关于稀土铝合金电缆以铝节铜开发的可行性报告

1、 关于铝合金电缆以铝节铜的开发公司部门：技术开发部姓 名：XXX职 称：工程师安徽xx电缆集团有限公司2013年4月28日简述 现在，我国已成为世界上电缆产品最大的制造国，但还是不属于强国。中国需要更多优良的高端产品。近几十年来中国在电缆行业并没有太大的突破，一直再走老套路。中国的电缆行业一般都以铜导体为主，而且我国也是一个缺铜的国家，大部分铜都依赖于进口。而我国正是一个富产铝的国家，对于节约资源、节省能源、改善环境越来越成为人类生活与社会持续发展的必要条件，人们正竭力开辟新途径，寻求新的发展方向和有效的发展模式。轻量化显然是有效的发展途径之一，其中铝合金是轻量化首选金属材料。 以铝节铜也是走

2、中国可持续发展道路。可持续发展广泛性定义就是既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展。它们是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的，又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土地和森林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续发展和安居乐业。可持续发展与环境保护既有联系，又不等同。环境保护是可持续发展的重要方面。可持续发展的核心是发展，但要求在严格控制人口、提高人口素质和保护环境、资源永续利用的前提下进行经济和社会的发展。发展是可持续发展的前提；人是可持续发展的中心体；可持续长久的发展才是真正的发展。使子孙后代能够永续发展和安居乐业。也就是江泽民同志指出的：“决不能吃祖宗饭

3、，断子孙路”。 因此迫切开发铝合金电缆新产品以铝节铜是必不可少的。目录一、引言二、产业转移分析三、公司简介 四、铝合金电缆介绍五、铝合金电缆技术分析六、铝合金电缆的优势七、结论一、 引言1、研究的背景及意义首先，从我国的资源情况来看，我国是一个铜资源十分匮乏的国家，目前铜材料大部分依赖进口来解决，相反铝资源很丰富，目前我国的铝资源的开采、冶炼加工技术均走在前列。从世界形势来看，2007年世界原铝产量达3880万吨，铝消费总量达4275万吨，创历史新高；铝加工年产达3200万吨，仍以5%7%的年增长率增长；我国原铝产量就已达1260万吨，连续5年居世界首位。把铜和铝合金经济进行对比，铝合金的导电

4、率是铜的61%，密度铈铜的30%,如果单位长度电阻相同的情况下，铝合金的截面是铜的1.5倍，而重量只有铜的45%左右，所以在经济性方面铝合金比铜有着更大的优势。近年来，对于原材料价格、资源的可持续性、绿色环保等多方面综合因素考虑，以铝代铜之势是电缆行业必走之路，因此铝合金电缆将得以日益广泛应用。2、产业转变理论综述 产业转变时以企业为主导的经济活动，是由于资源供给、产品经济性或产品需求条件发生变化后，产业从某种产业转变成另一种产业的过程。二、产业转变分析1、形式分析 中国是个铜资源匮乏的国家，再加上多年大量开采，铜资源更是紧缺，使得铜价一直居高不下。然而我国铝资源丰富，且价格便宜，仅为铜的30

5、%。而铝的质量轻、导电率好更是它用作于电缆的优选条件。2、经济分析把铜和铝合金经济进行对比，铝合金的导电率是铜的61%，密度是铜的30%,如果单位长度电阻相同的情况下，铝合金的截面是铜的1.5倍，而重量只有铜的45%左右，采购价格只有铜电缆的70%80%,所以在经济性方面铝合金比铜有着更大的优势。3 材料分析3.1 材料总类材料总类包括：电缆导体、辅助材料两大类。3.1.1 电缆的导体：导体应选用铝合金而不能使用纯铝作为导体，传统纯铝虽有着良好的导电性能但机械性能差，表现在抗拉强度低、柔韧性差、抗蠕变低。尤其在抗蠕变方面对电缆的要求特别高。在正常使用条件下纯铝会因长时间的环境影响下由于抗蠕变性

6、能差，在于链接出会出现松弛现象，造成局部电阻增大，出现安全隐患，造成不必要的损失，这对正常输电是非常不利的。这也是很多客户对于传统铝电缆最担心的问题，然而铝合金电缆却能解决纯铝电缆在这些方面的不足，因此在电缆的导体方面应选择铝合金电缆。3.1.2 辅助材料：现中国当今形式走可持续发展战略，在节能、环保、经济、安全等方面更为突出，因此铝合金电缆所使用的辅助材料与以往的铜芯电缆不尽相同。3.1.2.1 绝缘材料：采用硅烷交联料具有优良的绝缘性能，确保电缆使用安全。3.1.2. 填充材料: 使用无机纸绳，无污染、隔热效果好，且经济环保可回收再次使用。3.1.2.3绕包材料：层采用扎纹聚酯带效果优于普

7、通聚酯带，表面改成扎纹状更容易使 其与电缆和护套紧密。电缆铠装采用铝合金带连锁铠装大大不同于铜芯电缆铠 装，使用连锁铠装不易损伤电缆弯曲性好，比铜芯电缆更具有安全性。3.1.2.4护套材料：采用低烟无卤阻无铅、铬等有毒重金属燃系列材料，具有环保、安全性能。三、公司简介安徽xx电缆集团有限公司创办于1989年，占地面积250000平方米，建筑面积达120000平方米，位于安徽省铜陵级经济开发区，交通十分便利。公司现有员工1848人，其中大专以上学历的293多名，高级职称的175名，中级职称的295名。是生产、营销、设计、研发、服务一体化专业化电缆企业集团。公司拥有国际先进水平的生产、检验检测设备

8、600余台，产品广泛用于航天、军工、冶金、电力、化工、制药、玻璃、汽车、信息传输、造纸等行业，并拥有自营进出口权。公司一贯注重质量管理，1993年通过ISO9002：1994质量体系认证，2000年通过ISO9001：2000质量体系认证，CCC质量体系认证、ISO14001环境管理体系认证、GJB9001A-2001,GJB/Z9001A-2001军工质量管理体系认证、连续10年荣获安徽省“明星企业”省“重合同、守信用”单位，2003年荣获安徽省高新技术企业称号，并获得国家专利局40项电缆专利。近年来铝合金电缆的蓬勃发展出现转型，能继续推行以铝合金代铜，但始终未能从技术上取得突破，因而一直未

9、能实现这历史的使命。针对纯铝作为电缆导体存在的众多不足，我公司与XXX科技大学合作研究开发，经过多年不懈的努力成功研发出稀土铝合金电缆，不仅具备与铜电缆电气性能和机械性能几乎相同的特点，还具有经济节约、安装方便、节能环保等优势。四、铝合金电缆介绍1、铝合金电缆种类、适用范围型号代替铜缆型号导体截面应用范围电缆图片YJDLV8YJV、YJV22 、WDZ-YJV、VV10-500室内、管道及隧道干燥场合敷设，阻燃A级。YJDLV82YJV22、VV22、WDZ -YJV2210-500可直埋、电缆沟、电缆隧道等潮湿的环境下使用，阻燃B级。YJDLVYJV、ZR-YJV、VV10-500室内、管道

10、、隧道、桥架，阻燃C级2 分类介绍2.1 ZA-AC90(-40)型合金电缆2.1.1 型号：ZA-AC90(-40)-别称：YJDLV8，替代铜缆YJV、YJV22   ZA-AC90铝合金电缆、WDZ-YJV、VV系列产品。2.1.2产品介绍：ZA-AC90(-40)铠装电缆是一种高柔性的自锁型铝铠装，90度交联聚乙烯绝缘单芯或多芯低烟无卤阻燃A级电缆。ZA-AC90（-40）减少了管道布线所带来的施工难度和人力成本。电缆在工厂用高柔性的自锁型铝铠装组装完毕，不需要管道及其附件和人工密集的拉线、扣线和成管等工序。ZA-AC90(-40)通过了CSA认证可应用于非潮湿环境

11、的明线或暗线敷设，并具备与管道方式敷线的相同性。ZA-AC90(-40)为低烟无卤型，符合IE60754、GB17650.2、IEC60502.1及GB12706.1所测项目标准。2.1.3使用要求：适用于90下干燥场所；可室内、室外安装，可垂直安装，也可托架或沿墙敷设，弯曲半径最小为7倍外径，也可360°弯曲；适用于民用、商业、工业、大型场馆、娱乐场所、矿井、地铁以及各类级别危险地区等场所。2.1.4 技术要求2.1.4.1 电缆的一般使用特性1）0.6/1kV交联聚乙烯绝缘电力电缆额定电压为0.6/1kV；2）电缆的敷设温度：-25。电缆敷设前应将电缆储存在温度为13°

12、C（或更高）的环境下24小时；3）导线最高工作温度90； 4）电缆短路时（最长持续时间不超过5秒钟）电缆导体的最高工作温度不超过250；5）土壤热阻系数1.0. m/w；6）交联聚乙烯热阻系数4.0. m/w。7）空气中不同环境温度下载流量的校正系数环境温度：25 30 35 45 校正系数：1.14 1.00 0.95 0.84直埋敷设土壤温度下载流量的校正系数 环境温度：20 25 30 35 校正系数：1.04 1.0 0.96 0.928）电缆的允许弯曲半径：单芯电缆：7D mm多芯电缆：7D mmD电缆的实际外径mm2.1.4.2 交流耐压试验方法0.6/1kV交联聚乙烯绝缘电力电缆

13、应经受试验电压3.5kV时间5分钟的交流耐压试验。2.1.4.3 阻燃特性：AC90 为低烟无卤ZA型电缆，使用于易燃场所和重要防火场地，能在燃烧时，撤离火源后，火焰的蔓延使在规定的范围内，残焰或残灼在规定的时间内能自行熄灭。符合IEC60332-3,达到阻燃A级。2.1.4.4 低烟无卤特性：通过IEC60754-2低烟无卤测试。发生火灾后不发烟，无刺激性气体逸出。2.1.4.5 环保特性：铝合金产品所有材质无铅、无铬不含重金属，所有材质可循环使用，不会对环境造成污染。2.1.5. 综合性能价  格：实现同等电气性能的前提下，铝合金电缆比铜芯电缆的价格大约低 30%40%

14、导  体：抗蠕变、高柔韧、强延展、低反弹、连接稳定绝  缘：耐高温、防燃烧、抗老化、强耐用、低碳环保。铠装层：经济性能优越，特殊的自锁形式，坚固强韧。2.2 ZB-ACWU90（-40）型合金电缆2.2.1 型     号：ZB-ACWU90(-40) -别称：YJDLV82，替代铜缆YJV22、WDZ   ZB-ACWU90铝合金电缆、YJV22、VV22等系列产品2.2.2产品介绍：ZB-ACWU90（-40）是一种高柔性的自锁型铝铠装、pvc外护套、90度交联聚乙烯防水型绝缘单芯或多芯阻燃

15、B级电缆。因为具有FT4级的PVC外护套，ZB-ACWU90（-40）可直接埋地敷设，并使用于腐蚀环境和非燃性建筑中。ZB-ACWU90（-40）减少了管道布线所带来的施工难度和人力成本。电缆已在工厂用高柔韧性的自锁型铝铠装和密封PVC外护套组装完毕，不需要管道及其附件和人工密集的拉线、扣纹和成管等工序。ZB-ACWU90（-40）完全符合GB3956，也符合GB/T 12706.1及IEC60502最新版的各项标准。2.2.3使用要求：适用于90下干燥或潮湿场所；可室内、室外安装，可垂直安装，也可托架或沿墙敷设，也可地下直埋安装；弯曲半径最小为7倍外径，也可360°弯曲；适用于民用

16、、商业、工业、大型场馆、娱乐场所、矿井、地铁以及各类级别危险地区等场所。2.2.4 技术要求2.2.4.1 电缆的一般使用特性1）0.6/1kV交联聚乙烯绝缘电力电缆额定电压分别为0.6/1kV；2）电缆的敷设温度：-25。敷设环境低于-25时电缆敷设前应将电缆储存在温度为13°C（或更高）的环境下24小时；3）导线最高工作温度90；护套在-40到90环境温度下，无裂纹。4）电缆短路时（最长持续时间不超过5秒钟）电缆导体的最高工作温度不超过250；5）直埋敷设深度1米； 6）土壤热阻系数1.0. m/w；7）交联聚乙烯热阻系数4.0. m/w；8）空气中不同环境温度下载流量的校正系数

17、 环境温度：25 30 35 45 校正系数：1.14 1.00 0.95 0.84 直埋敷设土壤温度下载流量的校正系数 环境温度：20 25 30 35 校正系数：1.04 1.0 0.96 0.929）电缆的允许弯曲半径：单芯电缆：7D±5% mm多芯电缆：7D±5% mmD电缆的实际外径mm2.2.4.2 交流耐压试验方法 0.6/1kV交联聚乙烯绝缘电力电缆应经受试验电压3.5kV时间5分钟的交流耐压试验。2.2.4.3 阻燃特性：ACWU90 电缆为ZB型电缆，使用于易燃场所和重要防火场地，能在燃烧时，撤离火源后，火焰的蔓延使在规定的范围内，残焰或残灼在规定的时间

18、内能自行熄灭。符合IEC60332-3达到阻燃B级。PVC护套不含铅，镉等重金属。2.2.4.4 环保特性：铝合金产品所有材质无铅、无铬不含重金属，所有材质可循环使用，不会对环境造成污染。2.2.5 综合性能：价格：实现同等电气性能的前提下，铝合金电缆比铜芯电缆的价格大约低30%50%导体：抗蠕变、高柔韧、强延展、低反弹、连接稳定绝缘：耐高温、防燃烧、抗老化、强耐用、低碳环保。铠装层：经济性能优越，特殊的自锁形式，坚固强韧。外护套：采用无铅无镉的PVC，可在潮湿场所安装，亦可直埋或敷设在水泥中使用。使用：铝合金电力电缆在美、加等发达国家已得到广泛应用。2.3 ZC-TC90(-40)/YJDL

19、V铝合金电缆2.3.1 型     号：ZC-TC90(-40) -别称：YJDLV，替代铜缆YJV、ZR-YJV、VV系列产品2.3.2 产品介绍：ZC-TC90非铠装电缆采用铝合金导体制造，截面从16mm2到400mm2。线芯为ASTM B级压紧绞股型，达到GB/T 1838.3-2001 阻燃C级铝合金电缆导体完全符合GB3956，也符合GB/T 12706.1及IEC60502最新版的各项标准。使用要求：适用于600V35kV电压等级；适用于90下干燥或潮湿场所；可室内、室外安装，可垂直安装，也可托架或沿墙敷设，也可地下直埋安装；弯曲半径最小为7

20、倍外径，也可360°弯曲；适用于民用、商业、工业、学校、大型场馆等场所。2.3.4 技术要求2.3.4.1 电缆的一般使用特性1、额定电压0.6/1kV；2、电缆的敷设温度：-25；敷设环境低于-25时电缆敷设前应将电缆储存在温度为13°C（或更高）的环境下24小时；3、导体长期允许工作温度90；护套在-40到90环境温度下，无裂纹，而且不含铅，镉等重金属。4、电缆短路时（最长持续时间不超过5秒钟）电缆导体的最高工作温度不超过250；2.3.4.2 交流耐压试验方法0.6/1kV电力电缆应经受试验电压3.5kV时间5分钟交流耐压试验不击穿。2.3.4.3 空气中敷设1）单芯

21、电缆平行敷设时中心距离：185mm2及以下为电缆直径的2倍，240 mm2及以上为90 mm；2）周围环境温度：30；3）导电线芯最高允许工作温度：90；4）不同环境温度下载流量的校正系数：环境温度2025354045校正系数1.121.060.940.870.792.3.4.4 阻燃特性：TC90 电缆为ZC型电缆，使用于易燃场所和重要防火场地，能在燃烧时，撤离火源后，火焰的蔓延使在规定的范围内，残焰或残灼在规定的时间内能自行熄灭。符合IEC60332-3达到阻燃C级。PVC护套不含铅，镉等重金属。2.3.4.5 环保特性：铝合金产品所有材质无铅、无铬不含重金属，所有材质可循环使用，不会对环

22、境造成污染。2.3.5 综合性能价格：实现同等电气性能的前提下，铝合金电缆比铜芯电缆的价格大约低30%50%导体：抗蠕变、高柔韧、强延展、低反弹、连接稳定绝缘：耐高温、防燃烧、抗老化、强耐用、低碳环保。外护套：采用无铅无镉的PVC，可在潮湿场所安装，亦可直埋或敷设在水泥中使用。使用：铝合金电力电缆在美、加等发达国家已得到广泛应用。（三）铝合金电缆技术分析1、项目背景首先，从我国的资源情况来看，我国是一个铜资源十分匮乏的国家，目前铜材料大部分依赖进口来解决，相反铝资源很丰富，目前我国的铝资源的开采、冶炼加工技术均走在前列。从世界形势来看，2007年世界原铝产量达3880万吨，铝消费总量达4275

23、万吨，创历史新高；铝加工年产达3200万吨，仍以5%7%的年增长率增长；我国原铝产量就已达1260万吨，连续5年居世界首位。把铜和铝合金经济进行对比，铝合金的导电率是铜的61%，密度铈铜的30%,如果单位长度电阻相同的情况下，铝合金的截面是铜的1.5倍，而重量只有铜的45%左右，所以在经济性方面铝合金比铜有着更大的优势。近年来，对于原材料价格、资源的可持续性、绿色环保等多方面综合因素考虑，以铝代铜之势是电缆行业必走之路，因此铝合金电缆将得以日益广泛应用。现在，我国已成为世界上电缆产品最大的制造国，但还是不属于强国。中国需要更多优良的高端产品。近几十年来中国在电缆行业并没有太大的突破，一直再走老

24、套路。中国的电缆行业一般都以铜导体为主，而且我国也是一个缺铜的国家，大部分铜都依赖于进口。而我国正是一个富产铝的国家，对于节约资源、节省能源、改善环境越来越成为人类生活与社会持续发展的必要条件，人们正竭力开辟新途径，寻求新的发展方向和有效的发展模式。轻量化显然是有效的发展途径之一，其中铝合金是轻量化首选金属材料。因此迫切开发铝合金电缆新产品以铝节铜是必不可少的。2、发展历程100多年来，铝和铝合金导体材料已被电力部门用于电力传输和配送。铝已经替代铜导体的许多应用，并且它也是标准的电气导体材料。这种导体的设计已经为电力传输和配送应用提供了极好的轻度和传导率。 由于铝极为好的物理和电气性能，在不同

25、的电气应用中，铝及铝合金导体材料是导体的明智选择，铝的重量很轻大约是铜重量的三分之一；它是极好的热导体和光热反射体，抗腐蚀能力极强，坚固且柔韧，并可以通过合金方式或热处理使其更加坚固柔韧。铝还是非磁性材料，在电缆的管道和铠装层应用上优点突出，并且易于回收。 3、产品技术特点3.1 铝合金电缆是在铝中添加铁、铜、镁、锌、稀土等元素并经过创新工艺处理后制成的电力电缆，在北美地区已成功应用30多年，是先进的、成熟的技术与产品。国家住房和城乡建设部、科技部、国家电网、国家消防总局等部门对该项新技术在我国的使用广泛认同，铝合金电力电缆的安全性能、电气性能、机械性能经国家有关部门的检测，均满足国家标准（G

26、B）要求。3.2 紧压绞合工艺，使紧压系数达到0.93，有效地减小导体外径，提高电性能，降低电缆辅料成本。退火处理工艺，采用新型的退火设备，退火处理后铝合金导体具有更优异的电性能和机械性能。 3.3 材料创新：导体采用铝合金材料，该材料是根据美国标准自主研发的，具有高延伸、易弯曲、低反弹、耐腐蚀、抗蠕变、连接稳定等特性，大大改善纯铝存在的缺陷，且部分性能优于铜导体，可以起到以铝节铜的目的。 3.4 金属连锁铠装工艺，易弯曲、抗压抗冲击、安装方便、可直埋免管道敷设，提高电缆阻燃耐火级别。 4、加工工艺生产工艺流程包括：电工铝锭熔化调整配方连铸连轧拉丝绞线退火绝缘成缆铠装外护套包装。序号生产设备设

27、备数量单位备注一、铝合金生产线标准24*100M车间为宜15吨快速熔铝炉1台配置永磁搅拌、精炼除渣装置等28吨保温炉2台3煤气发生炉或天然气炉1台4连铸连轧机组1套5光谱仪1台二、铝合金杆拉丝生产线一般厂房即可，无特殊要求5铝合金大拉机3台6中拉机2台三、铝合金绞线生产线一般厂房即可，无特殊要77股管绞机2台861盘筐绞机3台9异型束绞机组1套高效、节能四、铝合金退火生产线可与绞线设备放在同一车间10铝合金时效退火炉6台注：其他设备基本与铜芯电力电缆生产设备相同，以上配置一般符合中偏大型企业。六、铝合金电缆的优势一、铝合金合金电缆比普通电缆的优势：1、导电性能：铝合金的导电率是最常用基准材料铜

28、IACS的61.5%，载流量是铜的79%，优于纯铝标准。2、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%。3、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

29、问题。4、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。5、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。5、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。7、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