鋁合金電纜性能特點的分析與探討

摘 要： 本文闡述了鋁合金電纜在我國的發展歷程，結合鋁合金電纜的制造工藝、導體成分等，對其性能特點進行了分析和綜結，為鋁合金電纜的設計和選用提供參考與依據。

關鍵詞： 鋁合金;電纜;導體;蠕變;緊壓

近幾年，全國掀起了鋁合金電纜的熱潮，電纜制造企業一哄而上，都打著鋁合金的旗幟，但在應用的過程中卻發現了不少問題。何為鋁合金電纜？我們有必要對鋁合金電纜的性能特點進行分析與探討，為鋁合金電纜的設計和選用提供參考與依據。

一、鋁合金電纜的發展

60年代末，美國南方線纜公司研制并生產出首條鋁合金電纜，到20紀70年代，美歐等多個國家和地區開始推廣應用這種新型導體的電纜。針對鋁合金電纜產品的應用，以美國南方線纜為首的鋁合金電纜生產廠家積極聯合UL等機構，開展適合鋁合金導體及電纜產品的連接技術和相關連接器的研究，取得技術突破并制定了相應標準。時至今日，美國、加拿大等歐美國家已在各領域大面積使用鋁合金電纜。2006年，鋁合金電纜產品開始引入我國。2007年8 月，加拿大鋁業集團在天津設廠專業生產“世德合金”的鋁合金電纜，促進并加速我國鋁合金電纜的發展。2014年，我國十二屆全國人大二次會議形成了《關于擴大鋁合金電纜在電力行業應用的建議》的第9287號提案，國家電網公司將鋁合金電纜納入國家電網公司2014版新技術目錄，標志著鋁合金電纜開始大規模進入市場。此后，我國先后發布并實施了三個有關鋁合金電纜的標準：GB/T 30552-2014 《電纜導體用鋁合金線》、NB/T 42051-2015 《額定電壓0.6/1KV鋁合金導體交聯聚乙烯絕緣電纜》、GB/T30840-2015 《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》。推動并規范了鋁合金電纜的設計、制造和應用。根據多年的運行效果和運行中出現的問題，我們仍需對其性能和特點進行進一步的研究。

二、鋁合金電纜的性能和特點

鋁合金電纜的導體材料是在熔煉過程中添加一定比例的微量合金元素，形成鋁的質量分數大于95%的合金，其成分代號對應的化學成分見表1，在實際應用中以8030最為常見。熔煉工序采用稀土、硼化處理等先進工藝使其既能保持純鋁優異的電氣性能，同時解決了純鋁導體的抗拉強度和延伸率低，抗壓蠕變性能和柔韌性差等問題，從而大幅提高了電纜導體的機械性能和防腐性能。在電纜的制造過程中導體采用輥壓成型、緊壓絞合技術，近期又出現了拉拔成型、異形線絞合新工藝，絞合導體再經過中溫退火處理，使鋁合金電纜有了以下性能特點：

1.導電性能。標準中規定電纜導體用鋁合金線20℃的電阻率 0.028264 ? mm2/m，因采用了硼化處理和中溫回火工藝，鋁合金的導電率實際能達到61.5%IACS，具有與純鋁完全相同的導電性能。

2.抗蠕變性能。金屬材料在溫度和應力的作用下，隨著時間增加會發生緩慢的塑性變形從而造成電纜接頭松動，接觸電阻增大，是電纜事故的主要隱患之一。鋁合金電纜的導體材料增加了鐵、銅等元素，改善了純鋁材料的抗蠕變性能，退火處理工藝去除了導體在加工過程中的殘余內應力。相對于純鋁導體，鋁合金導體抗蠕變性能提高200%以上，消除了因蠕變引起的電纜接頭松動的隱患。

3.延伸率。鋁合金電纜的導體材料在熔煉過程中添加一定比例的微量合金元素，并采用了特殊的加工工藝，形成了新型的鋁合金材料，極大地提高了抗拉強度， 且在電纜的制造加工過程中又經過了中溫退火工序，保證斷裂伸長率≥10%，最高能到30%。

4.疲勞和柔韌性。鋁合金電纜導體因其獨特的材料成份、并采用先進的加工工藝，使柔韌性大幅提高，回彈小，抗疲勞性好，反復彎曲次數能達到≥10次。

5.抗蝕性。鋁與空氣接觸時會在其表面形成的致密氧化保護層，阻斷腐蝕的繼續反應，因此鋁在一般大氣中具有良好的耐蝕性，而鋁合金中添加的合金和稀土元素又能進一步改善其耐腐蝕性能，尤其是電化學腐蝕性能。

6.緊壓導體。在體積電導率方面，鋁合金肯定不及銅導體，相同載流量必須增加導體截面積，從而加大了電纜的外形尺寸。但由于在電纜的制造過程中，采用了成型緊壓絞合新技術，使絞合導體的緊壓系數（有效截面積比外形截面積）達到0.95以上，通過提高緊壓系數，降低絞合線芯外徑，減少鋁合金電纜在體積電導率上的不足，達到在同等載流量情況下鋁合金電纜導外徑只比銅纜導體外徑大1/10左右。

7.導體性價比。質量電阻率是衡量導體材料消耗的重要參數，其為：體積電阻率乘以材料密度。 銅的質量電阻率=0.017241X8.9=0.1534 （g/m2） 鋁合金的質量電阻率=0.028264X2.7=0.0763 （g/m2）。根據計算：銅的質量電阻率是鋁合金的質量電阻率的2.01倍，也就是制造相同長度并具有相同直流電阻的導體，所用材料銅的質量是鋁質量的2.01倍。實際材料均價為：鋁價17000元/噸，銅價50000元/噸。由此可得：制造相同長度并相同直流電阻的導體，銅導體是鋁合金導體材料成本的6倍。再者，相同載流量的電纜，鋁合金電纜的重量大約是銅纜的三分之二，采用鋁合金電纜取代銅纜，可以減輕電纜自身的重量，降低安裝和運輸成本，進一步說明鋁合金電纜有著巨大的成本優勢。

8.抗拉強度和熔點。鋁合金電纜導體的抗拉強度在110MN/m2左右，為銅導體的一半左右，熔點為658℃，而火焰溫度均一般均可達到800～1000℃，所以鋁合金電纜難以滿足高溫和防火等重要或特殊場合的要求。

三、 結語

鋁合金電纜采用獨特配方的鋁合金材料，結合緊壓成型和退火處理等先進工藝發明創造的新型電力電纜，不僅解決了原純鋁電纜存有的先天缺陷，又具有與純鋁電纜完全相同的導電性能，能夠保證電纜長時連續穩定運行，使鋁合金電纜在電力傳輸上取代銅芯電纜具備了可行性，同時鋁合金電纜高性價比，又為其獲取了巨大的市場空間。但因相對于銅導體熔點低，強度不高，不能盲目夸大鋁合金電纜的優點和應用場合，在一些消防、高溫、振動、應急等重要或特殊的場合上，設計和選用鋁合金電纜仍須慎重。

參考文獻：

[1]GB/T 30552-2014 《電纜導體用鋁合金線》中國標準出版社 2015.8.

[2]GB/T 30840-2015 《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》 中國標準出版社 2015.8.

[3]ASTM? B800-05《電工用退火及中溫回火8000系列鋁合金導體的規范》.

[4]汪景璞、鄒元傳編《電纜材料》機械工業出版社? 1983.11.

[5]上海電纜廠編著《電線電纜工藝學》機械工業出版社? 1986.12.

作者簡介：周彥標（1973-07-13）男，江西廣豐人，江西南纜集團有限公司，工程師，從事電氣專業27年。