《电力工程电缆设计规范》铝合金电缆应用和选择

中华人民共和国国家标准

GB50217—20XX

《电力工程电缆设计规范》

Codefordesignofcablesofelectricpowerengineering

专题报告之三

铝合金电缆应用和选择

二○一六年三月成都

1概述

据统计，2004年至今我国每年约有10%左右的铝需要出口，国内电解铝行业产能

严重过剩。而与此同时，我国铜资源却相对短缺，目前国内资源供给率不足20%，铜

金属市场严重依赖进口。针对这种情况，2005年7月国务院发出《关于做好建设节约

型社会近期重点工作的通知》，特别提出要积极推进原材料节约，完善资源节约标准。

国家发改委、建设部等部门也将资源节约、新材料、新技术推广作为其重要工作。相

关资料显示，目前我国电缆行业产值超过1万亿元，规模居全球第一，如果能在电缆

行业推广技术成熟的新型合金材料，无疑对建设资源节约型社会具有重大的现实意

义。

本专题对铝合金电缆和传统的铜芯、铝芯电缆进行了技术经济比较，分析了铝合

金电缆的应用前景以及存在的问题，提出了铝合金电缆的选用方法和注意事项。

2铝合金电缆在国内外的应用简介

北美地区：美国南方电线电缆公司于1968年率先发明了AA8176导体铝合金，之后

美国铝业公司发明了AA8030导体铝合金。1970年，美国的相关电缆公司同电气产品实

验室和连接器制造公司等企业共同努力，研制了AA8176、AA8030牌号铝合金电缆各自

专用的连接器。1988年秋，美国材料试验学会(ASTM)完成了AA-8000系列铝合金导体

技术规范的编制，并出版了ASTMB-800和ASTMB-801标准。至此，AA-8000系列铝合金

正式合法的作为建筑电线电缆和电力电缆导体。以AA8176、AA8030牌号为主的铝合金

电缆产品在北美地区国家已有了40多年的安全、无事故应用历史。目前在北美地区低

压建筑安装领域铝合金电缆占有绝对的市场优势，市场份额已经超过了铜芯电缆。在

北美等地区，铝合金电缆的制造主要依据美标ASTMB80005(2011)、80107(R2012)

进行生产和检验。北美地区部分应用铝合金电缆的项目见表1：

1

表1北美地区部分应用铝合金电缆的项目

序号项目类型项目地点项目名称

1宾馆佐治亚Cumbeiland喜来登宾馆

2宾馆加利福尼亚洛杉矶国际机场Ramada

3军事马里兰陆军研究实验室

WrightPatterson空军基

4军事俄亥俄

地

5办公楼宾夕法尼亚Alcao总部

6办公楼纽约IBM公司

7工业建筑宾夕法尼亚Koons钢业

SSACMartinsburg飞机制

8工业建筑西弗吉尼亚

造厂

9政府大楼马里兰美国国家安全局

10市政项目纽约自由塔

…………

欧洲地区：欧洲多个国家从电缆生产过程中的能耗、对环境产生的影响、电缆使

用全生命周期的成本等多方面综合考虑，最终还是决定采取铜芯电缆和纯铝电缆的解

决方案。

日韩：日韩两国主要将铝合金特别是耐热铝合金应用于架空输电线领域，在电缆

方面基本还是采用铜芯电缆。其中在日本市场，根据JCMA（日本建筑与机械协会）的

统计，铜芯电缆的市场占有率超过95%。

国内：2006年左右铝合金电缆产品开始进入中国，通过十年的推广，铝合金电缆

的产品已经逐渐被国内市场所接受，市场需求增长快速。目前国内在钢铁、石化、商

业地产、高速公路等领域中已有不少铝合金电缆的应用业绩。国内铝合金电缆的制造

主要依据NB/T42051-2015《额定电压0.6/1kV铝合金导体交联聚乙烯绝缘电缆》以

及国标GB/T31840.1~3-2015《额定电压1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)铝合金芯挤

2

包绝缘电力电缆》。国内部分应用铝合金电缆的项目见表2，国内部分铝合金电缆成功

应用的案例见本专题附录1。

表2国内部分应用铝合金电缆的项目

序号项目类型项目地点项目名称

1钢铁河南安阳安阳钢铁焦化项目

2钢铁安徽马鞍山马钢-钢轧硅钢线2期项目

3商业地产吉林长春长春东田青年城

4商业地产内蒙古鄂尔多斯内蒙古鄂尔多斯市丽景湾

5高速公路河北石家庄西北坡高速项目

6高速公路广东广州增从高速公路

7化工陕西宝鸡霸王河工业区秦力橡胶厂

奥联(肇庆)玻璃有限公司

8化工广东广州

ZQ3项目

9电力福建三明福建永安电厂

华能托什干河别迭里水电

10电力新疆喀什

站

11电力全国武汉凯迪生物质发电厂

…………

3铝合金电缆与铜芯、铝芯电缆的性能比较

本节内容中的数据参考了GB/T30552-2014《电缆导体用铝合金线》和GB/T

3956-2008《电缆的导体》中规定的数值，并综合考虑了电缆生产厂家提供的数据。

3.1物理与机械性能比较

铜、铝、铝合金材料在物理与机械性能方面的指标对比见表3：

表3铜、铝、铝合金材料在物理与机械性能方面的指标对比

导体特性电工铜(Cu)电工铝(Al)电缆用铝合金

3

软态硬态软态

密度（g/mm3)8.892.7032.7032.710

物理熔点（℃）1083660660660

特性熔解热(J)51959595

线膨胀系数17×10-623×10-623×10-623×10-6

抗拉强度(Mpa)220~270160~20060~90100~160

力学

屈服强度(Mpa)60~8070~9020~3050~80

特性

伸长率(%)30~450.5~2.020~3010~30

从表3可知，硬态纯铝的伸长率很低，应用在电缆上表现就是其柔韧性很差，在反

复弯折时容易损伤或折断；软态纯铝的伸长率比硬态纯铝大幅提高，但是其屈服强度

只有铜的一半，应用于电缆上表现就是抗蠕变性较差，安装一段时间后，连接处容易

松弛，造成接触电阻增大，引起发热，易形成线路安全运行的隐患。

铝合金材料与纯铝的物理性能基本一致，但在力学特性方面兼顾了硬态纯铝屈

服强度高和软态纯铝伸长率好的特点，可以比较有效地改善上述问题。

3.2电气性能比较

铜、铝、铝合金材料在电气性能方面的指标对比见表4：

表4铜、铝、铝合金材料在电气性能方面的指标对比

电工铜（Cu)电工铝（Al)

导体电气特性电缆用铝合金

软态硬态软态

电阻率（Ω·mm2/m）0.0172410.0282640.0273660.0279

电阻温度系数

0.003930.004030.004030.00403

(0~100℃)(1/℃)

电导率%IACS(20℃)100616361~63

根据表4可知：铝/铝合金材料的电阻率约为铜的1.6倍。由于铜材的电阻率低，

4

因此相同截面的铜芯电缆要比铝/铝合金电缆允许的载流量高30%左右；同时在相同截

面流过相同电流的情况下，铜芯电缆的电压降将小于铝/铝合金电缆。

由于导体的电导率与导体截面积成反比，如果按铜的电导率是100%计算，铝合金

的电导率约为61%，铝合金的比重为2.7t/m3，铜的比重为8.9t/m3。按此参数计算

(8.9/2.7)×(0.61/1)≈2，即铝合金电缆的截面积是铜电缆的约1.5倍时，两者的电

气性能相当；在相同载流量条件下，相同长度的铝合金电缆的重量约为铜电缆的一半。

3.3稳定性、耐腐蚀性

铜芯电缆抗氧化，耐腐蚀，而铝芯电缆易受氧化和腐蚀。铜芯电缆的连接头性能

稳定，不会由于氧化而发生事故；铝芯电缆的接头不稳定，时常会由于氧化使得接触

电阻增大，造成接头发热而发生事故。事故率比铜芯电缆大。另外铝芯电缆如与铜端

子连接，由于金属材质不同，存在电位差，在潮湿的空气中会发生电化学腐蚀，同样

会增大接触电阻，使接头处发热，给系统安全运行造成隐患。而铜芯电缆不存在这个

问题。铝合金电缆中由于加入了其他元素成分，从而可提高以纯铝为导体的金属材料

的耐腐蚀性能，减少不同金属之间的电位差（电位差越大，腐蚀会越严重），而且铝

合金电缆应要求配套专门的接线端子，以保证接触面的安全运行，从整体上提高电缆

的抗腐蚀能力。

3.4小结

铝合金电缆材料与传统的铝芯电缆材料在电气性能基本完全一致，但由于加入了

其他元素成分，使得铝合金材料在力学特性方面较纯铝有了明显地改善，能够比较有

效地解决纯铝电缆反复弯折易折断和抗蠕变性较差的固有问题。

与铜芯电缆相比，在相同载流量条件下，相同长度的铝合金电缆的重量约为铜电

缆的一半，具有重量轻的优点。

4铝合金电缆的选型

铝合金电缆的选型主要考虑：载流量、短路热稳定截面、允许电压降等几个方面

的因素。本节表格中的数据引用自通用（天津）铝合金产品有限公司和四川明星电缆

有限公司样本,由于各电缆厂家产品参数难免有所差异，因此本专题中相关数据仅供

参考。

5

4.1载流量选择

1kV三芯交联聚乙烯绝缘铜芯电缆和铝合金电缆的载流量对比见表5：

表51kV三芯交联聚乙烯绝缘铜芯电缆和铝合金电缆的载流量对比

铜芯电缆截面电缆载流量铝合金电缆截面电缆载流量

（mm2）（A）（mm2）（A）

1610025103

2512735127

3515850160

5019270198

70246120281

95298150324

120346185371

150399240437

185456300504

240538400601

注：表5中载流量按导体温度90℃考虑，环境温度30℃，有孔托盘敷设条件考虑。其他规格及敷设条件下的

载流量表不在此处一一罗列，如有需要可参考GB16895.15-2002《建筑电气装置第5部分：电气设备的选择和安装第

523节：布线系统载流量》和09BD1《建筑电气通用图集电气常用图形符号和技术资料》、10CD106《铝合金电缆敷

设与安装图集》。

根据上表可知，当铝合金电缆的截面放大1~2级时，其与铜芯电缆的载流量相当。

4.2短路热稳定选择

根据《电力工程电缆设计规范》GB50217，按短路热稳定条件计算电缆导体允许

最小截面的公式如下：

Q

S102

C

6

1Jq120

Clnm

K120

p

2

IP

poHo

IH

除电动机馈线外，均可取

pH

2

式中S——电缆导体截面(mm)；

Q——短路电流热效应(J)；

J——热功当量系数，取1.0；

q——电缆导体的单位体积热容量(J/cm3·℃)，铝芯取2.48，铜芯取3.4；

o

m——短路作用时间内电缆导体允许最高温度(C)；

o

P——短路发生前的电缆导体最高工作温度(C)；

o

H——电缆额定负荷的电缆导体允许最高工作温度(C)；

o

o——电缆所处的环境温度最高值(C)；

IH——电缆的额定负荷电流(A)；

IP——电缆的实际最大工作电流(A)；

oo

——20C时电缆导体的电阻温度系数(1/C)，铜芯为0.00393，铝芯

为0.00403；

o24

——20C时电缆导体的电阻系数(cm/cm)，铜芯为0.018410，

4

铝芯为0.03110；

——计入包含电缆导体充填物热容影响的校正系数，对3～10kV电动机

馈线回路，宜取0.93，其他情况可按1；

K——电缆导体的交流电阻与直流电阻之比，K1。

根据《电力工程电缆设计规范》，交联聚乙烯绝缘的电缆，m取250，P取90。

7

按上述条件计算，铜芯电缆C铜=137，铝合金电缆C铝合金=90。

在通过相同的短路电流，且短路持续时间相等的情况下，导体允许最小截面S铝合

金≥1.52S铜，即在相同的条件下，铝合金电缆的截面须为铜芯电缆截面的1.52倍及以

上。在选用铝合金电缆时一定要进行热稳定校核，确保其满足热稳定的要求。

4.3允许电压降

对于供电距离较远、容量较大的电缆线路，需校验其电压损失。其计算公式如下：

173

三相交流：U﹪=ILrcosxsin

Ug

200

单相交流：U﹪=ILrcosxsin

Ug

200

直流线路：U﹪=ILR

Ug

式中：U——线路工作电压，三相为线电压，单相为相电压（V）；

Ig——回路工作电流（A）；

L——线路长度（km）；

r——电阻（Ω/km）；

x——电抗（Ω/km）；

cosφ——功率因数。

按照上述公式，以1kV三芯交联聚乙烯铜缆和铝合金电缆为例，其电缆压降计算

见表6、表7：

表61kV三芯交联聚乙烯铜芯电缆压降表（导体温度按90℃考虑）

电缆截面电缆电阻电缆电抗功率因数电缆压降功率因数电缆压降

（mm2）（Ω/km）（Ω/km）（%/A*km）（%/A*km）

161.4640.0750.850.5840.90.615

250.9250.0750.850.3760.90.394

350.6670.0740.850.2760.90.288

500.4930.0720.850.2080.90.216

700.3410.0720.850.1490.90.154

8

950.2460.070.850.1120.90.115

1200.1950.0690.850.0920.90.0935

1500.1580.070.850.0780.90.079

1850.1260.0710.850.0660.90.066

表71kV三芯交联聚乙烯铝合金电缆压降表（按导体温度90℃考虑）

电缆截面电缆电阻电缆电抗功率因数电缆压降功率因数电缆压降

（mm2）（Ω/km）（Ω/km）（%/A*km）（%/A*km）

251.4750.0810.850.5900.90.620

351.0410.0780.850.4220.90.442

500.7290.0750.850.3000.90.314

700.520.0740.850.2190.90.228

950.3840.0720.850.1660.90.172

1200.3040.0710.850.1350.90.139

1500.2430.0710.850.1110.90.114

1850.1970.0720.850.0940.90.095

2400.1520.0710.850.0760.90.076

4000.0920.070.850.0540.90.053

根据表6和表7可以看出，根据上表可知，当铝合金电缆的截面放大1~2级时，铜

芯电缆和合金电缆电压降相近。

4.4额定电压、绝缘和护套材料

（1）额定电压

铝合金电缆的额定电压表示为U0/U(Um)

其中：

U0---电缆设计用的导体对地或金属屏蔽之间的额定工频电压；

9

U---电缆设计用的导体间的额定工频电压；

Um---设备可承受的“最高系统电压”的最大值。

根据GB/T31840-2015的规定，目前铝合金电缆电压可为0.6/1（1.2）

kV~26/35(40.5)kV。

（2）绝缘和护套材料

电缆的运行条件按正常运行时导体的最高温度为90℃，短路时导体的最高温度

为250℃考虑。铝合金电缆绝缘材料采用交联聚乙烯(XLPE)；护套材料采用聚氯乙烯

(PVC)和/或低烟无卤阻燃聚烯烃。

注：GB/T31840-2015中对绝缘材料还规定有聚氯乙烯（PVC）和乙丙橡胶（EPR/HEPR），前者因

运行温度不满足上述运行条件要求，后者因实际应用中较少采用，故均未在本专题中计列。

4.5小结

综上所述，采用铝合金电缆替换铜芯电缆时，在将对应的铜芯电缆截面放大1~2

级后，铝合金电缆在载流量、热稳定截面、电缆压降方面能够与铜芯电缆性能相当。

5采用铝合金电缆的经济性分析

5.1电缆材料成本

电缆材料成本主要考虑导体材料成本和绝缘材料成本。对于35kV电压等级以上的

电缆，绝缘材料为电缆材料成本的主导因素，采用铝合金电缆并无优势；对于35kV

电压等级以下的电缆，铝合金电缆较铜芯电缆有一定的优势。

由于各电缆生产厂家的设备成本、工艺成本、原材料成本、人工与售后服务成本

等均不同，所以各家电缆销售价格各有不同，这里不再对各种规格铜芯电缆和铝合金

电缆进行详细的经济比较。按保守计列，采用铝合金电缆替代铜缆后可以节约20%左

右的费用。采用铝合金电缆替代铜芯电缆，其经济效益还是比较明显的。

5.2电缆安装成本

与铜芯电缆相比，合金电缆具有重量轻的优点，载流量相近的条件下，铝合金电

缆的重量约为铜芯电缆的一半（针对低压电缆而言）。因此铝合金电缆安装较铜缆更

为高效、方便。但铝合金电缆的安装需要使用特殊工具，接头安装工艺较铜缆复杂，

10

对施工人员的要求更高，如果铝合金电缆接头安装不正确易留下故障隐患。铝合金电

缆和铜芯电缆接头施工比较，见本专题附录2。

关于电缆安装费用的预算，据了解目前是根据电缆的电压等级，按照长度来计列

的。因此同一电压等级，相同长度的铜芯电缆和铝合金电缆在安装费用预算上是体现

不出差异的。如果不考虑电缆截面的限制，采用铝合金电缆替换铜芯电缆后，电缆长

度不会增加，因此电缆的安装费用也不会增加；但目前工程实际应用中，单根电缆的

最大截面一般不超过185mm2。按此原则，对于150mm2和185mm2截面的铜芯电缆若采用

铝合金电缆进行替换，替换后电缆的总长度将会增加，进而将增加电缆的安装费用。

另外采用铝合金电缆替换铜芯电缆后，由于电缆外径增加，相应的电缆构筑物也将随

之增加。隐含将增加整个电缆安装工程的成本。

5.3运行成本

电缆运行成本主要考虑电能损耗。

导体损耗计算公式如下：

WI2RLT

式中W——年电缆导体的损耗；

I——回路电流；

R——电缆的电阻；

L——电缆长度；

T——年工作小时数。

根据本报告表6和表7可以看出：铝合金电缆截面≥120mm2时，铝合金电缆和对应

替换的铜芯电缆电阻基本相当；铝合金电缆截面＜120mm2时，铝合金电缆比对应的铜

芯电缆电阻略大。综合考虑，两者的导体损耗大致相当，铝合金电缆的导体损耗比铜

芯电缆略大。

5.4小结

本节对采用铝合金电缆的经济性进行了分析，综合本节内容：35kV电压等级以下

的电缆（尤其是低压电缆），铝合金电缆在电缆材料价格方面有一定的优势；由于重

量较轻，铝合金电缆在敷设施工时较铜芯电缆方便，但铝合金电缆的接头施工较铜芯

11

电缆复杂、要求更高，另外采用铝合金电缆后还可能需要增加电缆构筑物，这样又将

增加安装工作量；运行维护方面铝合金电缆的导体损耗比铜芯电缆略大，维护成本略

高。

6选用铝合金电缆应注意的问题

铝合金电缆的选型主要考虑：载流量、短路热稳定截面、允许电压降等几个方面

的因素。本节表格中的数据引用自通用（天津）铝合金产品有限公司和四川明星电缆

有限公司样本,由于各电缆厂家产品参数难免有所差异，因此本专题中相关数据仅供

参考。

6.1铝合金材质的选择

铝合金电缆好坏的关键就在于导体，这个原因无需赘言。合金配方是电缆生产厂

家的核心技术。在美国ASTMB800-05《StandardSpecificationfor8000Series

AluminumAlloyWireforElectricalPurposes》中，明确列出了能够符合该标准

规范的AA-8000系列铝合金见表8：

表8AA-8000系列铝合金

铝材名称美国专利编号

ANSI-H35.1UNS…

8017A98017…

8030A980303711339

8076A980763697260

8130A98130…

8176A98176RE28419

RE30465

8177A98177…

目前国外成熟的铝合金电缆主要采用的是8176(铝铁锌硅合金)和8030(铝镁铜铁

合金)两个牌号的材料。其中美国南方电线电缆公司采用的是AA8176，美国通用电缆

公司采用的是AA8030，上述2家公司分别拥有以上2种铝合金配方的专利技术。在北美

等地区，铝合金电缆的制造主要依据美标ASTMB80005(2011)、80107(R2012)进

行生产和检验。

近年来国内铝合金电缆的市场发展较快，很多生产铜缆或者铝缆的厂家加入了铝

12

合金电缆的生产行业，但传统的铜芯、铝芯电缆其导体为单种金属材料，材料品质较

容易把控，而铝合金电缆因导体为合金材料，其生产装备、生产技术和工艺与生产传

统铜芯、铝芯电缆有很大区别。需要具有导体合金熔炼、导体合金材料连铸连轧的装

备和技术。对于铝合金导体材料的制造，目前国内大多数厂家的制造技术还达不到美

标ASTMB80005(2011)的要求，然而国内相应配套的标准、规范没有及时跟上。一

些电缆厂家趁机大钻空子推出了五花八门的“铝合金电缆”，利用用户对铝合金电缆

不熟悉，大肆推销伪劣产品，造成了铝合金电缆市场的混乱。采用这些产品，不仅性

能、安全得不到保证，还将影响铝合金电缆在国内的健康发展。

加拿大第三方测试机构POWERTECH曾对国内生产的一些8000系列铝合金电缆进

行了热循环和抗蠕变性能测试，结果发现中国生产的铝合金电缆的抗蠕变性能，甚至

不如美国生产的铝电缆。通过对这些电缆的铝合金成分进行分析，发现中国生产的铝

合金电缆产品中Si含量差异性非常大，成分差异高达68%。作为8000系列铝合金电缆

的重要成分，Si含量对电缆的性能影响很大。由于国内生产的铝合金电缆成分控制不

稳定，因此造成产品性能差异大。由此可见，目前国内市场上的铝合金电缆产品鱼龙

混杂，质量参差不齐。相对传统的电缆生产，铝合金电缆对生产的装备、技术、工艺

要求更高、更先进，行业门槛高，不具备实力和成熟生产条件的厂家是难以参与的。

国内铝合金电缆行业的乱象引起了国家有关部门和业内人士的高度重视，《额定

电压0.6/1kV铝合金导体交联聚乙烯绝缘电缆》(标准编号NB/T42051-2015)已于

2015年4月2日正式获批，并于9月1日正式实施，该标准中明确规定了6个电缆导体用

铝合金的化学配比（对应借鉴AA-8000系列6个牌号的导体，详见表8），另外国标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》也已正式发布。以上标准的制定为铝合金电缆的顺利推广和运用提供了强有力

的标准依据，提高了铝合金电缆行业的准入门槛，从源头上杜绝了伪劣产品，有利于

规范铝合金电缆的制造和市场竞争次序。标志着国内铝合金电缆行业进入了规范化时

代。

关于国标GB/T31840.1~3-2015需要澄清：由于编制单位的因素，在标准附录A

“铝合金导体成分”中加入了稀土高铁铝合金规格。而稀土铝合金是上海电缆研究所

13

上世纪八十年代基于在纯度不足的铝材中加入微量稀土达到改善铝材机械性能目的

而开发研制的产品。上海电缆研究所在2013年电缆行业学术年会发表的研究报告中曾

明确指出“铝的纯度达99.7%、硅的含量在0.04%以内，做导体铝合金，加入稀土是不

必要的”，由此可见，只有当用纯度较差的铝材料做导体铝合金的基材时，才可能会

考虑添加稀土来弥补其材料性能的不足，现阶段在合格的铝材中加入稀土是没有意义

的。另外在GB/T30552-2014《电缆导体用铝合金线》和NB/T42051-2015《额定电压

0.6/1kV铝合金导体交联聚乙烯绝缘电缆》规范中均未有提及稀土铝合金的内容。因

此在选用铝合金导体时，不应考虑选用稀土铝合金。电缆导体用铝合金线的化学成分

见表9：

表9电缆导体用铝合金线的化学成分

化学成分（质量分数）

%

成分

代号其他

SiFeCuMgZnBAl

单个合计

10.100.55~0.80．10~0.200.01~0.050.050.010.03a0.10余量

0.001~0.0

20.100.30~0.80.15~0.300.050.050.030.10余量

4

30.100.6~0.9b0.040.08~0.220.050.040.030.10余量

40.15b0.40~1.00.05~0.15-0.10-0.030.10余量

50.03~0.150.4~1.0--0.10-0.05c0.15余量

60.100.25~0.450.040.04~0.120.050.040.030.10余量

注1：表中规定的化学成分除给定范围外，仅显示单个数据时，表示该单个数据为最大允许值。

注2：对于注脚中的特定元素，仅在需要时测量。

a该成分的铝合金中Li元素的质量分数应不大于0.003%。

b该成分的铝合金应同时满足(Si+Fe)元素的质量分数应不大于1.0%。

c该成分的铝合金中Ca元素的质量分数应不大于0.03%。

6.2铝合金电缆的适用范围

（1）适用的电压等级

35kV以上的高压电缆，交联电缆占市场主导地位。由于对绝缘的要求很高，交联

14

聚乙烯绝缘材料在电缆成本中占有较大比例。在此类高压电缆中若采用铝合金导体代

替铜导体，由于电缆截面的增大将导致绝缘材料用量的增加，进而推高了电缆的成本，

其经济性较差。另外35kV以上的高压电缆可认为是系统内的重要供电回路，此类电缆

应考虑采用铜芯电缆。

在35kV及以下中压电缆系统中，绝缘厚度较高压电缆薄，由于电缆截面的增大而

导致的绝缘材料用量增加有限，在国内的应用中也有铜芯、铝芯电缆并用的情况，因

此此类电缆理论上可考虑采用铜芯或铝合金电缆。但应该注意到，即使是在铝合金电

缆发源地的北美地区，其中压系统也几乎不使用铝合金电缆。此类铝合金电缆产品的

稳定性和可靠性还有待观察。国内某钢铁企业，在新建技改项目中，大量使用8000

系列铝合金电缆。2013年冬，投产1年时间，新建厂区主变至厂区的电缆隧道突发火

灾，80个回路10kV铝合金电缆被烧毁300余米，造成近半个厂区停产10多天。被烧毁

的铝合金电缆用新的铝合金电缆替代后，时隔四个月，在同一区域的电缆隧道，再次

发生火灾，除几十个回路的10KV铝合金电缆烧毁外，同时造成新区变电站4台主变压

器烧毁，新区再次停电近半个月，造成了较大的经济损失。进行事故分析后发现，事

故原因与电缆安装时损伤和未采用阻燃电缆直接相关，但也不能排除电缆本身存在质

量问题。

在35kV及以下中、低压电缆系统中，由于绝缘较薄，绝缘材料在成本中所占比重

较小，采用铝合金电缆经济性比较明显，且此类产品比较成熟，对35kV及以下一般性

负荷回路，电缆故障引起中断供电不会对安全生产造成影响，不会对公共场所秩序造

成混乱和不影响正常生产的负荷回路，且具有较大经济性有优势时，可以采用铝或铝

合金电缆。

（2）适用的电缆类型

a.铝合金的熔融温度为660℃，铜的熔融温度为1080℃。根据GB/T19216.11-2003

和GA306.2-2007的规定，耐火电缆的试验温度最小不低于750℃。虽然电缆的耐温等

级取决于绝缘、护层和附件材料，而并不取决于导体材料，但在实际火场中由于温度

极高，不论电缆采取何种隔热措施，在火灾发生后的极短时间内高温就会使铝合金导

体熔化。因此虽然目前一些厂家宣称可以生产耐火型铝合金电缆，但从安全角度考虑，

15

不宜选用铝合金材料作为耐火电缆的导体。

b.对于阻燃电缆可选用对应的铝合金电缆产品。

c.耐高温电缆的结构与阻燃电缆相同，区别在于耐高温电缆一般采用氟塑料或硅

橡胶作为绝缘材料，而阻燃电缆采用聚乙烯绝缘。经了解，铝合金电缆厂家生产耐高

温铝合金电缆完全没有问题，只是目前尚未有业主提出这方面的需求，因此暂未推出

此类产品。

6.3电缆截面替换的问题

采用铝合金电缆替换铜芯电缆，并不是简单的放大一级截面。根据本报告第4节

的内容，从载流量和电压降方面的因素综合考虑，使用时应按照铝合金电缆截面是铜

芯电缆截面的1.5倍左右进行替换。按此原则，铜电缆截面50mm2及以下规格的，对应

铝合金电缆截面应增大一级；铜电缆截面70mm2及以上规格的，对应铝合金电缆截面

应增大两级。但由于铝合金电缆采用了紧凑型绞合技术，可有效减少电缆外径，根据

本专题6.6节比较结果，在电缆截面较铜芯电缆增大1~2级的情况下，铝合金电缆外径

约仅增加了10%~20%。

另外，16mm2以下的电缆理论上即可用铜，也可用铝。但考虑到小截面的铝合金

电缆与铜芯电缆相比并无明显的经济优势；同时电缆在安装时，16mm2以下的电缆可

以直接连接到设备上，而现场的电器设备的连接部位大部分是铜质的，所以16mm2以

下的电缆不适合采用铝合金电缆。

6.4铝合金电缆连接问题

国内铜芯电缆和铝芯电缆经过几十年的发展，电缆的连接技术已经非常成熟，与

之配套的电缆连接附件等产品也已形成完整的产业和产品供应链。反观铝合金电缆，

因其导体是铝合金材料，无论是美国AA-8000系列还是《额定电压0.6/1kV铝合金

导体交联聚乙烯绝缘电缆》(标准编号NB/T42051-2015)均规定有6个牌号的铝合金导

体。导体铝合金牌号多，各规格的端子需求量又有限，各电缆厂家生产的电缆因导体

紧压程度不同，造成电缆导体外径各异，端子通用性差，进而推高了端子的生产费用，

专业连接端子生产厂家根本无法为铝合金电缆厂家生产能与各厂家、各铝合金牌号性

能都匹配的铝合金铜专用连接端子。客观上造成铝合金电缆连接技术和附件产品的配

16

套困难，在市场上很难买到与铝合金电缆配套的专用铝合金连接端子等附件产品。因

此在实际使用中，部分厂家采用了铜铝过渡端子做为连接器用于铝合金电缆的连接。

然而铜铝过渡端子因端子中铝的存在，所有铝作为导体的缺陷与不足的问题依然存

在，并且由于铜铝过渡端子，来是用于铝电缆连接，端子安装尺寸与终端设备尺寸不

匹配，为适应连接需要施工时常需削磨端子接触面，以减小端子接触面尺寸。但这将

直接破坏端子的机械性能，并造成端子接触面电气性能、载流能力不足，连接部位过

载、发热，造成了安全隐患。再则因铝电缆与铝合金电缆生产工艺不同，用于铝电缆

的铜铝过渡端子内径与铝合金电缆导体外径不匹配，需要专用压接工具和严格的规范

施工，但国内在铝合金电缆安装施工中难以保证铝合金电缆与端子连接的规范施工，

因此造成铝合金电缆与端子连接质量隐患很大。目前铝合金电缆的连接解决方案是国

内铝合金电缆生产厂家的短板，厂家在宣传介绍产品的时候也会刻意回避这一点。

综上所述，铝合金电缆在连接时必须使用与铝合金电缆性能一致的铝合金连接

器。这种连接解决方案，在北美地区已经是规范的方案，也正是依靠这种规范的方案

才保证了铝合金电缆近50年安全、无事故的运行业绩。但在国内的应用中铝合金电缆

的连接问题却往往容易被人忽略，希望用户能引起足够的警惕，在采购连接端子时要

查验该供货商是否能提供由国家权威检测机构出具的《电缆导体与连接端子的铝合金

材料一致性判定》检查报告，以有效维护自身利益，保障使用铝合金电缆的安全性。

6.5接地电容电流的影响

单相接地时的故障电容电流对发电机和厂用电系统中性点接地方式的选择均有

影响。

GB/T50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》中对发电

机单相接地故障电容电流最高允许值规定见表10：

表10发电机单相接地故障电容电流最高允许值规定

发电机额定电发电机额定容电流允许值发电机额定电发电机额定容电流允许值

压（kV）量(MW)(A)压（kV）量(MW)(A)

6.3≤50413.80~15.75125~2002

10.550~1003≥18≥301

17

DL/T5153-2014《火力发电厂厂用电设计技术规程》中对高压厂用电系统中性点

接地方式及保护动作对象的选择规定见表11：

表11高压厂用电系统中性点接地方式及保护动作对象的选择规定

高压厂用电系统的高压厂用电系统中性点接地方式

接地电容电流Ic及保护动作对象

不接地，经高电阻接地，

Ic≤7A

保护动作于信号c保护动作于信号c

不接地，经低电阻接地，

7A＜Ic≤10A

保护动作于信号c保护动作于跳闸c

Ic＞10A经低电阻接地，保护动作于跳闸

选用铝合金电缆后电缆截面将较铜芯电缆增大1~2个规格，电缆的电容电流随着

电缆截面的增大而增加，以10kV电力电缆为例，对比了铜芯电缆和铝合金电缆每公里

的电容和电容电流比较见表12。表中电缆电容电流根据《电线电缆手册第1册》（第2

版）中2.5.3节公式计算得出，具体公式如下：

IcUC

式中U——电缆的对地电压(V)；

2f

f——电源频率（1/s）；

C——每厘米长度电缆每相的电容（F/cm）。

表1210kV三芯铜芯/铝合金电缆电容、电容电流比较

铜芯电缆截面电缆电容电容电流铝合金电缆截电缆电容电容电流

（mm2）(μF/km)(A/km)面(μF/km)(A/km)

（mm2）

700.2170.591200.3801.04

950.2400.661500.3871.06

1200.2610.711850.4261.16

18

1500.2840.782400.4641.27

1850.3120.853000.4911.34

2400.3440.944000.5291.45

采用铝合金电缆其电容电流相较采用铜芯电缆增加较为明显，因此在工程设计中

应当考虑由此带来的影响。

6.6对电缆构筑物设计的影响

由于选用铝合金电缆相比铜芯电缆截面将放大1~2级，电缆外径也将相应增加，

1kV三芯交联聚乙烯绝缘电缆外径、重量比较见表13：

表131kV三芯交联聚乙烯绝缘电缆外径、重量比较

铜芯电缆电缆近似电缆近似铝合金电缆电缆近似电缆近似铝合金电缆

2

截面外径重量截面（mm）外径重量外径增加比

率

（mm2）（mm）（kg/km）（mm）（kg/km）

1618.96782523.844025.9%

2522.610123525.955314.6%

3525.113385028.973915.1%

5028.518387033.597114.9%

7033.2252312040.9156423.2%

9537.6335315044.8194219.1%

12041.8420118550.5241420.8%

15046.4521324057.4303223.7%

18551.7642830062.7374421.3%

24058.3826540069.9492319.9%

根据表13比较结果：对于低压电力电缆而言，截面为50mm2及以下的铜芯电缆采

用相应的铝合金电缆替换后，电缆外径约增加15%；截面为50mm2以上的铜芯电缆采用

19

相应的铝合金电缆替换后，电缆外径约增加20%。另外从表13还可看出：在低压系统

中，铝合金电缆与对应的铜芯电缆相比在重量方面具有比较明显的优势。

10kV三芯交联聚乙烯绝缘电缆外径、重量比较表（8.7/10kV，带铠装）见表14：

表1410kV三芯交联聚乙烯绝缘电缆外径、重量比较表（8.7/10kV，带铠装）

铜芯电缆电缆近似电缆近似铝合金电缆电缆近似电缆近似铝合金电缆

2

截面外径重量截面（mm）外径重量外径增加比

率

（mm2）（mm）（kg/km）（mm）（kg/km）

5057.045627060.042735.3%

7061.0550012067.3540210.3%

9565.0654415070.559758.5%

12068.5756418575.6685110.4%

15072.0869024082.4865614.4%

18577.01022630088.1985914.4%

24082.01202640094.31135915%

根据表14比较结果：对于中压电力电缆而言，截面为120mm2及以下的铜芯电缆采

用相应的铝合金电缆替换后，电缆外径约增加10%；截面为120mm2以上的铜芯电缆采

用相应的铝合金电缆替换后，电缆外径约增加14%。另外从表12还可看出：在中压系

统中，由于铝合金电缆截面增加，造成导体直径增加，进而引起外层绝缘、内外护套、

钢带的用料增多，使得铝合金电缆重量增加较多，与对应的铜芯电缆相比，在重量方

面已没有太大的优势。

根据表13和表14的比较结果，采用铝合金电缆替换铜芯电缆后，电缆外径增加

还是比较明显。敷设在电缆桥架中的电缆，按中压电力电缆占积率40%~50%，低压电

力电缆占积率50%~70%考虑，对于主厂房等电缆原本就比较密集的场所，若采用铝合

金电缆替换铜芯电缆，原有的电缆构筑物将需增加1~2层。采用铝合金电缆的项目，

应对电缆构筑物进行复核。

6.7铝合金电缆的检验报告

20

由于铝合金电缆是新型材料产品，因此除需一般电缆产品的基本性能检验外，还

应特别注意生产厂家是否具有以下检测报告：

(1)《导体铝合金杆材料的检测报告》：该报告涉及铝合金材料的化学成分、抗拉

强度、延伸率、导电率、材料密度等方面内容，是考核铝合金电缆导体材料是否合格

的最重要的报告。

(2)《导体铝合金材料的100小时抗压蠕变试验报告》：该报告考核铝合金电缆所

使用的导体材料的抗压蠕变性能。由于必须要有足够的试验时间保证，才能真实地反

映导体铝合金的抗压蠕变特性，因此对于该项试验国标规定试验时间为100小时。

(3)《铝合金电缆导体与铝合金铜连接端子的铝合金材料一致性检查报告》：据统

计配电网的电气事故绝大部分发生在电气连接部位，因此电缆导体与连接器(接线端

子)之间连接的稳定性与可靠性对于电力系统来说至关重要。铝合金电缆的正确连接

方案是采用与所连接的铝合金电缆性能一致的铝合金铜连接端子，之前有过采用铜铝

过渡端子用于铝合金电缆连接的错误做法。因此要注意要求生产厂家提供铝合金电缆

导体与铝合金铜连接端子的铝合金材料一致性检查报告，证明所使用的铝合金专用端

子的铝合金材料与铝合金电缆材料性能的一致性，以保证铝合金铜连接端子的铝合金

与铝合金电缆的电气、机械、抗蠕变性能相同，从而确保铝合金电缆的使用安全。该

报告对于判定铝合金连接端子是否匹配至关重要。

(4)《电缆与端子的1000次热循环报告》：该报告检测衔接端子的牢靠性，但该项

检验无法反映材料的抗压蠕变性能。

7结束语

当前我国在国家层面已对铝合金电缆技术的发展作出战略安排，明确将铝合金电

缆列入国家产业调整目录。十二届全国人大二次会议专门