合金電纜產品特點與應用

摘 要：合金電纜是特指8000系列的鋁合金電纜，這種電纜的導體是以摻入鐵元素為主的鋁合金材料制成，總共有六種牌號（8017、8030、8076、8130、8176和8177）統稱為8000系列鋁合金。鋁作為導電性能僅次于銅的金屬，由于其豐富的儲量、低廉的價格和比重輕的特點，在電力工業中得到了大量的應用，也曾一度在全球民用建筑配電領域得到廣泛的應用。但由于純鋁電線電纜的機械性能差，電氣連接可靠性差，事故比率高，自上世紀七十年代起，小規格的純鋁電線逐漸被淘汰，截面較大的純鋁芯電纜被限制使用。正因如此，北美于上世紀六十年代末和七十年代初陸續發明了這種新型的鋁合金導體并應用與12AWG以上規格的電線和電纜中?？梢姡?000系列鋁合金電纜最早的應用至今已逾四十余年。歷經實際應用和時間的檢驗，證實滿足規范安裝的合格鋁合金電纜，其安全性、可靠性和使用壽命不比銅芯電纜差。

關鍵詞：鋁合金；電纜；導體加工

1、鋁合金導體材料

北美8000系列鋁合金線的執行標準為ASTM B800-05（2011），其中鋁合金各牌號的化學成分見表1。GB/T 30552-2014《電纜導體用鋁合金線》中鋁合金成分見表2，可以看出國標鋁合金對化學成分的規定與北美標準的規定是完全一致的。

在GB/T 30552-2014《電纜導體用鋁合金線》制訂前，由安徽欣意電纜有限公司等單位起草制訂了GB/T 29920-2013《電工用稀土高鐵鋁合金桿》，稀土高鐵鋁合金的化學成分見表3，可以看出其8R76的成分與8176是非常接近的。

稀土應用于鋁桿冶煉，有除渣、除氣和增加鋁液流動性的效果，但對合金的電氣性能幾乎沒什么影響。在2008年12月第六期《稀土》刊載的研究文章《稀土及硼化處理對電工圓鋁桿電阻率的影響》中有明確的結論。黃崇祺院士指出：在制訂GB/T 30552-2014《電纜導體用鋁合金線》時，稀土高鐵鋁合金樣品的機械性能并無特別優勢，電阻率卻很高（最高28.78 nΩ？m）。而8000系列鋁合金對電阻率的規定值為28.264 nΩ？m，所以在GB/T 30552-2014《電纜導體用鋁合金線》制訂時摒棄了稀土高鐵鋁合金。但在2015年7月發布的GB/ T 31840.1～3-2015《額定電壓1kV（Um=1.2kV）到35kV（Um=40.5kV）鋁合金芯擠包絕緣電力電纜》附錄中收錄了稀土高鐵鋁合金。

2、鋁合金電纜產品特點

是不是將導體材料替換成8000系列的鋁合金所生產出來的電纜就是鋁合金電纜呢？答案是否定的。合金電纜不僅僅要求導體材料必須是符合化學成分規定的鋁合金，而且在產品工藝上也與傳統的電纜工藝有所區別，最主要的區別在于導體的絞制工藝和熱處理工藝。

2.1 導體加工工藝

2.1.1 導體的絞制

常規電力電纜的導體都是采用圓單絲多股絞合后再過模具緊壓，以獲得較小的導體尺寸從而縮小電纜外徑。這種工藝比較簡單，但受材料軟硬程度影響，單絲變形并不均勻且單絲間仍存在較大縫隙。導體中每層的外圓與緊壓模具表面擠壓，易被刮傷且碎屑易積在單絲縫隙內。對于相對比較軟的鋁合金單絲，這種刮擦傷尤為明顯。

在北美，鋁合金電纜導體普遍采用型線絞合工藝，即導體中的單絲除中心圓線外都采用預制形狀的型線絞合成導體。型線的預制可以采用拉制、擠制或輥壓軋制的方式獲得，而生產效率最高的無疑是軋制。國內有幾家企業從北美引進了這種輥壓成型絞線設備，這種設備集輥壓軋型與絞線于一體，具有非常高的生產效率。而且，生產出的導體截面積非常穩定，導體外觀光滑，單絲間幾乎沒什么間隙，緊壓系數很高。

2.1.2 導體的熱處理

鋁合金電纜的導體在絞制完成后、擠包絕緣前必須經過嚴格的熱處理，才能生產出合格的產品。以8030鋁合金為例，導體熱處理溫度對單絲性能的影響如圖1所示。國家標準要求從成品電纜的導體中抽取單絲進行試驗，必須同時滿足拉伸強度在98～159MPa、斷裂伸長率≥10%、反復彎曲次數≥25次及導電率≥61%。從圖中可以看出，熱處理溫度低于350℃基本就無法滿足國家標準的要求。

2.2 合金電纜的電氣性能

合金導體材料中因為鐵元素的添加，提高了鋁合金的機械性能，但電氣性能跟純鋁材料相比卻下降了。國標1350純鋁O態時的導電率不低于61.8%，而8000系列鋁合金O態時的導電率平均值不低于61.0%，但由于普通純鋁電纜導體沒有熱處理工藝，導體經過拉絲絞合后呈硬態或半硬態，所以相同截面鋁合金電纜的電氣性能反而會略好于純鋁電纜。

從設計安全的角度而言，鋁合金電纜的電氣設計參數應按照鋁芯電纜的電氣參數來選擇設計。筆者查閱了美國國家電氣安裝規范N.E.C 2014中TC90電纜的載流量

將其中幾個規格相近的與GB 50217-2007《電力工程電纜設計規范》中附錄C中鋁芯電纜載流量進行了比較，結果是基本一致的。

3、鋁合金電纜的安裝

鋁合金電纜的安裝敷設與常規電力電纜安裝敷設基本相同，都應遵循GB 50168-2006《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規范》的規定。區別在于，對于鋁合金電纜，最大允許牽引強度為53N/mm2，低壓電纜允許彎曲半徑為電纜外徑的7倍。所以從施工敷設來說，鋁合金電纜更方便、轉彎半徑更小也更易于固定。

由于合金電纜導體經過長時間高溫熱處理，所以導體表面生成的氧化膜比較厚。鋁合金氧化膜對于導體耐腐蝕起到了很好的保護作用，但對于電氣連接卻是危害極大。因此，合金電纜導體無論是制作中間接頭還是終端頭，都必須將導體表面的氧化膜打磨掉再進行壓接。

鋁合金電纜的銅鋁過渡端子與GB/T 14315-2008《電力電纜導體用壓接型銅、鋁接線端子和連接管》中的產品結構型式和尺寸都不同，采用的是歐標CAU型的銅鋁過渡端子，端子的鋁管部分壁厚更厚，用銅量更多。以120平方規格端子為例，國標DTL型端子鋁管外徑23mm壁厚4mm，而CAU型端子鋁管外徑25mm壁厚近6mm。另外，合金電纜壓接工具的模塊也是特制的，一般都是由廠家配套提供。市場上買到的壓接工具都是為銅芯電纜接頭配套的，并不適合于鋁合金電纜的壓接。

4、結束語

鋁合金電纜進入我國的時間不足10年，但以其相同電氣性能條件下比銅芯電纜節省投資、施工敷設輕便易固定以及天然的防盜特性呈現出市場快速增長的趨勢。但也應看到，國內鋁合金電纜產品質量良莠不齊，真正掌握合金電纜工藝和具有專業生產裝備的企業不多。相關產品標準及設計規范的制訂滯后，目前僅合金電纜產品本身制定了標準，而配套的連接器標準、壓接工具模塊標準和設計應用規范還未見出臺。國家及有關部門宜盡早制訂鋁合金電纜配套產品及應用的相關標準和規范，才能讓鋁合金電纜應用更可靠、更安全。

參考文獻：

[1]陳旭輝，王曉麗，焦國利，蘇曉云，宋波.稀土及硼化處理對電工圓鋁桿電阻率的影響【M】.稀土，2008（6）：100-102.

[2]黃崇祺.“以鋁節銅”要澄清是非【M】.電線電纜，2014（6）：42-44.

[3]ASTM B800-05（2011）8000 Series Aluminum Alloy Wire for Electrical Purposes.

[4]GB/T 30552-2014《電纜導體用鋁合金線》.