。針對(duì)鋁電纜在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題，美國上世紀(jì)60年代初就研究開發(fā)出鋁合金導(dǎo)體，并陸續(xù)開發(fā)出系列鋁合金材料，形成了AA8000系列鋁合金材料[2]。以這種鋁合金為導(dǎo)體、交聯(lián)聚乙烯絕緣、連鎖式鋁合金帶鎧裝低壓電纜被大量使用，這種金屬鎧裝電纜在北美市場(chǎng)安裝運(yùn)行了超過50年，由于其連接可靠、重量輕、彎曲半徑小、安裝方便、散熱好、節(jié)省橋架、節(jié)約資源、低煙無鹵且與WDZR—YJY銅纜相比價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯而被廣泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、軍事基地、辦公室、住宅、酒店、超市、院校、體育場(chǎng)館、醫(yī)院、工業(yè)廠房、數(shù)據(jù)處理中心、監(jiān)獄等場(chǎng)所。

下面就鋁合金電力電纜的優(yōu)勢(shì)簡(jiǎn)單分析如下：

一、電氣性能

鋁合金與銅相比，在同等截面等長度的情況下，電導(dǎo)率是銅的61.8%，載流量約為銅的78%。根據(jù)電纜截面的規(guī)格分布，將鋁合金電纜的截面增加1.5倍左右，載流量與電壓降等電氣參數(shù)與銅相當(dāng)[3]。使用大一個(gè)或兩個(gè)規(guī)格的鋁合金電纜替代銅纜，人們會(huì)擔(dān)心，加大導(dǎo)體是否過多增加導(dǎo)體外徑，因而影響安裝連接。為了解決因增加截面導(dǎo)致導(dǎo)體外徑增大的這一問題，我們可采用先進(jìn)的緊壓技術(shù)，緊壓系數(shù)達(dá)到0.93，使替代后的鋁合金電纜的外徑相比于銅纜只增加10%左右，因而根本不會(huì)影響到安裝連接[4]。

二、連接性能

鋁合金材料由于加入了鐵、鎂、稀土等多種元素，大大改進(jìn)了其連接性能。尤其是當(dāng)導(dǎo)體退火時(shí)添加的鐵元素產(chǎn)生了高抗蠕變性能，即使在長時(shí)間過熱時(shí)，也能保證連接穩(wěn)定性。在過去的經(jīng)驗(yàn)積累和認(rèn)知中，銅鋁連接一直是最為關(guān)鍵的問題[5]。銅和鋁(或鋁合金)如果直接；連接接觸，有金屬材質(zhì)不同，存在電位差，在潮濕的空氣中會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕。在電力系統(tǒng)中，這種腐蝕會(huì)增加接觸電阻，使接頭處發(fā)熱，是系統(tǒng)安全運(yùn)行的隱患。另外，銅和鋁(或合金)的膨脹系數(shù)不同，如果采用剛性連接會(huì)造成金屬疲勞，長時(shí)間使用后會(huì)造成連接處松弛，也會(huì)增加接觸電阻。這是人們普遍擔(dān)心的問題。

鋁合金電力電纜對(duì)于終端的處理，主要依靠以下幾個(gè)手段：

第一、鍍錫。銅排鍍錫或鋁端子鍍錫都是可行的。用銅排鍍錫和鋁端子鍍錫來解決銅鋁過渡問題已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于電力行業(yè)，被證明是安全可靠的。

第二、采用特制的過渡墊片，這種墊片介于銅鋁之間，有效地防止銅鋁接觸帶來的腐蝕問題。

第三、涂抹抗氧化劑。當(dāng)用電設(shè)備的銅觸頭沒有鍍錫，而鋁端子也沒用鍍錫時(shí)，可以采用涂抹抗氧化劑的方法?？寡趸瘎┙橛阢~鋁之間，可以有效地防止電解質(zhì)的進(jìn)入，從而避免了電化學(xué)腐蝕。

采用以上第一、第三種方法接線時(shí)，需要加裝碟形墊片來吸收銅/鋁膨脹系數(shù)不同帶來的松弛，用扭力扳手?jǐn)Q緊后，無需對(duì)整個(gè)連接系統(tǒng)進(jìn)行任何維修和二次擰緊。

三、力學(xué)性能

①極佳拉伸性能：鋁合金相比于純鋁，由于加入了特殊成分和特殊的加工工藝，極大的提高了抗拉強(qiáng)度，且延伸率提高到30%。

②超強(qiáng)的彎曲性：鋁合金電纜安裝時(shí)的最小彎曲半徑大于7倍電纜外徑即可，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于GB12706的“電纜安裝時(shí)的最小彎曲半徑”——12倍至20倍電纜外徑。

③優(yōu)異的低反彈性能：鋁合金電纜比銅纜反彈性能少40%。

④優(yōu)異的抗蠕變性能：鋁合金導(dǎo)體的特殊合金與熱處理工藝大大減少了金屬在受熱和壓力下的“蠕變”傾向，相對(duì)于純鋁，抗蠕變性能提高300%。

四、抗腐蝕性能

鋁合金導(dǎo)體中由于加入了稀土金屬，在化學(xué)性能方面，進(jìn)一步提高單純以鋁為導(dǎo)體的金屬材料的耐腐蝕性能，減少了不同金屬之間的電位差，因?yàn)殡娢徊钤酱螅g會(huì)越嚴(yán)重。加入的其他金屬元素均是可允許的金屬配對(duì)，減少由于電位差而引起的接觸腐蝕。

五、阻燃性能

YJHL8、YJHL8Y型(鋁合金帶連鎖鎧裝電纜)鎧裝電纜采用鋁合金導(dǎo)體、阻燃硅烷交聯(lián)聚乙烯絕緣、鋁合金帶連鎖鎧裝結(jié)構(gòu)(或增加低煙無鹵聚烯烴護(hù)套)，能實(shí)現(xiàn)阻燃IA級(jí)、耐火IA級(jí)，且低煙無鹵。具有極佳安全性能和經(jīng)濟(jì)效益。

六、安裝特性

由于鋁的密度約是銅的1/3，按照截面積折算在同等載流量下，鋁合金電纜比銅纜重量約輕一半。對(duì)于高層建筑來說，垂直敷設(shè)的難度和工作量大大降低，給施工人員減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠縮短工期，節(jié)省人工成本，同時(shí)也減少由于電纜過重造成的本體潛在損失[6]。

鋁合金鎧裝使得電纜的彎曲更容易。鎧裝電纜的彎曲半徑可以達(dá)到7倍的電纜外徑。如此之小的彎曲半徑使得建筑內(nèi)部布線非常方便，轉(zhuǎn)彎靈活，尤其對(duì)于一些舊建筑改造等工程，原有空間非常狹窄的情況下，能很容易的將電力輸送到更多房間。

七、節(jié)能環(huán)保性能

采用鋁合金為導(dǎo)體材料，同樣載流量下，電纜的重量只是銅纜的一半，運(yùn)輸、安裝過程中的碳排放量減少。

八、材料成本及安裝成本

在實(shí)現(xiàn)同樣性能的前提下，鋁合金電纜的直接成本即電纜本身的成本比銅纜節(jié)約約35%，由于鋁合金電纜的彎曲性能更好和重量更輕，可以免橋架或減少橋架用量，安裝成本能節(jié)約20%～50%。

通過以上對(duì)比可以看出，鋁合金電纜彌補(bǔ)了純鋁的不足，在電氣性能達(dá)到銅的基礎(chǔ)上，更輕便、更柔韌、更節(jié)能、機(jī)械性能、安全性能及經(jīng)濟(jì)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過銅纜。國內(nèi)銅芯電纜的設(shè)計(jì)使用壽命是30年，而鋁合金電纜的使用壽命為40年，國外應(yīng)用50年的產(chǎn)品和經(jīng)驗(yàn)，完全可以復(fù)制到我們國家。利用我國豐富的鋁資源制造鋁合金電纜，以滿足工業(yè)與民用配電的需求，是符合科學(xué)發(fā)展的需要，是利國利民的好事。