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铝合金电缆究竟好不好?

类别:常见问题 文章出处:博懋电子发布时间:2019-07-25浏览人次:74

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本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%,高于铁矿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,电缆选型的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,垂直敷设电缆所需的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、承包商和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、数据处理中心、监狱等场所。
下面就铝合金电力电缆的优势简单分析如下:
一、导体材料 现在市场上常见电缆导体有铜和铝两种材质。很多人的观点认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 3956-2008《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一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铝导体电缆所替代,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,从高压输电线到居民入户线,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、断路等现象,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。经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,在压力作用下,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年代初就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、通过美国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。下面就这些性能作具体分析。
1、电气性能 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,将铝合金电缆的截面增加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。
2、连接性能 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的问题。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,这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。 铝合金电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铝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,有效地防止铜铝接触带来的腐蚀问题。 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。抗氧化剂介于铜铝之间,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。
3、力学性能
(1)极佳拉伸性能:铝合金相比于纯铝,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:铝合金电缆安装时的最小弯曲半径大于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:铝合金电缆比铜缆反弹性能少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”倾向,相对于纯铝,抗蠕变性能提高300%。

4、抗腐蚀性能 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。而铜不能生成氧化膜,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,重新腐蚀新的金属,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,进一步提高单纯以铝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。

二、阻燃性能 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(铝合金带连锁铠装电缆)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。

三、安装特性 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,给国家节约钢材,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在损失。 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护套的铠装外线电缆,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,也不会产生涡流,能减少线路的损耗。

四、节能环保性能 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然选择。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型铠装电缆敷设不用桥架、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%,而再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%。

通过以上对比可以看出,铝合金电缆弥补了纯铝的不足,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、安全性能及经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,而铝合金电缆的使用寿命为40年,国外应用40年的产品和经验,完全可以复制到我们国家。利用我国丰富的铝资源制造铝合金电缆,以满足工业与民用配电的需求,是符合科学发展的需要,是利国利民的好事。


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