浅析铝合金电缆在电力工程中的应用

陈进

【摘要】通过对铝合金电缆的性能介绍并与传统的铜电缆进行对比，结合目前电力工程中电缆应用现状以及国家提倡节能环保的要求，在电力工程建设中推广以铝带铜，即采用新型的铝合金电缆代替传统的铜电缆。

【关键词】铝合金电缆；性能；节能环保；电力工程；可行性；性价比

1.引言

在国内，铜芯电缆是最为人们所熟知的，其强度高、载流量大、安全性好的特点，勿容置疑。然而，铜资源属于重要且稀缺的战略资源，随着近几年市场供求变化，铜价一路飙升，再加上铜缆施工安装难度大、安装成本高、易盗、易老化等缺点，人们对于替换铜缆的呼声也日渐高涨。其实在上世纪50-70年代，我国曾在工业与民用电气方面出台国策“以铝代铜”，用以降低铜材消耗。但到80年代中期，纯铝材制的电缆在使用中暴露出很多问题，尤其是导线接头易氧化从而引发火灾事故，致使纯铝电缆应用范围相对狭小。

为实现“以铝代铜”，早在1968年，美国南方电缆公司就已经开始研制生产铝合金电力电缆，并在美国、加拿大、墨西哥等国家开始推广应用。随着美国成功应用铝合金电缆40余年，近些年来国内的很多电缆生产厂家也纷纷加入到研发铝合金材质电缆的潮流中来。

目前，铝合金电缆已不是新鲜事务，其性能、价格上的优势也已经过了权威检测考验。尽管统计数据显示，铜电缆依然占据了超过90%的市场份额，但铝合金电缆正逐渐被广大用户所接受，业内分析人士指出，“以铝代铜”将成为电缆行业转型发展的必然趋势。

2.铝合金电缆性能

通过综合调研国内几家大型的铝合金电缆生产厂，发现铝合金电缆并不单纯是将导体由以往采用的铝或铜材质变为铝合金材质。目前生产的铝合金电缆在绝缘、护套、铠装等的设计和选材方面也与传统电缆有较大区别，使这种新型电缆性能更加安全可靠。

2.1铝合金电缆的电气性能

电气性能是衡量电缆的重要性能之一，主要是由导体的导电能力来体现，而导电能力则主要是由导体电阻率决定的。经查阅相关资料，铜的电阻率为0.017Ω·mm2/m，铝为0.028Ω·mm2/m，铝合金为0.027Ω·mm2/m，即铝合金的电阻率介于铝与铜之间，略高于铝，而低于铜。

在相同載流量下，如果按铜的电导率是100%计算，铝合金导体的电导率约为62.9%。另外，铝合金的比重为2.7，铜的比重为8.9，则（8.9/2.7）×（0.629/1）=2，即2kg铜的电阻与1kg铝合金的电阻相当，而当铝合金导体的截面积约为铜的1.5倍时，其电气性能相同，即实现了与铜相同的载流量、电阻和电压损失。

2.2铝合金电缆的机械性能

电缆的机械性能首先取决于导体材料的性能，伸长率是导体机械性能的重要指标，是关系到电缆能够承受外力大小的重要标志。通过查阅铜、铝、铝合金三种金属的力学特性可知：铜的伸长率为30～45%、硬态铝为0.5～2.0%、软态铝为23～25%、铝合金为30%；铜的屈服强度为60～80Mpa、硬态铝为120～170Mpa、软态铝为20～30Mpa、铝合金为30Mpa。

硬态纯铝的伸长性很低，表现在电缆应用上就是柔韧性很差，在反复弯折时容易损伤或折断。软态纯铝的伸长率虽比硬态纯铝大幅提高，但是其屈服强度只有铜的一半，抗蠕变性很差，安装一段时间后，连接处容易松弛，造成接触电阻增大，形成线路安全运行隐患。而铝合金通过退火处理，克服了纯铝的机械性能问题，其延伸率能够达到30%，与铜基本接近。

另外，铝合金电缆具有较低的反弹性。在室温条件下，将铜芯电缆与铝合金电缆弯曲90度，在应力释放后，铝合金电缆反弹角度仅为铜缆的60%。因此，能够有效的保证端子连接处的紧密程度，解决了铝芯电缆端子连接处连接不牢的难题，提高了电缆接线的稳定性和安全性。

2.3铝合金电缆的抗蠕变性能

铝合金的特殊合金配方和热处理工艺，大大减少了金属在受热和压力下的“蠕变”倾向，用其所做的电气连接与用铜导体做的具有同样的稳定性。铝合金导体的合金成分大大改进了其连接性能，尤其是当导体退火时添加的铁合金产生了高强度抗蠕变性能，在电流过载时，铁发挥作用，而不会使铝合金导体发生蠕变，从而能够保障电缆端子连接处的稳定可靠。

2.4铝合金电缆的防腐性能

铝合金具有较强的防腐性，能够提高电缆的寿命。铝特有的防腐性能来自铝表面与空气接触自然形成的氧化层，这种氧化层能耐受多种腐蚀。铝合金材料经过特殊合金材料处理后，保持了铝材抗腐蚀的特点，而且合金成分能够起到净化、提高纯度、填补表层缺陷、细化晶粒、减少偏析的作用，消除显微不均而导致的局部腐蚀，同时也带来铝的电极电位负移，具有了阳极效应和优异的导电性能，从而大大提高了导体的耐蚀性能。

2.5铝合金电缆的节能环保性能

铝合金的回收率很高，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%。另有研究数据表明，生产相同载流量和长度的铝合金电缆比生产铜缆消耗的能源更少，CO2排放更少。相同载流量下，铝合金电缆的重量只是铜缆的一半，在运输、安装过程中也会减少CO2的排放。

3.铝合金电缆在电力工程中应用的可行性分析

3.1电力行业中电缆的应用现状

电力行业是国家的重要行业，电力系统的运行维护以及对用户的管理均以“安全第一”为目的，因此电力行业对于设备、材料的要求极为严格。目前，无论变电站、电厂以及其他电力设施在进行电缆选型设计时一般均采用铜芯电缆，除非建设单位对造价有严格的控制的情况时，设计院会根据客户的要求在某些附属设施中适当选用铝芯电缆。

但在工程建设施工时，铜芯电缆存在运输成本高、敷设难度大，接线困难等问题。而且由于铜具有较高的回收价值，有人会试图盗取在现场存放甚至已敷设完成的电缆，给工程施工造成了极坏的影响，也给建设单位及施工单位带来烦恼。另外，有些电缆厂为谋私利，在电缆线径、长度方面做文章欺骗用户，出现铜芯电缆线径亏方、长度跳米等情况，如不能及时发现将影响工程的整体的安全质量。

3.2铝合金电缆在电力工程中推广的困难

目前，在很多行业中广泛应用的铝合金电缆为何在电力行业中非常罕见，说明其在电力行业中的推广还是存在一些阻碍，主要表现有以下几点：

a）电力行业从事一线工作的设计、施工、生产运行的专家对传统铝芯电缆性能低劣的观念根深蒂固，铝合金电缆由于问世时间较短，人们对其性能的认识不深，难免会与传统铝电缆关联在一起。这种传统观念使人们在电缆选型时往往忽略铝合金电缆的存在，必然会制约其推广应用。

b）铝合金电缆作为新兴事物，其加工制造并没有制定统一的国家标准，而且国家目前的很多标准中明确禁止铝电缆的使用，作为对设备材料有严格要求的电力行业自然不会轻易冒险尝试。而由于没有国标的要求，目前国内的铝合金电缆制造厂家大多般只根据GB/T 12706-2008《额定电压1kV到35kV挤包绝缘电力电缆及附件》的要求进行生产，但该标准中缺少对铝合金导体特殊性能进行考核的相关内容，因此对生产制造、检测和应用都造成了一些不便。

c）电力行业尤其是电厂中有许多需连续供电的设备，而铝合金电缆受其导体材料熔点低的影响，不能耐受较高的温度，不能保障连续供电设备的运行安全。

3.3铝合金电缆在电力工程中的应用分析

a）应用范围方面

铝合金电缆从其整体性能来看应主要作为电力电缆来使用，不宜用做控制电缆，而且根据铝合金的特性，铝合金电缆不能作为重要的不停电设备的供电电源。因此，铝合金电缆在電力工程中的应用范围可为除不停电设备电源电缆外的所有电力电缆，即代替电力工程中传统使用的阻燃电力电缆。

b）性价比方面

作为阻燃电力电缆使用，从性能角度铝合金电缆与铜芯电缆并没有太大差别，其缺点主要是由于铝合金导电率低，要保证相同的载流量，铝合金电缆的线径要比铜芯电缆大，相应的电缆设施空间要增大。但目前铜材价格暴涨，铜芯电缆的价格非常高。经市场调查，相同性能的铝合金电缆的价格比铜芯电缆低20%以上。因此，铝合金电缆的性价比还是要高于铜芯电缆。

c）施工安装方面

铝合金电缆在施工安装方面的优势比较明显。由于其重量仅为铜芯电缆的一半，对于电缆的运输、敷设来说将减少很大的工作量，并且降低了施工难度、减少了人力物力消耗。同时，电缆重量轻则可以减小电缆支架及桥架的负荷，这样可以在电缆桥架及支架的设计选型上也可以进行适当的优化。另外，铝合金电缆的柔韧性也比铜芯电缆强，这也可以降低电缆在敷设和接线时的施工难度。

在工程建设阶段，使用铝合金电缆还可以大大降低电缆丢失风险，减少电缆设施看护所耗费的人工以及施工过程中的一些不必要的损耗。

d）其他方面

“以铝带铜”将大大减少国家对铜材的消耗，是国家绿色节能措施的体现，适应了国家政策。对于电缆生产厂家，生产铝合金电缆也会减少加工制造时偷工减料的情况，能够更好的保证电缆质量以及电缆安装后的运行安全。

4.结束语

铝合金电缆与纯铝电缆相比性能有大幅度提高，已经接近铜芯电缆水平。国外对铝合金电缆的成功应用已证明了铝合金电缆的性能在觉大多数情况下都能够完全满足电力供应需要。尽管电力工程中对于材料有严格的要求，但针对可以使用铝合金电缆代替的供电线路，还是应该大力推广铝合金电缆的使用。

铝合金电缆的应用将会节省大量的铜资源消耗，减少了国家对国外铜资源的依赖。同时，铝合金电缆优异的经济性和环保节能的特点也是铜导体电缆所不具备的，铝合金电缆必将成为将来电缆行业发展的新方向。在此，也建议国家相关部门尽早针对铝合金电缆的加工制造出台相应的国家标准，使铝合金电缆的生产制造更加规范化、标准化，也将更利于铝合金电缆的推广应用。

参考文献

[1]王祝堂等.铝合金及其加工手册（第三版）.

[2]刘牛.导电体应用铝材.

[3]IEC60228-2004.绝缘电缆的导体.

[4]GB3956-2008.电缆的导体.

[5]GB/T 18380.33-2008.电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验.