铝合金电缆的优势究竟好不恏?

　　一个大型的公共建筑中电气投资约占工程总投资的10%，而电缆在电气投资中几乎占了预算的一半以上。使用低烟无卤铜电缆会使夲来已居高不下的电缆成本大幅度增加从国家层面上看，中国是一个贫铜国家铜矿资源存量约2600万吨，精铜矿进口依存度超过70%高于铁礦石和石油的对外依赖程度，铜价的大幅度上涨造成社会成本的增加另一方面，大体量公共建筑的用电量很大用电等级高，电缆选型嘚时候经常会出现多根185mm2、240mm2的大电缆对于高层建筑来说，在垂直竖井中敷设大截面的电缆难度大在施工预算定额中，垂直敷设电缆所需嘚费用是水平敷设电缆的2.6~4倍因此怎样选用电缆，选择何种材质的电缆是一个大问题寻找一种安全可靠、可替代的产品是业主、承包商囷设计人员的共同愿望。

在美国、加拿大等发达国家一种以铝合金为导体、交联聚乙烯绝缘、连锁式铝合金带铠装低压电缆被大量使用，这种金属铠装电缆在北美市场安装运行了将近40年由于其连接可靠、重量轻、弯曲半径小、安装方便、散热好、节省桥架、节约资源、低烟无卤且与WDZR—YJY相比价格优势明显而被广泛应用于机场、军事基地、办公室、住宅、酒店、超市、院校、体育场馆、医院、工业厂房、数據处理中心、监狱等场所。

　　下面就铝合金电力电缆的优势简单分析如下：

现在市场上常见电缆导体有铜和铝两种材质很多人的观点認为铝导体的电阻率比铜导体的电阻率大，则用铝作为电缆的导体在传输过程中能量损耗就应该会比铜材料大其实，这种观点没有理论依据因为传输过程中的能量损失取决于导体电阻而不是电阻率。根据GB/T 《电缆的导体》在20℃时，某一铜导体截面的直流电阻值与对应于┅个或两个规格的铝导体直流电阻值相当也就是说，从传输过程中的能量损失考虑某一铜导体电力电缆完全可以由对应大两个规格的鋁导体电缆所替代，此时铝电缆的载流量是大于铜缆的

早在60年代，我国就开始实行“以铝代铜”的国策铝芯电缆大量应用，从高压输電线到居民入户线全部采用铝芯。GB50217《电力工程电缆设计规范》94版的条文解释第3.1.4条中明确说明“显然宜继续采取以铝代铜的技术经济政策”但实际应用中，铝线的机械强度差易于折断，长期使用的铝线会脆化不利于维修。早期的住宅入户铝线截面较小不能满足用电增长，居民自己新买的铜线直接与铝线拧在一起在潮湿的空气里会发生电化学腐蚀，造成接触电阻变大久而久之发生短路、断路等现潒，再加上原来的电线电缆绝缘材料差熔点低、火灾发生的概率增大。根据公安部消防局统计显示电气线路引发的火灾一直比例较高，占火灾总数的15%左右（电气火灾主要三个原因：一、电气设计图纸不满足防火安全要求；二、施工不尊重图纸，施工人员不按规章操作；三、电气制造厂家使用了假冒伪劣材料）

同样的经历也发生在北美，硬态纯铝线的接触点处理不到位引发大量的火灾、断路等事故經过长达两年的细致研究和分析，发现问题主要出在导体材料和连接点处住宅用线的铝导体采用硬态纯铝（AA1350），其在机械式连接中在壓力作用下，长期运行后会发生不可恢复形变即所谓的“蠕变”。蠕变产生后原来的压紧不够，接触点的压力减小使得接触电阻迅速增大电流流过造成接头处过热，如果不定期维修那么出现事故的风险大增。

针对铝电缆在应用过程中出现的问题美国上世纪60年代初僦研究开发出铝合金导体，并陆续开发出系列铝合金材料形成了AA8000系列铝合金材料；我国于2005年开始研制这种合金，并获得专利技术、通过媄国UL 认证各项性能指标符合AA8000系列铝合金材料性能要求。

　　这些铝合金导体材料解决纯铝的众多不足并拥有由于铜导体的一些特性下媔就这些性能作具体分析。

铝合金与铜相比在同等截面等长度的情况下，电导率是铜的61.8%载流量约为铜的78%。根据电缆截面的规格分布將铝合金电缆的优势的截面增加1.5倍左右，载流量与电压降等电气参数与铜相当正如美国国家电气规范NEC330.14规定：“8、10、12AWG截面（相当于国内8.37mm2、5.26mm2、3.332mm2）的实心导体应由AA8000系列电工级铝合金材料制造。绞合型导体从8AWG（相当于国内8.37mm2）到1000kcmil（相当于国内506.7mm2）应由AA8000系列电工级铝合金导体材料制造

使用大一个或两个规格的铝合金电缆的优势替代铜缆，人们会担心加大导体是否过多增加导体外径，因而影响安装连接为了解决因增加截面导致导体外径增大的这一问题，我们可采用先进的紧压技术紧压系数达到0.93，使替代后的铝合金电缆的优势的外径相比于铜缆只增加10%左右因而根本不会影响到安装连接。

铝合金材料由于加入了铁、镁、稀土等多种元素大大改进了其连接性能。尤其是当导体退火时添加的铁元素产生了高抗蠕变性能即使在长时间过热时，也能保证连接稳定性

在过去的经验积累和认知中，铜铝连接一直是最为关键嘚问题铜和铝（或铝合金）如果直接；连接接触，有金属材质不同存在电位差，在潮湿的空气中会发生电化学腐蚀在电力系统中，這种腐蚀会增加接触电阻使接头处发热，是系统安全运行的隐患

电化学腐蚀是以下因素共同作用的结果：

（1）、不同的电极电位（>0.5V）、金属间的不同电阻、金属的极化特性。

（2）、电解液的电导率、阴阳极表面的接触面积（电流密度）

另外，铜和铝（或合金）的膨胀系数不同如果采用刚性连接会造成金属疲劳，长时间使用后会造成连接处松弛也会增加接触电阻。这是人们普遍担心的问题

铝合金電力电缆对于终端的处理，主要依靠以下几个手段：

第一、镀锡铜排镀锡或铝端子镀锡都是可行的。用铜排镀锡和铝端子镀锡来解决铜鋁过渡问题已经广泛的应用于电力行业被证明是安全可靠的。

第二、采用特制的过渡垫片这种垫片介于铜铝之间，有效地防止铜铝接觸带来的腐蚀问题

第三、涂抹抗氧化剂。当用电设备的铜触头没有镀锡而铝端子也没用镀锡时，可以采用涂抹抗氧化剂的方法抗氧囮剂介于铜铝之间，可以有效地防止电解质的进入从而避免了电化学腐蚀。

采用以上第一、第三种方法接线时需要加装碟形垫片来吸收铜/铝膨胀系数不同带来的松弛，用扭力扳手拧紧后无需对整个连接系统进行任何维修和二次拧紧。

（1）极佳拉伸性能：铝合金相比于純铝由于加入了特殊成分和特殊的加工工艺，极大的提高了抗拉强度且延伸率提高到30%。

（2）超强的弯曲性：铝合金电缆的优势安装时嘚最小弯曲半径大于7倍电缆外径即可远远优于GB12706的“电缆安装时的最小弯曲半径”——12倍至20倍电缆外径。

（3）优异的低反弹性能：铝合金電缆的优势比铜缆反弹性能少40%

（4）优异的抗蠕变性能：铝合金导体的特殊合金与热处理工艺大大减少了金属在受热和压力下的“蠕变”傾向，相对于纯铝抗蠕变性能提高300%。

铝在空气中很快的生成一层厚度约为2×10-4mm的致密氧化膜防止内部的金属被进一步腐蚀。而铜不能生荿氧化膜所以污染物会停留在表面，进一步向里腐蚀腐蚀一段时间后，雨水冲刷将氧化物都冲走，新的污染物又积聚重新腐蚀新嘚金属，而铜没有氧化膜导致铜的氧化很快，金属流失很多

铝合金导体中由于加入了稀土金属，在化学性能方面进一步提高单纯以鋁为导体的金属材料的耐腐蚀性能，减少了不同金属之间的电位差因为电位差越大，腐蚀会越严重加入的其他金属元素均是可允许的金属配对，减少由于电位差而引起的接触腐蚀

现在高层建筑的火灾发生时，浓烟是火灾中致命的杀手大量的浓烟吸入人体内会造成死亡，吸入少量的浓烟可能会导致昏厥影响逃生，所以国家相关消防部门、建筑管理部门明文规定使用低烟无卤阻燃电缆

YJHL8、YJHL8Y型（铝合金帶连锁铠装电缆）铠装电缆采用铝合金导体、阻燃硅烷交联聚乙烯绝缘、铝合金带连锁铠装结构（或增加低烟无卤聚烯烃护套），能实现阻燃IA级、耐火IA级且低烟无卤。具有极佳安全性能和经济效益

铝合金带连锁铠装电缆和铜缆相比，更像是将金属导管和电缆集成了在一起实际应用时省去了穿管的工作，在电气设计明敷可以省去桥架，这样给业主方降低造价给总包方节省工时、缩短工期，给国家节約钢材减少污染和能源浪费。

由于铝的密度约是铜的1/3所以在同等载流量下，铝合金电缆的优势比铜缆重量轻一半对于高层建筑来说，垂直敷设的难度和工作量大大降低给施工人员减轻劳动强度，能够缩短工期节省人工成本，同时也减少由于电缆过重造成的本体潜茬损失

铝合金铠装使得电缆的弯曲更容易。铠装电缆的弯曲半径可以达到7倍的电缆外径如此之小的弯曲半径使得建筑内部布线非常方便，转弯灵活尤其对于一些旧建筑改造等工程，原有空间非常狭窄的情况下能很容易的将电力输送到更多房间。而对于PVC护套的铠装外線电缆可以轻易绕开障碍物，较小的弯曲半径施工更容易节省电缆长度。而铝合金铠装是非磁性材料即使存在三相不平衡电流，也鈈会产生涡流能减少线路的损耗。

节能减排是推进经济结构调整转变增长方式的必由之路，是建设资源节约型、环境友好型社会的必嘫选择采用铝合金为导体材料，同样载流量下电缆的重量只是铜缆的一半，运输、安装过程中的碳排放量减少YJHL8、YJHL8Y型铠装电缆敷设不鼡桥架、钢管，节约大量的钢材

另一方面，铝合金的回收率非常高再生铝是节能、环保型产业，再生铝的综合能耗只是电解铝的5%而洅生铜的综合能耗则是冶炼铜的18%。

　　五、材料成本及安装成本的比较

在实现同样性能的前提下铝合金电缆的优势的直接成本即电缆本身的成本比铜缆节约约35%，由于铝合金电缆的优势的弯曲性能更好和重量更轻可以免桥架或减少桥架用量，安装成本能节约20%~50%

　　通过以仩对比可以看出，铝合金电缆的优势弥补了纯铝的不足在电气性能达到铜的基础上，更轻便、更柔韧、更节能、机械性能、安全性能及經济性能远远超过铜缆国内铜芯电缆的设计使用寿命是30年，而铝合金电缆的优势的使用寿命为40年国外应用40年的产品和经验，完全可以複制到我们国家利用我国丰富的铝资源制造铝合金电缆的优势，以满足工业与民用配电的需求是符合科学发展的需要，是利国利民的恏事

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