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    鋁合金電纜究竟好不好?

    返回列表 來源: 浙江源祥電氣科技有限公司 發布日期: 2020-01-10

    一個大型的公共建筑中,電氣投資約占工程總投資的10%,而電纜在電氣投資中,幾乎占了預算的一半以上。使用低煙無鹵銅電纜會使本來已居高不下的電纜成本大幅度增加。從國家層面上看,中國是一個貧銅國家,銅礦資源存量約2600萬噸,精銅礦進口依存度超過70%,高于鐵礦石和石油的對外依賴程度,銅價的大幅度上漲造成社會成本的增加。另一方面,大體量公共建筑的用電量很大,用電等級高,電纜選型的時候經常會出現多根185mm2、240mm2的大電纜,對于高層建筑來說,在垂直豎井中敷設大截面的電纜難度大。在施工預算定額中,垂直敷設電纜所需的費用是水平敷設電纜的2.6~4倍。因此怎樣選用電纜,選擇何種材質的電纜是一個大問題。尋找一種安全可靠、可替代的產品是業主、承包商和設計人員的共同愿望。 在美國、加拿大等發達國家,一種以鋁合金為導體、交聯聚乙烯絕緣、連鎖式鋁合金帶鎧裝低壓電纜被大量使用,這種金屬鎧裝電纜在北美市場安裝運行了將近40年,由于其連接可靠、重量輕、彎曲半徑小、安裝方便、散熱好、節省橋架、節約資源、低煙無鹵且與WDZR—YJY相比價格優勢明顯而被廣泛應用于機場、軍事基地、辦公室、住宅、酒店、超市、院校、體育場館、醫院、工業廠房、數據處理中心、監獄等場所。
    下面就鋁合金電力電纜的優勢簡單分析如下:
    一、導體材料 現在市場上常見電纜導體有銅和鋁兩種材質。很多人的觀點認為鋁導體的電阻率比銅導體的電阻率大,則用鋁作為電纜的導體在傳輸過程中能量損耗就應該會比銅材料大。其實,這種觀點沒有理論依據。因為傳輸過程中的能量損失取決于導體電阻而不是電阻率。根據GB/T 3956-2008《電纜的導體》,在20℃時,某一銅導體截面的直流電阻值與對應于一個或兩個規格的鋁導體直流電阻值相當。也就是說,從傳輸過程中的能量損失考慮,某一銅導體電力電纜完全可以由對應大兩個規格的鋁導體電纜所替代,此時鋁電纜的載流量是大于銅纜的。 早在60年代,我國就開始實行“以鋁代銅”的國策,鋁芯電纜大量應用,從高壓輸電線到居民入戶線,全部采用鋁芯。GB50217《電力工程電纜設計規范》94版的條文解釋第3.1.4條中明確說明“顯然宜繼續采取以鋁代銅的技術經濟政策”。但實際應用中,鋁線的機械強度差,易于折斷,長期使用的鋁線會脆化,不利于維修。早期的住宅入戶鋁線截面較小,不能滿足用電增長,居民自己新買的銅線直接與鋁線擰在一起,在潮濕的空氣里會發生電化學腐蝕,造成接觸電阻變大,久而久之發生短路、斷路等現象,再加上原來的電線電纜絕緣材料差,熔點低、火災發生的概率增大。根據公安部消防局統計顯示,電氣線路引發的火災一直比例較高,占火災總數的15%左右。(電氣火災主要三個原因:一、電氣設計圖紙不滿足防火安全要求;

    二、施工不尊重圖紙,施工人員不按規章操作;

    三、電氣制造廠家使用了假冒偽劣材料。) 同樣的經歷也發生在北美,硬態純鋁線的接觸點處理不到位引發大量的火災、斷路等事故。經過長達兩年的細致研究和分析,發現問題主要出在導體材料和連接點處。住宅用線的鋁導體采用硬態純鋁(AA1350),其在機械式連接中,在壓力作用下,長期運行后會發生不可恢復形變,即所謂的“蠕變”。蠕變產生后,原來的壓緊不夠,接觸點的壓力減小使得接觸電阻迅速增大,電流流過造成接頭處過熱,如果不定期維修,那么出現事故的風險大增。 針對鋁電纜在應用過程中出現的問題,美國上世紀60年代初就研究開發出鋁合金導體,并陸續開發出系列鋁合金材料,形成了AA8000系列鋁合金材料;我國于2005年開始研制這種合金,并獲得專利技術、通過美國UL 認證,各項性能指標符合AA8000系列鋁合金材料性能要求。
    這些鋁合金導體材料解決純鋁的眾多不足并擁有由于銅導體的一些特性。下面就這些性能作具體分析。
    1、電氣性能 鋁合金與銅相比,在同等截面等長度的情況下,電導率是銅的61.8%,載流量約為銅的78%。根據電纜截面的規格分布,將鋁合金電纜的截面增加1.5倍左右,載流量與電壓降等電氣參數與銅相當。正如美國國家電氣規范NEC330.14規定:“8、10、12AWG截面(相當于國內8.37mm2、5.26mm2、3.332mm2)的實心導體應由AA8000系列電工級鋁合金材料制造。絞合型導體從8AWG(相當于國內8.37mm2)到1000kcmil(相當于國內506.7mm2)應由AA8000系列電工級鋁合金導體材料制造。 使用大一個或兩個規格的鋁合金電纜替代銅纜,人們會擔心,加大導體是否過多增加導體外徑,因而影響安裝連接。為了解決因增加截面導致導體外徑增大的這一問題,我們可采用先進的緊壓技術,緊壓系數達到0.93,使替代后的鋁合金電纜的外徑相比于銅纜只增加10%左右,因而根本不會影響到安裝連接。
    2、連接性能 鋁合金材料由于加入了鐵、鎂、稀土等多種元素,大大改進了其連接性能。尤其是當導體退火時添加的鐵元素產生了高抗蠕變性能,即使在長時間過熱時,也能保證連接穩定性。 在過去的經驗積累和認知中,銅鋁連接一直是最為關鍵的問題。銅和鋁(或鋁合金)如果直接;連接接觸,有金屬材質不同,存在電位差,在潮濕的空氣中會發生電化學腐蝕。在電力系統中,這種腐蝕會增加接觸電阻,使接頭處發熱,是系統安全運行的隱患。 電化學腐蝕是以下因素共同作用的結果: (1)、不同的電極電位(>0.5V)、金屬間的不同電阻、金屬的極化特性。 (2)、電解液的電導率、陰陽極表面的接觸面積(電流密度)。 另外,銅和鋁(或合金)的膨脹系數不同,如果采用剛性連接會造成金屬疲勞,長時間使用后會造成連接處松弛,也會增加接觸電阻。這是人們普遍擔心的問題。 鋁合金電力電纜對于終端的處理,主要依靠以下幾個手段: 第一、鍍錫。銅排鍍錫或鋁端子鍍錫都是可行的。用銅排鍍錫和鋁端子鍍錫來解決銅鋁過渡問題已經廣泛的應用于電力行業,被證明是安全可靠的。 第二、采用特制的過渡墊片,這種墊片介于銅鋁之間,有效地防止銅鋁接觸帶來的腐蝕問題。 第三、涂抹抗氧化劑。當用電設備的銅觸頭沒有鍍錫,而鋁端子也沒用鍍錫時,可以采用涂抹抗氧化劑的方法??寡趸瘎┙橛阢~鋁之間,可以有效地防止電解質的進入,從而避免了電化學腐蝕。 采用以上第一、第三種方法接線時,需要加裝碟形墊片來吸收銅/鋁膨脹系數不同帶來的松弛,用扭力扳手擰緊后,無需對整個連接系統進行任何維修和二次擰緊。
    3、力學性能 
    (1)極佳拉伸性能:鋁合金相比于純鋁,由于加入了特殊成分和特殊的加工工藝,極大的提高了抗拉強度,且延伸率提高到30%。 
    (2)超強的彎曲性:鋁合金電纜安裝時的最小彎曲半徑大于7倍電纜外徑即可,遠遠優于GB12706的“電纜安裝時的最小彎曲半徑”——12倍至20倍電纜外徑
    (3)優異的低反彈性能:鋁合金電纜比銅纜反彈性能少40%。 
    (4)優異的抗蠕變性能:鋁合金導體的特殊合金與熱處理工藝大大減少了金屬在受熱和壓力下的“蠕變”傾向,相對于純鋁,抗蠕變性能提高300%。

    4、抗腐蝕性能 鋁在空氣中很快的生成一層厚度約為2×10-4mm的致密氧化膜。防止內部的金屬被進一步腐蝕。而銅不能生成氧化膜,所以污染物會停留在表面,進一步向里腐蝕,腐蝕一段時間后,雨水沖刷,將氧化物都沖走,新的污染物又積聚,重新腐蝕新的金屬,而銅沒有氧化膜,導致銅的氧化很快,金屬流失很多。 鋁合金導體中由于加入了稀土金屬,在化學性能方面,進一步提高單純以鋁為導體的金屬材料的耐腐蝕性能,減少了不同金屬之間的電位差,因為電位差越大,腐蝕會越嚴重。加入的其他金屬元素均是可允許的金屬配對,減少由于電位差而引起的接觸腐蝕。

    二、阻燃性能 現在高層建筑的火災發生時,濃煙是火災中致命的殺手,大量的濃煙吸入人體內會造成死亡,吸入少量的濃煙可能會導致昏厥,影響逃生,所以國家相關消防部門、建筑管理部門明文規定使用低煙無鹵阻燃電纜。 YJHL8、YJHL8Y型(鋁合金帶連鎖鎧裝電纜)鎧裝電纜采用鋁合金導體、阻燃硅烷交聯聚乙烯絕緣、鋁合金帶連鎖鎧裝結構(或增加低煙無鹵聚烯烴護套),能實現阻燃IA級、耐火IA級,且低煙無鹵。具有極佳安全性能和經濟效益。

    三、安裝特性 鋁合金帶連鎖鎧裝電纜和銅纜相比,更像是將金屬導管和電纜集成了在一起。實際應用時省去了穿管的工作,在電氣設計明敷,可以省去橋架,這樣給業主方降低造價,給總包方節省工時、縮短工期,給國家節約鋼材,減少污染和能源浪費。 由于鋁的密度約是銅的1/3,所以在同等載流量下,鋁合金電纜比銅纜重量輕一半。對于高層建筑來說,垂直敷設的難度和工作量大大降低,給施工人員減輕勞動強度,能夠縮短工期,節省人工成本,同時也減少由于電纜過重造成的本體潛在損失。 鋁合金鎧裝使得電纜的彎曲更容易。鎧裝電纜的彎曲半徑可以達到7倍的電纜外徑。如此之小的彎曲半徑使得建筑內部布線非常方便,轉彎靈活,尤其對于一些舊建筑改造等工程,原有空間非常狹窄的情況下,能很容易的將電力輸送到更多房間。而對于PVC護套的鎧裝外線電纜,可以輕易繞開障礙物,較小的彎曲半徑施工更容易,節省電纜長度。而鋁合金鎧裝是非磁性材料,即使存在三相不平衡電流,也不會產生渦流,能減少線路的損耗。

    四、節能環保性能 節能減排是推進經濟結構調整,轉變增長方式的必由之路,是建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇。采用鋁合金為導體材料,同樣載流量下,電纜的重量只是銅纜的一半,運輸、安裝過程中的碳排放量減少,YJHL8、YJHL8Y型鎧裝電纜敷設不用橋架、鋼管,節約大量的鋼材。 另一方面,鋁合金的回收率非常高。再生鋁是節能、環保型產業,再生鋁的綜合能耗只是電解鋁的5%,而再生銅的綜合能耗則是冶煉銅的18%。 ??五、材料成本及安裝成本的比較 在實現同樣性能的前提下,鋁合金電纜的直接成本即電纜本身的成本比銅纜節約約35%,由于鋁合金電纜的彎曲性能更好和重量更輕,可以免橋架或減少橋架用量,安裝成本能節約20%~50%。

    通過以上對比可以看出,鋁合金電纜彌補了純鋁的不足,在電氣性能達到銅的基礎上,更輕便、更柔韌、更節能、機械性能、安全性能及經濟性能遠遠超過銅纜。國內銅芯電纜的設計使用壽命是30年,而鋁合金電纜的使用壽命為40年,國外應用40年的產品和經驗,完全可以復制到我們國家。利用我國豐富的鋁資源制造鋁合金電纜,以滿足工業與民用配電的需求,是符合科學發展的需要,是利國利民的好事。

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