铝合金电缆说明.doc

_一，用铜还是用铝-让我们正确理解市场上对于应用铝合金电缆的质疑 长久以来，人们对建筑用低压电缆的选择，通常是以铜为主。认为铜导体在电气性能及可靠程度上都高于其他导体，是用作电缆材料的不二选择。但铜作为地球上的一种稀缺资源，尤其是在我们国家，矿藏量十分有限，铜矿石大量依赖进口。在倡导节能环保、可持续发展的大环境下，我们是不是应该突破固有的使用习惯，在适用的条件下，去接受更加经济且环保的铝合金电缆呢？众所周知，任何新事物、新科技的产生，必然会触动既有行业经济团体的利益，以致招来大量非议，受到同行及竞争对手排挤、打压。但随着越来越多的人逐渐了解并接受这种新鲜事物，以往陈旧的理念理所当然地会被历史的洪流所淘汰。就像现在，众多的设计师和业主基于其性能可靠，经济节约，绿色环保等考虑，纷纷开始选用铝合金电力电缆，恰恰说明铝合金电力电缆适用于中国市场，是非常符合中国国情的产物，同时能够满足很多场合应用的需求，有着广阔的市场和生命力。二，关于铝合金电缆在国外住宅项目中应用的质疑8000系列铝合金导体不同于以往的纯铝导体，经过一系列的工艺技术，通过在纯铝中添加铁、镁及其他一些金属元素后，其电气性能与纯铝基本相当，机械性能大幅改善，在抗蠕变、柔韧性、耐腐蚀及屈服强度上均接近甚至超越了铜导体。在8000系铝合金导体的发源地北美地区，有很多企业都在生产并销售以铝合金为导体的电缆产品，早在30多年前铝合金电缆就已经被广泛应用于包括住宅、 商业、工业及军事等众多项目中，并且运行良好。下图是美国业绩表中的关于住宅业绩一页（截止到2000年，美国业绩表中典型安装项目共有71页，具有代表性的住宅工程有近150项；加拿大的典型安装工程有35页，具有代表性的住宅工程有近160项）下右图是加拿大业绩表中关于住宅业绩的一页。（可以看到早在1973年卡尔加里的洲际公寓二期的应用）。所有这些业绩表明以铝合金为导体电力电缆是经过多年实际应用验证了的，是可靠的安全的稳定的性价比高的配电线缆。除住宅外，合金电缆在工业宾馆商业建筑机场超高层建筑都有着广泛的应用。所以，针对于合金电缆在北美地区广泛应用的质疑都是没有根据的，是站不住脚的。三，关于铝合金电缆连接性能实验标准的质疑很多不懂得电气原理的人通常以为铝-铝连接不可靠，可以说是谈铝色变。但目前我们使用的是铝合金导体而非纯铝，由于向纯铝中添加了合金成分，能够有效地改善及抑制纯铝材料的蠕变特性，已经使得连接性能大幅提高。同时希望读者能够客观地分析一下，我们以往所认为的铝不可靠，到底是铝材料不稳定，还是接头不可靠，还是安装时候的工艺原因呢？下面一段文字摘自 加拿大皇家调查委员会关于铝线的法案1957年，凯撒铝制电气产品（Kaiser Aluminum Electrical Products）使用凯撒（Kaiser ）铝类型NM电缆（Ka-Flex）为西弗吉尼亚州雷文斯伍德的99套公寓布线。连续运行六年后，凯撒（Kaiser ）的工程师于1963年检查了这些设施，未发现任何与开关、装置或者负载中心相关的问题。Scotchlok连接器用于装置上的铜铝连接。在其他的结论中，调查人员决定不应再将使用密封剂视为全部铝连接的强制规定。IF马蒂瑟和S M加特（1970年）指出，EC级铝电线不是特别适用于小电线尺寸（小于AWG-8 , *注： 等同于公制 8.37mm2），因为它容易产生刻痕，而且蠕变应力低、热稳定性差。然而，已经开发出了多种新型合金电线。看上去这些新型电线已经克服了这些问题，因为它们强度比较高、延展性较好，而且在200时它们的机械特性几乎保持不变，在接近275时周期为数小时。在美国国家标准局（NBS）的报告 NBSIR 75-677（1974年12月）和 NEISS 新闻（1975年7月，第4期）中报告了在美国的支路布线的铝电线年表。本章节的其他内容摘自这两个来源。1966年前，美国安全检测实验室（UL）认可在任何“一般用途接线设备”上使用铝制支路电线，使用无螺钉推入式接线端子的除外。在退火回火方面，一般用途的 EC级铝合金不能满足15 000至22 000 psi的极限抗拉强度要求，因此，必须用于部分退火或者加工硬化回火。对于铝导线，UL公布了下列要求，自1971年4月1日起生效：抗拉强度：15 000 psi（最小） 20 000 psi（最大）；UL规定铝导线材料满足下列要求，自1971年6月1日起生效：机械和热试验要求极限抗拉强度：15 000 psi（最小） 屈服强度：11 000 psi（最小）；延伸率：8%（最小）热稳定性：在200时加热4小时后，极限和屈服强度均不应小于上述规定，或者不小于“原样”强度的90%，取二者中的较大数值。20世纪70年代初期，UL提议导线和设备均应经受热循环试验。制造商开发了新型合金，针对以前的EC级支路电路导线，具有较高的强度和延展性，较低的蠕变率和应力松弛，以及改进了的热稳定性。这些结果的详细内容将在随后的章节中给出。1972年8月，UL和电气行业组织了一个“在电气接线系统中，有关使用具有接线设备的铝导线的特别委员会”。1972年9月，UL修订了试验规格，以便列名铝电线，并且批准了满足这些规格的第一根电线。实际上，低压配电系统中故障出现最多的地方是电气接头处。最主要的担心之一是电化学腐蚀问题，但通过铜铝过渡端子已经能够成功地解决此类问题，我们能够通过苛刻的测试来验证并推算其长期的可靠性。铝或铜端子及中间接头的连接是否可靠，以及能否在寿命周期内保持稳定的电气连接，是依据国家标准GB/T 9327额定电压35kV(Um=40.5kV)及以下电力电缆导体用压接式和机械式连接金具 试验方法和要求（修改采用IEC 61238-1:2003）的测试结果来评判；北美地区按照UL486B的测试。IEC和UL两大标准体系对于端子连接都是采用热循环试验的方法来评价金具与电缆连接的可靠性和稳定性。UL和IEC 早已认可了评价铝或铝合金线缆与端子连接的试验方法，且在这之后无数的项目应用案例都能够证明这种实验方法是科学的，是可靠的。下图是铝合金导体与铜铝过渡端子连接的测试内容：试验中将端子和电缆导体通过大电流升温到120，并处于稳定状态，然后自然冷却使金具和电缆导体降温至室温（35以下）， 分别记录高温及室温下，每个连接金具和基准导体的电阻和温度，经过1000次循环后，将试验电阻值和原始连接电阻值做对比，分析其连接是否稳定。图一：图二：图三：图四： 图五：图六：四，铝合金电缆的安全性能A、历史证明 美国自1968年研发出铝合金电缆到使用至今已42年，从未发生任何故障，通过这42年的使用与验证，该种产品是安全的，正因为他的安全性，让北美区域的国家使用该种产品已相当普遍，市场占有率达到90%。B、检测报告及认证 通过UL（美国）、CUL（加拿大）、SAI GLOBAL（澳大利亚）、中国电力认证、经过中国最权威的国家电线电缆检测中心、国网武汉高压研究所、国家防火建筑材料质量监督检验中心的检测。铝合金导体符合CSA标准C22.2第38条款关于ACM合金导线的要求，和GB12706.1-2008和IEC60502.1最新版的性能要求，以及UL对AA8000系列相关的标准。C、合金成分的添加 导体的合金成分大大改进了其连接性能，这是被批准为铝合金材料的根本原因。尤其是当导体退火时添加的铁产生了高强度抗蠕变性能，在电流过载时，铁发挥作用，持续的连接，而不会使铝合金导体发生蠕变。为什么要解决蠕变这个重要问题是：蠕变发生后，原来的压紧力不够，接触点的压力减小使得接触电阻迅速增大，电流流过后造成接头处过热，如果不定期维修，那么出现事故的风险大增。（蠕变：金属在温度、外力和自重的作用下，随着时间的推移，将缓慢地产生不能复原的永久变形，这种现象为蠕变）D、阻燃性能： 铝合金电缆的绝缘材料采用自主研发的阻燃XLPE(阻燃硅烷交联聚乙烯），加上其独特的自锁型铠装结构，散热性能远远优于PVC材料的护套，可以很快带走热量，阻燃性能优异，火焰撤走后能迅速熄灭，不会延燃其他材料。新型的加工工艺，保证使用的更加安全。五，铝合金电缆的电气性能1、载流量的实现：、铝合金的电阻率 介于铝与铜之间，略高于铝，而低于铜。按相同载流量下，相同长度的铝合金导体重量仅为铜导体的一半，如果按铜的电导率是100%计算，合金导体的电导率约为61.2%，合金的比重为2.7，铜的比重为8.9，则（8.9/2.7）*（0.612/1）=2即2KG铜的电阻与1KG合金的电阻相当，因此，当合金导体的截面积是铜的1.5倍时，其电气性能相同，即实现了和铜相同的载流量、电阻、和电压损失。、电力电缆的载流量 影响电线电缆载流量的因数较多，如：线路特性（如工作电、电流类型、频率、负荷因数）；电线电缆的结构（如导电线芯的结构、芯数、绝缘材料的种类、屏蔽层及内外护层的结构和材料、总外径）；敷设条件（如空气中敷设、管道中敷设、直接埋地敷设、地下沟道中敷设、水底中敷设）；导电线芯最高允许工作温度和周围环境条件（如空气和土壤温度、土壤热阻系数、周围热源的邻近效应）等。 、铝合金电缆是非磁性材料，即使存在三相不均衡电流也不会产生涡流，能减少线路的损耗。2、成品截面积的减少的实现：铝合金导体采用的是德国最先进的紧压绞合技术，其导体的紧压系数达到93%，而铜的的紧压系数一般只能达到80%，常规的绝缘采用的是聚氯乙烯，而铝合金电缆采用的是硅烷交联聚乙烯绝缘，这种绝缘只需聚氯乙烯的2/3的厚度就能远远超过常规的绝缘性能，所以外径仅在铜缆的基础上增11%以内，就能实铜相同的电气性能。由于外径增加在一定的范围，使安装不需要考虑成品的外径的因素。（一般设计师设计的敷设管道尺寸为铜缆的150%，最近考虑增容的问题，敷设管道尺寸增加为铜缆外径的200%，所以穿管问题不用多加考虑。）六，铝合金电缆的机械性能1、高延伸伸长率是导体机械性能重要指标，是关系产品优劣和能承受外力大小的重要标志。也是电缆导体检验的一个重要指标。铝合金电缆退火处理后的延伸率能达到30%，而铜缆的伸长率为25%，该项指标对普通铝杆的增加（普通铝杆的伸长率为1.5%），是能取代铝芯电缆与铜缆的重要指标。2、强柔韧扭转试验：主要检验金属线材的韧性。韧性愈好，能承受的扭转的次数愈多。普通铝丝的一个重要缺点是脆度高，在安装时只要几次一定角度的扭转，导体就会产生裂纹，裂纹会增加接触电阻，是出现火灾的重要原因。使用铝合金电缆，由于他的韧性好，不会产生裂纹，在安装中出现安全的隐患减少。3、易弯曲 弯曲试验：主要检验金属的抗弯曲性能。材质不均或性脆的材料，抗弯曲性能差。根据GB/T12706中对铜缆安装时弯曲半径的规定，铜缆的弯曲半径是1020倍电缆直径，铝合金电缆的弯曲半径最小为7倍电缆直径，使用铝合金电缆减小了安装布局的空间，减小了安装成本，更易于敷设。4、低反弹 在室温条件下将铜缆与铝合金电缆弯曲90度，应力释放后，铝合金电缆反弹角度为铜缆的60%。因铝合金电缆具有无记忆力，所以反弹性能优于铜芯电缆，在安装过程中，更有利于端子连接接头处的紧密程度，易于压紧提高连接的稳定性七，铝合金电缆的使用寿命导体部分腐蚀：主要有化学腐蚀与电化学腐蚀两种。1、化学腐蚀：指金属在大气中与氧、氯、二氧化硫、硫化氢等气体作用下发生的腐蚀。金属表面与氧发生作用后，生成不同的金属氧化物。铝的氧化物能构成致密的有一定硬度的表面保护膜。铁的氧化物结构松，易于脱落，并继续不断地向金属内部渗入、扩散，使材料破坏。铜的氧化物俗称铜绿，介于以上两者之间，是一种有毒物质。2、电化学腐蚀：指由金属和介质组成原电池后，形成了金属的腐蚀过程，当两种不同电极电位的金属相接触，其间又有水或其他电解质时，两种金属之间就会产生电流形成一个原电池，其中一种金属处于正电位，另一种处于负电位。处于负电位的金属就不断地以离子状态经电解液向处于正电位的金属聚积。使处于负电位的金属逐渐损失破坏，形成电化学腐蚀。两种金属的电极电位之差愈大，电化学腐蚀就愈强烈。温度愈高，湿度愈大，金属的腐蚀在一般情况下也愈严重。不同的金属有不同的电极电位。常用的几种金属的电极电位次序为：金属 Ag（银）Cu （铜）Pb （铅）Sn （锡）Fe （铁）Zn （锌）Al （铝）电位+0.8+0.334-0.122-0.16-0.44-0.76-1.33电极电位负值越大的金属，转入电解质中成为离子的趋势越强，即越易受到腐蚀。铝的电极电位的负值较大，但由于其表面经常有一层氧化膜保护层，能改善其耐腐蚀性能。稀土铝合金材料是在铝中加入稀土元素,它能够起到净化、提高纯度、填补表层缺陷、细化晶粒、减少偏析,消除显微不均而导致的局部腐蚀的作用,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,从而大大提高了铝的耐腐蚀性能。对于海洋环境中C1-和石油、化工环境中的S、H2S+CO2等腐蚀问题,这种材料有独特的防腐机理。稀土金属的强还原性可以与S、H2S、C1-的强氧化性有效结合、相互作用,生成稳定的化合物(C1-与稀土铝合金生成稳定配位化合物),将化学反应中的氧化和还原过程有机统一,相互作用,从根本上遏止了S、H2S、C1-等腐蚀介质的氧化活动造成的腐蚀破坏,从而彻底解决了在全球范围包括美国在内的发达国家未能很好解决的问题。经北京有色金属研究总院等国家级检测部门的检测和工程实例数据分析表明,在氯离子、海水、海洋大气、盐雾环境(干湿交替)、饱和HzS、硫以及高温、高压环境条件下,稀土铝合金的年腐蚀率为