中国铝电缆消费调查及“以铝节铜”的建议

文 / 中国国际工程咨询公司 尤振平 北京安泰科信息开发有限公司 熊 慧

铜、铝均属良导体，在电缆工业中都获得了广泛的应用。铝的导电率次于铜，但具有比重轻、价格低等优势，根据使用条件和具体要求的不同，铜、铝导体的使用各有侧重。另外，从发展的角度来看，电线电缆的某些子行业“以铝节铜”也在循序渐进地向前推进。

一、中国电线电缆产业概况

中国电缆工业是机械行业中仅次于汽车制造业的第二大产业。根据上海电缆研究所统计，2012年中国电缆工业铜、铝导体产量分别为510万吨和230万吨，约占当年全国铜、原铝消费量的64%和10%。目前，中国电缆工业的规模、产量，以及增长速度都居世界第一，2012年，中国产量约占全球导体产量的三分之一。

二、中国铝合金电缆生产及应用现状

根据国家统计局的分类，电线电缆行业属于电气机械及器材制造业。按用途分类，主要产品包括电力电缆、裸导线、绕组线、电气装备用电缆、通信电缆与光缆。电线电缆产品按电压等级划分，可分为低压、中压、高压、超高压和特高压等不同电压等级。

表1～表3显示了2011年中国铜、铝导体的应用分布情况。可以看出，在铝及铝合金电线电缆中，83%为裸导体；10%为电力电缆；其余7%为电器装备电缆、绕组线及通信电缆。若从电线电缆使用材料的角度分析，架空线中94.1%为铝及铝合金导线；电力电缆中11.4%为铝及铝合金材质；通信线及绕组线中，铝及铝合金材质分别占4.5%和2.7%。

目前，铝裸线主要用于生产架空线——钢芯铝绞线，铝导线是裸露的，钢芯则起到支撑铝线的作用。在高压输变电领域，需采用架空线对电力进行传输，我国该领域使用的导体94.1%采用的是钢芯铝绞线，铜导体的使用量已经降至很低。

电力电缆指用于传输和分配电能的电缆，常用于发电站的引出线路、城市地下电网、工矿企业、民用建筑的内部供电及过江、过海的水下输电线，主要在电力系统的主干线路中用以传输和分配大功率电能，电压范围为中低压领域。根据上海电缆研究所提供的资料，在电力电缆中，铝及铝合金电缆的使用比例刚刚超过10%，目前我国使用的大部分仍是铜电缆。

另外，电气装备中，铝及铝合金电缆仅有少量应用，未来的发展空间也不大；绕组线中，铝及铝合金线只在一些小型电机中有所应用，应用扩展的空间十分有限；通信线缆领域，铝导体的使用量约10万吨，仅为铜导体的一半，并且光纤正在对铜、铝材料形成替代。

根据调研情况，只有电力电缆领域，铝电缆最有可能对铜电缆进行大规模替代。从目前的情况来看，中国使用的铝电力电缆主要应用在建筑物外部的输配电路中，而用于建筑物内部干线电路的铝电缆数量还非常少。据业内人士估计，目前，中国建筑物内部干线电缆中铝合金电缆的使用比例不到1%，与北美的差距十分巨大。

表1 2011年中国金属导体“以铝节铜”进展的不完全统计（按电线电缆产品类别分）

表2 2011年中国金属裸导体总用量的不完全统计（按导体材料类别分）

表3 2011年电工用铝和铝合金使用比例

三、国外铝合金电缆应用现状

铝合金导线，尤其是8000系铝合金导线在北美已经有40年的安装历史，随着电缆敷设安装技术的进步，铝导体氧化腐蚀、接续，以及铜铝导体过渡接头等问题都已取得重大突破，消除了铝电缆推广应用的技术障碍。多年的实际应用表明，铝合金电缆是可靠的、安全的、稳定的、性价比较高的配电线缆。目前，北美地区的铝电缆用量已占到该地区电力电缆用量的30%～40%，应用面已涉及低、中、高各个电压等级。

8030合金是美国、加拿大等国家40年前研发的8000系列铝合金之一，广泛应用于工业与民用建筑的低压配电领域，许多著名的企业和工程项目都是该铝合金电缆的用户，如亚特兰大奥运会主体育馆、肯尼迪国际机场、通用会展中心、沃尔玛购物商场、拉斯维加斯威尼斯人酒店、甲骨文数据处理中心，加拿大多伦多国际机场、威斯汀酒店、Nova Scotia银行，墨西哥的立福马大厦、天空商场等，使用情况十分良好。在美国，铝合金电缆在大跨度建筑结构中的使用量较大，如体育场馆、会展中心等，这是因为铝合金电缆重量仅为铜缆的一半，可以大大减轻对建筑钢结构的负重，从而节约近15%钢结构的费用。

四、铜、铝电缆性能对比及铝电缆适用性分析

以8000系铝合金为例，其在纯铝中加入了铜、铁、镁、锰等元素，大大提高了铝合金导体的机械性能，如抗拉强度较纯铝导体提高53%，抗蠕变与压紧性能较纯铝导体提高300%，屈服强度较纯铝导体提高121%。

导电性：铝的电导率是铜的61.8%。在满足与铜导线相同载流量的条件下，8000系铝合金导线截面积需要是铜导线的2倍左右，而其密度只是铜导线的30%，因此其重量可比铜导线低40%，安装更为便利，同时设备与电缆的摩擦也大幅减小。由于重量轻，铝电缆可以采用支架敷设的方式安装，既节省了桥架敷设、管道预埋的费用，使施工更加方便，也可在更短的时间、更小的空间完成施工。

抗蠕变性：Fe的添加使8000系铝合金导线的抗蠕变性能显著提高，用该合金制造的电气连接与用铜导体制造的连接一样牢固，即使在长时间过载或过热时，也能保证连接的稳定性。

防腐蚀性：铝能承受低温并在恶劣环境中工作，铝电缆使用的最低环境温度为零下40℃，最高为90℃。特别是在含硫的环境中，如铁路隧道，铝的抗腐蚀性能大大优于铜。

柔韧性：8000系铝合金导体比铜柔韧，不像铜那样容易“变形反弹”，有着很好的弯曲性能，因此更容易进行端子连接。

8000系铝合金作为建筑配电用导体在北美地区已经实际应用近40年，在其推广使用的过程中，也出现过对其适用性的各种争论。实践表明，以铝合金为导体的电缆产品在包括住宅等类型的项目中经过长期的应用，所表现出的可靠性和稳定性是值得肯定的。

表4 铜、铝电缆性能对比

五、中国铝电缆推广应用的障碍分析

欧美等国家早已大量使用铝芯电缆，中国铝电缆的应用也开始起步，推广应用还存在一定的障碍，主要表现在以下几个方面：

1. 敷设空间的限制。过去敷设好的管道大多是按照铜电缆的尺寸规格设计的，而在相同载流量条件下，铝电缆截面积需要是铜电缆的2倍左右，导致铝电缆无法直接安装。

2. 用户的使用习惯。虽然铝导体氧化腐蚀、接续问题和铜铝导体过渡接头问题等都已经取得重大突破，但部分用户仍不能改变“铝芯电缆容易引起火灾”的观念。

3. 缺乏国家统一标准。目前，中国低压铝合金电缆领域缺乏国家统一标准，铝电缆生产正处于成长期，企业数量快速增加，产品质量良莠不齐，市场较为混乱。

4. 产品定价过高。目前，大多数铝电缆生产企业的铝电缆定价是按照铜电缆价格的比例来制定的，一般只比铜电缆低20%～30%，导致使用者以铝电缆代替铜电缆的动力明显不足。

5. 安装不当引发火灾隐患。铝电缆起火的危险性要大于铜，但是起火原因不在铝电缆自身，而在于铝电缆的连接。铝电缆的连接需要特定的端子，安装规范也不同于传统的铜电缆，给安装和维护带来了一定的麻烦。如果安装不规范，确实可能埋下安全隐患。

6. 电网公司往往“选铜弃铝”，因为铜具有较好的保值属性。

六、关于以铝节铜的效果测算

铝的导电率为铜的61.8%，根据等载流量设计原则，在同等载流量的要求下，铝导体的截面积应为铜导体的2倍左右，而铜的密度（8.9g/cm3）相当于铝密度（2.7g/cm3）的3.3倍，因此，同等长度下，铜导体的重量是铝导体重量的1.65倍，意味着每替代掉1吨铜，只需消耗0.6吨的铝。目前铜价约为铝价的3.7倍，若仅从材料成本分析，同等载流量条件下，铝电缆的导体材料成本仅为铜电缆的16%。如表6所示。

除了上述分析的经济优势外，在电力电缆领域推行“以铝节铜”，其战略意义更为重要。2011年，中国电力电缆领域铜导体的消费量超过150万吨，中国电缆协会认为，其中80%～90%的铜电缆，即120万～135万吨铜导体是可以使用铝及铝合金电缆进行替代的，而进行这样的替代只需要消耗70万～80万吨的铝。

截至2011底，全球铜矿储量仅有6.9亿吨。按照2012年全球1600万吨矿产铜产量来计算，全球铜矿的静态保障年限仅为43年，因此，“以铝节铜”是国际的大趋势。相比而言，我国铜资源更为短缺，且消耗量又最大，按照2012年矿产铜产量140万吨来计算，资源的静态保障年限仅为20年。由于铜矿资源储量不足，我国已经成为世界最大的铜进口国，国家资源安全存在较大风险。另外，当前我国的电力工业还处在快速发展阶段，需要大量的电力电缆做后盾，充分利用我国的铝资源进行“以铝节铜”，能够在一定程度上缓解铜资源短缺的矛盾，从而促进我国电缆工业持续、稳定和健康的发展。

表6 同等载流量条件下，等长度铜、铝导体材料比较

七、结语

纵观世界“以铝代铜”的历史，根据各国国情、科技的进步，各国有所不同，走走停停甚至出现反复，但总体上是渐进式地向前发展的。

现在的“以铝节铜”与20世纪60～80年代中国曾经推行的所有范围的线路都以铝代铜这种狭义的做法有着本质的区别，是在必须用铜的场合用铜，在可用铜、可用铝的场所推广使用铝合金产品。

值得一提的是，这种替代并不是盲目的，而是建立在科学研究的基础之上的，同时替代的过程也不可能一蹴而就，需要铝电缆整体生产水平的提高、价格更加趋于合理，更需要使用者观念的改变。

总之，根据全球经验，我国的“以铝代铜”或“以铝节铜”的技术政策，是一项必须坚持的、涉及国家资源利用政策的大事。因过分片面强调用铜芯电线电缆节能和防火而忽视了资源的合理利用，既不利于经济的可持续发展，也不利于自然资源的开发保护，更不利于电线电缆的技术进步。