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铝合金电缆在工程中的应用及优势说明

更新日期:2013年4月3日 大字 小字
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    我国电工行业从1957年至1973年,先后发展了铝排、铝绞线、铝芯绝缘电线电缆、铝芯电磁线、钢铝电车线、铝芯软电缆和铝包钢线等产品,取得很大成绩,铝导体的用量占导体总用量的比例上升到60%以上。进入90年代中期,在某些组织的宣传、推动下,铜芯电缆的推广大有垄断市场之势。而今,铝导体的用量一再下滑,不能不引起深思。

  中国铜精矿的供应不到30%,超过70%的比例需要依赖进口,这远远高于中国铁矿石和石油的对外依存程度,而受国内需求推动,我国已经成为全球最大的铜消费国,2006年我国的铜消费量总计达到400万吨,约占全球供给总量的22%左右。目前电缆用铜大部分从国外进口,国外矿产垄断企业争相提价,造成建筑电气成本居高不下。反过来看,我国已探明铝矾土储藏量为37亿吨。在这样的矿产资源形势下,竭力推崇不惜重金进口铜,而不用自己拥有的丰富的铝资源,使欧洲同行很不理解。有法国电缆业者曾经说,法国不产铜而铝资源丰富,所以法国的电力电缆中,百分之六十以上使用铝导体的,并且得到法国电力公司(EDF)的认可。

  随着科学技术的发展,高质量、高科技含量的铝材被开发出来,加之全球贫铜富铝的资源现状,铜件目前已是铝价的3倍以上(铜约6万元/吨,铝约1.7万元/吨),"铝"代铜又成为自然的选择。国外在铝制导体的研究和应用方面,美国及加拿大开发出了AA8000系列电工级铝合金作为导体材料。美国《国家电气规范》NEC2008版310.14规定:8AWG、10AWG、12AWG截面(相当于国内8.37mm2、5.26mm2、3.332mm2)的实心导体应有AA8000系列电工级铝合金材料制造;绞合型导体从8AWG到1000Kcmil(相当于国内506.7mm2)也应由AA8000系列电工级铝合金导体材料制造。山东万达电缆有限公司就是依据以上规范特别开发了与民用建筑配电相适应的铝合金线缆。

  铝合金电缆的定义

   铝合金电力电缆,是以AA-8000 系列铝合金材料为导体,采用特殊紧压工艺和退火处理,和连锁铠装工艺等先进技术发明创造的新型材料电力电缆。

   合金电缆和普通电缆的区别

   合金电缆采用AA-8000 系列铝合金导体,而普通电缆则采用铜或者纯铝作为电缆导体。

   为什么要推广使用合金电缆?

   在同样体积下,铝合金的实际重量大约是铜的三分之一。按照该计算,在满足相同导电性能的前提下,相同重量铝合金电缆的长度是铜电缆的两倍。因此,相同载流量时铝合金电缆的重量大约是铜缆的一半。采用铝合金电缆取代铜缆,可以减轻电缆重量,降低安装成本,减少设备和电缆的磨损,使安装工作更轻松。

   合金电缆比普通电缆的优势:

   导电性能:

   铝合金的导电率是最常用基准材料铜IACS的61.5%,载流量是铜的79%,优于纯铝标准。

   抗蠕变性能

   铝合金导体的合金材料与退火处理工艺减少了导体在受热和压力下的"蠕变"倾向,相对于纯铝,抗蠕变性能提高300%,避免了由于冷流或蠕变引起的松弛问题。

   抗拉强度和延伸率

   铝合金导体相比于纯铝导体,由于加入了特殊的成分并采用了特殊的加工工艺,极大的提高了抗拉强度,且延伸率提高到30%,使用更加安全可靠。

   热膨胀系数

   热膨胀系数用来计算在温度变化时材料的尺寸变化。铝合金的热膨胀系数与铜相当,多年来铝连接器一直可靠地用于铜和铝导体,且当今使用的大部分电气连接器都是用铝制造的,这尤其适合铝合金。所以铝合金导体与连接器的膨胀和收缩完全一致。

   自重承载力强

   铝合金改善了纯铝的抗拉强度,铝合金电缆可支撑4000米长度的自重,铜电缆只能支撑2750米。这种优势在大跨度的建筑(如体育场馆)配线时体现得尤为突出。

   防腐蚀性能

   铝固有的防腐性能缘自当铝表面与空气接触时形成薄而坚固的氧化层,这种氧化层特别耐受各种形式的腐蚀。而合金中添加的稀土元素又能进一步改善铝合金的耐腐蚀性能,特别是电化学腐蚀。铝能承受恶劣环境的特点使其被广泛应用于托盘内电缆的导体,以及许多工业元件和容器。腐蚀的产生通常与不同的金属在潮湿环境中的连接有关,可使用相应的保护措施来防止腐蚀的发生,比如使用润滑油、抗氧化剂和保护涂层。碱性土壤和某些类型的酸性土壤环境对铝有较大的腐蚀性,所以直埋敷设的铝导体应使用绝缘层或模压护套防止腐蚀。在含硫的环境中,例如铁路隧道和其它类似地方,铝合金的抗腐蚀性能大大优于铜。

   柔韧性

   铝合金有很好的弯曲性能,其独特的合金配方、加工工艺,使柔韧性大幅提高。铝合金比铜柔韧性高30%,反弹性比铜低40%。一般铜缆的弯曲半径为10~20倍外径,而铝合金电缆弯曲半径仅为7倍外径,更容易进行端子连接。

   铠装特性

   国内常用的铠装电缆,大多采用钢带铠装,安全级别低,在受到外界破坏力时,其抵御能力差,容易导致击穿,且重量重,安装成本相当高,加之耐腐蚀性能差,使用寿命不长。而我们根据美国标准开发的金属连锁铠装电缆,采用的是铝合金带连锁铠装,其层与层之间的连锁结构,保证电缆能经受外界强大的破坏力,即使电缆遭受较大的压力和冲击力时,电缆亦不易被击穿,提高了安全性能。同时铠装结构使电缆与外界隔离,即使在火灾时,铠装层提高了电缆的阻燃耐火级别,降低了火灾的危险系数。铝合金带铠装结构相对于钢带铠装,其重量轻,敷设便利,可免桥架安装,能减少20%~40%的安装费用。根据使用场所的不同可以选择不同的外护套层,使铠装电缆的用途更加广泛。

   紧压特性

   单从体积电导率方面考虑,铝合金不及铜,但我们开发的导体不仅从材料性能方面作出了改进,而且在工艺方面也取得大的突破,我们采用超常规的紧压技术,使紧压系数达到0.93,而异型线的紧压系数能达到0.95,在国内属于首创。通过最大极限的紧压,可以弥补铝合金在体积导电率上的不足,使绞合导体线芯如实心导体一般,明显的降低线芯外径,提高导电性能,在同等载流量情况下导体外径只比铜缆大10%。

   阻燃性能

   在建筑物发生火灾时,浓烟和含卤毒素(如电缆中的有卤阻燃剂等)是致命杀手。《民用建筑电气设计规范》(JGJ16-2008)7.4.1条第2款规定"对一类高层建筑以及重要的公共场所等防火要求高的建筑物,应使用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆。"

   山东万达电缆有限公司生产的铠装铝合金电缆的绝缘采用的是低烟无卤的XLPE(交联聚乙烯)材料,加之其独特的自锁型铠装结构,使其达到低烟无卤阻燃IA级,这种电缆在燃烧时的透光率达到了99%(标准要求IA级透光率≥80%),只产生极微量的烟雾,发生火灾时减少了对人身的二次伤害,有利于及时疏散和救援。

   自锁型铠装电缆的铝合金铠带散热性好,可以很快带走热量,其阻燃特性优异,在火焰撤走后能迅速熄灭,不会延然其他材料。通过燃烧试验对比,供火40min碳化高度只有0.15m,远低于国家标准《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验 第33部分:垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验A类》(GB/T 18380.33-2008)的阻燃电缆碳化高度≤2.50m的要求。

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