淺談鋁合金電纜的優點及應用前景

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引言

眾所周知，用作電線電纜的導電材料，通常有銅和鋁兩種，現在建筑領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，那是因為它較鋁芯電纜具有電阻率低導電性能好、延展性好、強度高、抗疲勞、穩定性好，耐腐蝕、載流量大、電壓損失低、發熱溫度低運行更安全、能耗低、抗氧化，耐腐蝕等優點，但是它也有一個致命的缺點就是造價昂貴，銅芯電纜成本是鋁芯電纜的3-5倍左右。

現在市場上常見電纜導體有銅和鋁兩種材質，鋁線的機械強度差，易于折斷，長期使用的鋁線會脆化，不利于維修，熔點低、火災發生的概率增大[1]。針對鋁電纜在應用過程中出現的問題，美國上世紀60年代初就研究開發出鋁合金導體，并陸續開發出系列鋁合金材料，形成了AA8000系列鋁合金材料[2]。以這種鋁合金為導體、交聯聚乙烯絕緣、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安裝運行了超過50年，由于其連接可靠、重量輕、彎曲半徑小、安裝方便、散熱好、節省橋架、節約資源、低煙無鹵且與WDZR—YJY銅纜相比價格優勢明顯而被廣泛應用于機場、軍事基地、辦公室、住宅、酒店、超市、院校、體育場館、醫院、工業廠房、數據處理中心、監獄等場所。

下面就鋁合金電力電纜的優勢簡單分析如下：

一、電氣性能

鋁合金與銅相比，在同等截面等長度的情況下，電導率是銅的61.8%，載流量約為銅的78%。根據電纜截面的規格分布，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與銅相當[3]。使用大一個或兩個規格的鋁合金電纜替代銅纜，人們會擔心，加大導體是否過多增加導體外徑，因而影響安裝連接。為了解決因增加截面導致導體外徑增大的這一問題，我們可采用先進的緊壓技術，緊壓系數達到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，大大改進了其連接性能。尤其是當導體退火時添加的鐵元素產生了高抗蠕變性能，即使在長時間過熱時，也能保證連接穩定性。在過去的經驗積累和認知中，銅鋁連接一直是最為關鍵的問題[5]。銅和鋁(或鋁合金)如果直接；連接接觸，有金屬材質不同，存在電位差，在潮濕的空氣中會發生電化學腐蝕。在電力系統中，這種腐蝕會增加接觸電阻，使接頭處發熱，是系統安全運行的隱患。另外，銅和鋁(或合金)的膨脹系數不同，如果采用剛性連接會造成金屬疲勞，長時間使用后會造成連接處松弛，也會增加接觸電阻。這是人們普遍擔心的問題。

鋁合金電力電纜對于終端的處理，主要依靠以下幾個手段：

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廣泛的應用于電力行業，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。當用電設備的銅觸頭沒有鍍錫，而鋁端子也沒用鍍錫時，可以采用涂抹抗氧化劑的方法。抗氧化劑介于銅鋁之間，可以有效地防止電解質的進入，從而避免了電化學腐蝕。

采用以上第一、第三種方法接線時，需要加裝碟形墊片來吸收銅/鋁膨脹系數不同帶來的松弛，用扭力扳手擰緊后，無需對整個連接系統進行任何維修和二次擰緊。

三、力學性能

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度，且延伸率提高到30%。

②超強的彎曲性：鋁合金電纜安裝時的最小彎曲半徑大于7倍電纜外徑即可，遠遠優于GB12706的“電纜安裝時的最小彎曲半徑”——12倍至20倍電纜外徑。

③優異的低反彈性能：鋁合金電纜比銅纜反彈性能少40%。

④優異的抗蠕變性能：鋁合金導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，相對于純鋁，抗蠕變性能提高300%。

四、抗腐蝕性能

鋁合金導體中由于加入了稀土金屬，在化學性能方面，進一步提高單純以鋁為導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，因為電位差越大，腐蝕會越嚴重。加入的其他金屬元素均是可允許的金屬配對，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體、阻燃硅烷交聯聚乙烯絕緣、鋁合金帶連鎖鎧裝結構(或增加低煙無鹵聚烯烴護套)，能實現阻燃IA級、耐火IA級，且低煙無鹵。具有極佳安全性能和經濟效益。

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。對于高層建筑來說，垂直敷設的難度和工作量大大降低，給施工人員減輕勞動強度，能夠縮短工期，節省人工成本，同時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到7倍的電纜外徑。如此之小的彎曲半徑使得建筑內部布線非常方便，轉彎靈活，尤其對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、節能環保性能

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

八、材料成本及安裝成本

在實現同樣性能的前提下，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，安裝成本能節約20%～50%。

通過以上對比可以看出，鋁合金電纜彌補了純鋁的不足，在電氣性能達到銅的基礎上，更輕便、更柔韌、更節能、機械性能、安全性能及經濟性能遠遠超過銅纜。國內銅芯電纜的設計使用壽命是30年，而鋁合金電纜的使用壽命為40年，國外應用50年的產品和經驗，完全可以復制到我們國家。利用我國豐富的鋁資源制造鋁合金電纜，以滿足工業與民用配電的需求，是符合科學發展的需要，是利國利民的好事。