合金电缆产品特点与应用

摘 要：合金电缆是特指8000系列的铝合金电缆，这种电缆的导体是以掺入铁元素为主的铝合金材料制成，总共有六种牌号（8017、8030、8076、8130、8176和8177）统称为8000系列铝合金。铝作为导电性能仅次于铜的金属，由于其丰富的储量、低廉的价格和比重轻的特点，在电力工业中得到了大量的应用，也曾一度在全球民用建筑配电领域得到广泛的应用。但由于纯铝电线电缆的机械性能差，电气连接可靠性差，事故比率高，自上世纪七十年代起，小规格的纯铝电线逐渐被淘汰，截面较大的纯铝芯电缆被限制使用。正因如此，北美于上世纪六十年代末和七十年代初陆续发明了这种新型的铝合金导体并应用与12AWG以上规格的电线和电缆中。可见，8000系列铝合金电缆最早的应用至今已逾四十余年。历经实际应用和时间的检验，证实满足规范安装的合格铝合金电缆，其安全性、可靠性和使用寿命不比铜芯电缆差。

关键词：铝合金；电缆；导体加工

1、铝合金导体材料

北美8000系列铝合金线的执行标准为ASTM B800-05（2011），其中铝合金各牌号的化学成分见表1。GB/T 30552-2014《电缆导体用铝合金线》中铝合金成分见表2，可以看出国标铝合金对化学成分的规定与北美标准的规定是完全一致的。

在GB/T 30552-2014《电缆导体用铝合金线》制订前，由安徽欣意电缆有限公司等单位起草制订了GB/T 29920-2013《电工用稀土高铁铝合金杆》，稀土高铁铝合金的化学成分见表3，可以看出其8R76的成分与8176是非常接近的。

稀土应用于铝杆冶炼，有除渣、除气和增加铝液流动性的效果，但对合金的电气性能几乎没什么影响。在2008年12月第六期《稀土》刊载的研究文章《稀土及硼化处理对电工圆铝杆电阻率的影响》中有明确的结论。黄崇祺院士指出：在制订GB/T 30552-2014《电缆导体用铝合金线》时，稀土高铁铝合金样品的机械性能并无特别优势，电阻率却很高（最高28.78 nΩ？m）。而8000系列铝合金对电阻率的规定值为28.264 nΩ？m，所以在GB/T 30552-2014《电缆导体用铝合金线》制订时摒弃了稀土高铁铝合金。但在2015年7月发布的GB/ T 31840.1～3-2015《额定电压1kV（Um=1.2kV）到35kV（Um=40.5kV）铝合金芯挤包绝缘电力电缆》附录中收录了稀土高铁铝合金。

2、铝合金电缆产品特点

是不是将导体材料替换成8000系列的铝合金所生产出来的电缆就是铝合金电缆呢？答案是否定的。合金电缆不仅仅要求导体材料必须是符合化学成分规定的铝合金，而且在产品工艺上也与传统的电缆工艺有所区别，最主要的区别在于导体的绞制工艺和热处理工艺。

2.1 导体加工工艺

2.1.1 导体的绞制

常规电力电缆的导体都是采用圆单丝多股绞合后再过模具紧压，以获得较小的导体尺寸从而缩小电缆外径。这种工艺比较简单，但受材料软硬程度影响，单丝变形并不均匀且单丝间仍存在较大缝隙。导体中每层的外圆与紧压模具表面挤压，易被刮伤且碎屑易积在单丝缝隙内。对于相对比较软的铝合金单丝，这种刮擦伤尤为明显。

在北美，铝合金电缆导体普遍采用型线绞合工艺，即导体中的单丝除中心圆线外都采用预制形状的型线绞合成导体。型线的预制可以采用拉制、挤制或辊压轧制的方式获得，而生产效率最高的无疑是轧制。国内有几家企业从北美引进了这种辊压成型绞线设备，这种设备集辊压轧型与绞线于一体，具有非常高的生产效率。而且，生产出的导体截面积非常稳定，导体外观光滑，单丝间几乎没什么间隙，紧压系数很高。

2.1.2 导体的热处理

铝合金电缆的导体在绞制完成后、挤包绝缘前必须经过严格的热处理，才能生产出合格的产品。以8030铝合金为例，导体热处理温度对单丝性能的影响如图1所示。国家标准要求从成品电缆的导体中抽取单丝进行试验，必须同时满足拉伸强度在98～159MPa、断裂伸长率≥10%、反复弯曲次数≥25次及导电率≥61%。从图中可以看出，热处理温度低于350℃基本就无法满足国家标准的要求。

2.2 合金电缆的电气性能

合金导体材料中因为铁元素的添加，提高了铝合金的机械性能，但电气性能跟纯铝材料相比却下降了。国标1350纯铝O态时的导电率不低于61.8%，而8000系列铝合金O态时的导电率平均值不低于61.0%，但由于普通纯铝电缆导体没有热处理工艺，导体经过拉丝绞合后呈硬态或半硬态，所以相同截面铝合金电缆的电气性能反而会略好于纯铝电缆。

从设计安全的角度而言，铝合金电缆的电气设计参数应按照铝芯电缆的电气参数来选择设计。笔者查阅了美國国家电气安装规范N.E.C 2014中TC90电缆的载流量

将其中几个规格相近的与GB 50217-2007《电力工程电缆设计规范》中附录C中铝芯电缆载流量进行了比较，结果是基本一致的。

3、铝合金电缆的安装

铝合金电缆的安装敷设与常规电力电缆安装敷设基本相同，都应遵循GB 50168-2006《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》的规定。区别在于，对于铝合金电缆，最大允许牵引强度为53N/mm2，低压电缆允许弯曲半径为电缆外径的7倍。所以从施工敷设来说，铝合金电缆更方便、转弯半径更小也更易于固定。

由于合金电缆导体经过长时间高温热处理，所以导体表面生成的氧化膜比较厚。铝合金氧化膜对于导体耐腐蚀起到了很好的保护作用，但对于电气连接却是危害极大。因此，合金电缆导体无论是制作中间接头还是终端头，都必须将导体表面的氧化膜打磨掉再进行压接。

铝合金电缆的铜铝过渡端子与GB/T 14315-2008《电力电缆导体用压接型铜、铝接线端子和连接管》中的产品结构型式和尺寸都不同，采用的是欧标CAU型的铜铝过渡端子，端子的铝管部分壁厚更厚，用铜量更多。以120平方规格端子为例，国标DTL型端子铝管外径23mm壁厚4mm，而CAU型端子铝管外径25mm壁厚近6mm。另外，合金电缆压接工具的模块也是特制的，一般都是由厂家配套提供。市场上买到的压接工具都是为铜芯电缆接头配套的，并不适合于铝合金电缆的压接。

4、结束语

铝合金电缆进入我国的时间不足10年，但以其相同电气性能条件下比铜芯电缆节省投资、施工敷设轻便易固定以及天然的防盗特性呈现出市场快速增长的趋势。但也应看到，国内铝合金电缆产品质量良莠不齐，真正掌握合金电缆工艺和具有专业生产装备的企业不多。相关产品标准及设计规范的制订滞后，目前仅合金电缆产品本身制定了标准，而配套的连接器标准、压接工具模块标准和设计应用规范还未见出台。国家及有关部门宜尽早制订铝合金电缆配套产品及应用的相关标准和规范，才能让铝合金电缆应用更可靠、更安全。

参考文献：

[1]陈旭辉，王晓丽，焦国利，苏晓云，宋波.稀土及硼化处理对电工圆铝杆电阻率的影响【M】.稀土，2008（6）：100-102.

[2]黄崇祺.“以铝节铜”要澄清是非【M】.电线电缆，2014（6）：42-44.

[3]ASTM B800-05（2011）8000 Series Aluminum Alloy Wire for Electrical Purposes.

[4]GB/T 30552-2014《电缆导体用铝合金线》.