铝合金电缆在水电工程中的推广应用

王 鹏，余淑娟

(中国水利水电第七工程局有限公司第五分局，四川彭山 620860)

当前，我国正在建立绿色、循环、低碳、低耗、资源节约的发展模式，各行各业都在提倡节能减排。作为绿色能源开发龙头的水电工程，在工程建设允许的场合采用以铝节铜就是一项简单易行、效果明显的节能措施。笔者通过对铝芯电缆、铜芯电缆与铝合金电缆的各种特性进行分析对比，并通过工程应用实例取得的经济和社会效益，进一步说明了铝合金电缆在水电工程中应用的可行性和必要性。

1 铝芯电缆的不足之处

在经济不发达的上世纪60～80年代，由于我国铜产量低及进口少，铜主要用于军工领域，而铝导线、铝线变压器等则大量应用在建筑电气行业，但在其长期使用过程中，纯铝导体的不足逐渐显现出来:

(1)铜和铝的连接处(如铝线与断路器、电动机等的铜联接桩头)由于铜和铝两种金属的价电子不同而产生电化学腐蚀效应，使铝线表面生出白色氧化物，导致与桩头间的接触电阻增大，接头处发热，甚至引起连接处导线绝缘碳化失去绝缘作用而起火;

(2)纯铝线机械强度低，容易折断，同时由于纯铝的伸长率小，抗蠕变性差，安装一段时间后，连接处容易松弛而造成接触电阻增大，发热又使连接处更松动，如此循环下去，后果不言而喻。

2 铝合金电缆

传统的铝芯电缆采用的材质为纯铝，而合金电缆针对以前纯铝电缆本身固有的缺点，加入了合金成分对其进行了改性，使合金的多种性能大幅提高。

目前常用的铝合金材料分类如下:

1xxx—纯铝(99.00%含量或更高)

2xxx—铝-铜合金 宇宙飞船

3xxx—铝-锰合金 可乐罐体

4xxx—铝-硅合金 焊接

5xxx—铝-镁合金 人字梯/薄板

6xxx—铝－锰-硅合金 机翼/架空线/车架

7xxx—铝-锌合金 A380/保险杠

8xxx—铝和其他元素合金 建筑用电力电缆

9xxx—未定义

合金电缆采用的铝合金型号为8030合金。

铝合金电缆由于在纯铝中加入了铜、铁、镁、锰等元素，大大提高了铝合金导体的机械强度，抗拉强度较纯铝提高了53%，抗蠕变与压紧性能较纯铝提高了300%，屈服强度较纯铝提高了121%，同时，铝合金电缆回弹力小，无记忆效应，比铜电缆更方便施工。而且铝合金电缆与设备接线桩头连接时采用铜铝过渡接线端子，从根本上杜绝了以前“生白粉”的氧化现象。

3 铝合金电缆与铜芯电缆特性比较

(1)弯曲性能:根据GB/T12706中对铜电缆安装时弯曲半径的规定，铜芯电缆的弯曲半径为10～20倍电缆直径，而铝合金电缆的弯曲半径最小为7倍电缆直径，使用铝合金电缆减小了安装布局的空间，减少了安装成本且更易于敷设。

(2)延展性:铝合金电缆由于退火后的延伸率能达到或超过30%，高于铜芯电缆25%的标准。

(3)反弹性:铝合金电缆的反弹性比铜芯电缆更小，更有利于端子连接接头处的紧密程度，易于压紧，从而提高其稳定性。

(4)耐腐蚀性:在空气中，铝合金电缆的耐腐蚀性能优于铜，铜芯电缆的使用寿命按30a设计，而铝合金电缆的使用寿命则可以达到40a，这是以在美国应用的事实为根据的。

(5)重量:相同载流量、相同长度的铝合金电缆是铜芯电缆重量的一半，在大跨度安装中优势明显，可以降低安装成本。合金电缆与铜芯电缆的重量比较情况见表1。

表1 合金电缆与铜芯电缆重量比较表

从表1可以看出，在相同的电气性能条件下，铝合金电缆的重量是铜芯电缆的42%～53%。

(6)导电性:根据GB/T3956，铝合金导体相比铜导体增加了一个或两个规格，达到相同的载流量，也就是说，铝合金的截面增加1.5倍就能达到与铜同样的导电效果。虽然截面增大1.5倍，但通过紧压处理，导体外径与铜电缆相比只增加了1～18mm，增加的很少。不同材料导体的载流量见表2。

如表2所示，当合金电缆的截面扩大一至两级时，与铜芯电缆的载流量相当。

(7)抗拉伸强度和抗疲劳性能:铝合金电缆的抗拉伸强度的性能略逊于铜芯电缆，与铜缆很接近，但不会因此而影响到电缆的使用。

4 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比铜芯电缆节约30%～50%。由于铝合金电缆的弯曲性能更好、重量更轻，可以不用桥架或减少桥架的用量，安装成本能节约20% ～50%。

表2 不同材料导体的载流量统计表

5 铝合金电缆的应用情况

铝合金电缆在美国、加拿大等国家使用了40多年，美国民用及商用建筑90%采用铝合金电缆。在国内，铝合金母线及电缆也逐渐被广泛应用于工业、建筑、基础设施、数据中心等领域中，如青岛地标建筑——万邦中心、成都天府时代广场、上海世博会电动汽车充电站工程、成都蓝光IBP空港总部高档写字楼群、成都欢乐谷等，铝合金电缆在中国的普及使用也将很快成为现实。

在水电工程中，由于工程施工环境复杂，施工强度高，为保证工程建设的连续性，近年来水电工程建设中的重要场合已经基本采用铜芯电缆代替铝芯电缆。但随着铜资源的紧缺、铜芯电缆价格的不断上涨，水电工程建设中铜芯电缆费用的支出比例也逐渐增大。

以某水电工程混凝土生产系统为例，该系统设计生产能力为600m3/h(均为碾压混凝土)，配置了两座2×6m3强制式拌和楼，预冷系统总装机容量1744×104kcal/h(标准工况)，系统设备总功率14100kW，按使用VV型铜芯电缆和ZC－TC90型铝合金电缆分别进行比较，所需要的部分1kV级电缆数量及采购价格比较情况见表3。

表3中只列出了系统所需要的部分1kV级电缆，还未包括10kV级的电缆。通过以上比较，可知在同样条件下，在未包括10kV级电缆的情况下，采用铝合金电缆已比采用铜芯电缆节约费用2908064元;如果加上高压电缆节省的费用则更加可观，其直接费用还不到铜芯电缆的40%。同时，由于铝合金电缆比铜芯电缆轻，节约的安装费用和时间效益也非常可观。

表3 铜芯电缆与铝合金电缆价格比较表

6 结语

现在的以铝节铜绝不是上世纪60～80年代所有范围的线路都以铝代铜，而是在必须用铜的地方用铜(如控制电缆)，在可用铜可用铝的地方推广使用铝合金产品。在合适的场合及有保障措施(如使用国家标准要求的铜铝过渡端子等)的前提下，水电工程应加大铝合金电缆的使用，其对节能减排、降低工程造价、减少偷盗、降低工人劳动强度等都具有着非常重要的意义，真正做到绿色水电、节能环保。