10kV配电网铜芯电缆与铝芯电缆选用原则浅析

陈慧颖

(国网山东潍坊市寒亭区供电公司,山东潍坊 261100)

10kV配电网铜芯电缆与铝芯电缆选用原则浅析

陈慧颖

(国网山东潍坊市寒亭区供电公司,山东潍坊 261100)

铜芯电缆比铝芯电缆具有电阻率低、延展性好、强度高、耐腐蚀性好、事故率低等特点,但近年来在铜价居高不下的形势下,铝芯电缆以其价格便宜、便于施工等优势被广泛采用。但在运行中发现,这一措施有利也有弊,在一些重要线路中使用铝芯电缆会给系统带来安全隐患。本文通过实例分析了在10kV配电网中,如何正确选用铜芯电缆和铝芯电缆。

10kV配电网 电缆 选用

1 引言

随着铜材价格大幅度上升，铜芯电缆成本成倍增长，近年来，为节省铜材、降低成本又不影响使用，在电缆线路设计中，在满足线路运行要求的前提下，我公司主要按照以铝代铜的原则选用铝芯电缆。在实际运行中发现铜芯电缆和铝芯电缆各自拥有不可替代的优势，但需要配合使用方可在保证安全的前提下达到各自最大的性价比。

2 铜芯电缆和铝芯电缆各自优势比较

查阅资料可知，从材料上讲，除了铜材比铝材重量重外，铜材比铝材的物理性能要优越得多:

(1)铜材电阻率低，铝芯电缆的电阻率比铜芯电缆约高1.68倍。

(2)铜材弹性模量高，是铝材的1.63倍。故其抗疲劳性、延展性好。

(3)铜材抗拉强度是铝材的2.51倍。

(4)铜材抗氧化、耐腐蚀性能好，稳定性好。

(5)铜材的强度高:常温下的许用应力，铜可达到20 kgt/mm2，铝为15.6kgt/mm2；拉伸的极限应力，铜可达到45kgt/mm2，铝为42kgt/mm2，铜比铝分别高出28%和7%。特别是高温下的许用应力，铜在400℃时还有9～12kgt/mm2，而铝在260℃时就迅速下降到3.5kgt/mm2，两者相差甚远。

图1 温度热成像仪表测试图

图2 电缆连接头外观图

(6)铜材的延展性好:铜合金的延展率为20～40%，电工用铜的延展率在30%以上，而铝合金仅为18%。

由于以上物理性能的差异，在应用中，铜芯电缆比铝芯电缆有以下优点:

(1)载流量大:由于电阻率低，同截面的铜芯电缆要比铝芯电缆允许的载流量高30%左右。

(2)电压损失低:由于铜芯电缆的电阻率低，在同截面流过相同电流的情况下，铜芯电缆的电压降小，电能损耗低。因此，同样的输电距离，能保证较高的电压质量；或者说，在允许的电压降条件下，铜芯电缆输电能达到较远的距离，即供电覆盖面积大，有利于网络的规划，减少供电点的设置数量，同时，也有利于提高发电利用率和保护环境。

(3)发热温度低:在同样的电流下，同截面的铜芯电缆的发热量比铝芯电缆小得多，使得运行更安全。

(4)抗氧化，耐腐蚀:铜芯电缆的连接头性能稳定，不会由于氧化而发生事故。铝芯电缆的接头性能不稳定，时常会由于氧化使接触电阻增大引起发热而发生事故。因此，事故率比铜芯电缆大得多。

(5)电缆在短路时的最高允许温度有差别，铜芯可达到250℃，而铝芯仅达到230℃。另外，热稳定系数铜芯比铝芯优越，其比值为140/84=1.67。因此，铜芯电缆的安全性、可靠性比铝芯电缆高。

(6)施工方便:①铜芯电缆抗疲劳、反复折弯不易断裂，所以接线方便；②由于铜芯电缆的机械强度高，能承受较大的机械拉力，给施工敷设带来很大便利，也为机械化施工创造了条件。

但是，铝芯电缆也有自身不可替代的优点:

(1)价格便宜:2005年，铜价3.2万元/吨，铝价1.7万元/吨，二者价格相差近一倍；2014年上半年，铜价5万元/吨，铝价1.5万元/吨，二者价格相差3.33倍。铜的比重又是铝的3.3倍，所以铝芯电缆比铜芯电缆便宜很多。

(2)重量轻，施工成本、运输成本低:因导体直径、电缆外径随电缆截面的增大而增大，护套厚度、绝缘厚度不随电缆截面的变化而变，铜芯导体的电缆重量大于铝芯导体的电缆重量，以300mm2交联聚乙烯电缆为例，铜芯电缆是铝芯电缆的1.89倍。铝芯电缆的施工及运输成本都比铜芯电缆低。

综上所述，铜芯电缆和铝芯电缆各有优势。铜芯电缆在电缆供电系统中，具有事故率低、耐腐蚀、可靠性高、施工维护方便等突出的优势，但其成本比较高。铝芯电缆具有价格低、大幅降低成本的突出优势。

3 铝芯电缆在运行中存在的问题

在进行10kV电缆线路设计时，在满足线路运行要求的前提下，我公司多采用以两个型号的铝芯电缆代替铜芯电缆的原则。但在实际运行过程中，多次发生铝芯电缆连接处过热情况。如:

某变电站10kV线路配电总容量10095kVA，出线采用1条YJLV22-8.7/15-3*300型交联聚乙烯电缆，2008年5月份投运。今年4月份变电运行人员在巡视设备时，通过温度热成像仪发现该线路出线电缆C相接线端子连接处发热达到79.2℃(见图1红圈处标示)，A、B两相电缆连接处温度为30℃，电缆终端头填充物溢出，电缆与母排连接处的试温腊片已熔化(见图2红圈处标示)，而A、B两相电缆连接处温度为30℃，运行正常。开关柜仪表显示，当时该线路电流为320A，且室温为20℃。通过调阅调度自动化系统该线路的运行记录和变电运行人员的巡视记录发现，该出线电缆原最高电流保持在250A左右，今年3月份以来，屡屡达到300A以上，当电流在250A左右时，电缆连接处温度保持在35℃以下，当电流达到300A以上时，电缆连接处温度则在70℃以上。通过及时对该线路进行负荷割接，将该线路最大电流控制在220A左右后，电缆连接处运行正常。

通过分析发现，电缆连接处发热的主要原因是铝芯电缆导电性能低，铝芯电缆与铜镀锡接线端子连接时，因铝材抗拉强度差且具有蠕动属性，连接处出现空隙，接头部位特别容易氧化，电缆导体与接线端子间接触电阻过大，引起电缆接线端子处发热。若不及时处理，电缆连接处接触电阻过大、温升加快、发热大于散热促使接头的氧化膜加厚，又使接触电阻更大，温升更快，最终将导致接头绝缘层破坏，形成相间短路，引起电缆终端头爆炸烧毁事故。

当然，造成电缆连接处接触电阻增大的主要原因是电缆接头施工人员在导体连接前后的施工工艺不佳，如:

(1)对连接金具接触面处理不好。接线端子管体内壁常有杂质、毛刺和氧化层存在，施工人员若不严格按照工艺要求操作，就会造成连接处达不到电气和机械强度。运行证明当压接金具与导线的接触表面愈清洁，在接头温度升高时，所产生的氧化膜就愈薄，接触电阻就愈小。

(2)导体损伤。交联绝缘层强度较大剥切困难，环切时施工人员因水平原因掌握不好可能造成导线损伤，在线芯弯曲和压接蠕动时，会造成受伤处导体损伤加剧或断裂，压接完毕不易发现，因截面减小而引起发热严重。

(3)导体连接时线芯不到位。导体连接时绝缘剥切长度要求压接金具孔深加5mm，但因产品孔深不标准，易造成剥切长度不够，或因压接时串位使导线端部形成空隙，仅靠金具壁厚导通，，致使接触电阻增大，发热量增加。

但是，铝芯电缆抗氧化性差、机械强度差、电阻率高、发热温度高是电缆连接处发热的根本原因。

4 结语

10kV配电网做为电力系统中的重要组成部分，首先要电网坚强，方能安全可靠供电。因此，在进行10kV电缆线路设计时，对一些重要线路如变电站出线电缆、联络线路电缆、重要用户电缆，从安全可靠供电的角度出发，必须选用铜芯电缆；对一些不重要的、对供电可靠性要求不高的用户，从经济性、可靠性角度出发，宜选用铝芯电缆，实现企业和用户效益的最优化。

[1]周胜.配电电缆线路的经济截面[J].电力需求侧管理,1999,1(1):13-15.

[2]导体和电器选择设计技术规定SDGJ 14-1986 P1-4.

[3]机械设计手册.机械工业出版社,2004年.

[4]电力工程电气设计手册(电气一次部分).水利电力部西北电力设计院,1996年.

陈慧颖(1976—),女,国网山东潍坊市寒亭区供电公司工程师,从事配电运检管理工作多年。