上海电缆研究所新型高导电率8000系合金电缆陈跃超

上海电缆研究所新型高导电率8000系合金电缆报告————陈跃超1.新型高导电率8000系合金电缆市场背景我国在文革前，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，我国铜芯电缆逐渐垄断市场。铝导体的用量一再下滑。中国铜精矿的自给供应不到30%，超过70%的比例需要依赖进口，法国情况和我国类似，铜矿少而铝资源丰富，法国的电力电缆中，百分之六十以上使用铝导体。铝合金电缆在北美有40年以上的运行经验，安全性和可靠性有充分验证。市场（以铝节铜的需要）技术（国外具有广泛应用的经验：上世纪70年代北美已大量应用8000系铝合金电缆，至今有四十多年）2.8000系合金电缆——新的选择铝合金的电导率与纯铝相同，一般铝芯截面是铜芯截面的1.5倍时,能达到同样的导电性能,扩大铝合金截面可以达到与铜缆相同或相当的电气性能；铜价高位运行为铝合金的应用带来空间；实现同样的电气性能的前提下，铝合金电缆比铜电缆价格低30%以上；铝合金电缆的重量仅为铜缆的一半，使用铝合金电缆可以降低施工单位的安装成本；国内铜矿资源基本接近枯竭，或是开采成本过高，目前70%以上铜耗量依赖进口；在质量有所保证的基础上使用资源丰富，价格较低的铝合金电缆，顺应了国内建设资源节约型社会的大趋势。纯铝电缆的缺点a.抗蠕变性能差，由通电断电引起的热胀冷缩在连接处会造成蠕变，长时间之后会松弛，相对螺栓的压紧力变小，接触电阻增大而引起过热，最后引发事故。b.端子与设备或母排连接的螺栓材质参差不齐，甚至是铁制螺栓，金属材料的膨胀系数不同，而且在安装时不加装弹垫，导致空气进入形成氧化膜，使得接触电阻增大而过热，也是隐患。纯铝电缆所用端子未经特殊处理，与铜排的连接处可能会产生电化学腐蚀。c.以前纯铝电缆所用绝缘多为PVC塑料，发生火灾时会产生大量的有毒气体，这也成为火灾中致命的要素。4.8000系合金电缆优势a、性价比高、安装费用低在实现同样性能的前提下，合金电缆的直接成本即电缆本身的成本比铜缆低20%以上；由于铝合金电缆的弯曲性能更好、重量更轻，联锁铠装型电缆可以免桥架敷设或减少桥架用量，安装成本能节约20%~50%。b、导电率高铝合金由于加入铜铁镁等合金、并用稀土进行处理、退火处理，导电率达到62.5%IACS，而纯铝的电导率为61%IACS，比目前国际先进水平的铝合金材料导电率都高。根据GB/T3956标准，铝合金导体相比于铜导体增加一个或两个规格，其导体电阻值相同，因此能达到相同的载流量，即铝合金的截面增加1.5倍达到铜同样的导电效果。虽然截面增大1.5倍，但通过紧压处理，导体外径与铜相比只增加1~5mm，电缆外径比铜电缆只增加约3~20mm。c、抗蠕变性优铝合金电缆所使用的8000系铝合金材料与铜相比，其在抗蠕变性上基本一致，保证了导体在使用寿命周期内不会发生变形，接头连接稳定可靠，使用安全有保障。d、延伸性好

铝合金电缆由于退火处理后的延伸率能到达或超过30%，高于铜缆的25%标准。e、反弹性低铝合金电缆的反弹性比铜缆低40%，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。f、弯曲半径小根据GB/T12706中对铜缆安装时弯曲半径的规定，铜缆的弯曲半径是10~20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。g、耐腐蚀性好在空气中铝合金电缆的耐腐蚀性能优于铜，铜缆的使用寿命按三十年设计，铝合金电缆的使用寿命可以达四十年，这是以在美国应用的事实为根据，北美等国家已成功安装使用铝合金电缆四十多年，很多项目至今都一直在安全运行。h、重量轻相同载流量相同长度的铝合金电缆是铜缆的重量的一半，在大跨度安装中优势明显，可以降低安装成本，节省安装人员费用。i、联锁铠装强度高、免桥架敷设传统的铠装方式为钢带铠装，该铠装有以几点不足：钢带铠装电缆重量重，不易于安装和安装成本高；钢带易腐蚀，即使是镀锌钢带，使用寿命也有限；钢带铠装对电缆的机械保护作用有限，需穿管敷设。铝合金带连锁铠装相比具有以下优势：重量轻，弯曲性能好，易于安装，可免桥架或省桥架费用；机械强度高，可直埋，免管道腐蚀；耐腐性能好，不易腐蚀，使用寿命更长；具有较强的抗压、抗冲击性能，抗破坏强度更高；阻燃性能更好，能用于易燃、易爆的危险场所，阻燃等级能达到IA级，且还具有低烟无卤的效果，特别适用于大型娱乐场所以及危险的化工场所等。j、绝缘材料性能优随着低碳生活理念和科学、可持续发展观的提出，人们对环保的要求越来越高，即使采用再好的导体材料，绝缘材料使用的不好，也同样影响电缆的使用寿命，依据美国标准开发的防紫外线的交联聚乙烯绝缘材料，无论是从材料的安全性能、使用寿命还是从环保的角度，交联聚乙烯绝缘性能都大大优于PVC绝缘，使电缆有允许运行温度从70℃提高到90℃，而且同等截面下大大提高了电缆的载流量，这也成为未来电缆发展的一种趋势。5.8000系合金电缆与纯铝电缆比较a、机械性能与纯铝相比，铝合金电缆抗拉强度更大、延伸性能更好，延伸性能提高了30倍。b、弯折性能纯铝弯折几次易出现开裂或折断，易引发事故，铝合金经过几十次的弯折后不会出现开裂或折断，消除了以往纯铝安装使用过程中出现事故的隐患，极大地提高了安全性能c、抗蠕变性能由于合金中加入了铁、铜、镁等元素，经退火处理，使铝合金的抗蠕变性能极大提高了，减小了长期机械力作用下出现的蠕变现象，也降低了因蠕变而导致事故的几率。因为蠕变后导致接头松动，接触电阻增大，易引发事故。d、电性能

铝合金由于加入合金、并用稀土进行工艺处理、退火处理，导电率达到62.5%IACS，而纯铝的电导率为61%IACS，因而铝合金的导电性能更好。e、耐腐蚀性能纯铝的耐腐蚀性能比铜好，但铝合金的耐腐蚀性能比纯铝更优，因为铝合金中加入的稀土等化学元素可以增加铝合金的耐腐蚀性能，特别增加他的耐电化学腐蚀性能，这就解决纯铝长期在接头处出现的电化学腐蚀的问题。f、接头接头问题一直是困扰铝电缆不能推广的一个原因，如今的接头技术已经很成熟，无论国内还是国外，已不再是影响铝合金电缆推广的障碍，比如国内的架空导线，大部分使用的都是铝绞线，这块的接头技术已经成熟，而国外的铝合金已经应用四十年历史，电缆接头采用铜铝过渡端子，经过几十年的运行，产品均运行良好。6.8000系合金电缆与铜电缆比较（1）电力传导经济性优软铜在20℃时的直流电阻率为0.017241Ω.mm2/m，其导电率定为100%IACS。硬拉铜线导电率为97%IACS。我公司生产的AA8030铝合金导电率达到63%IACS，优于纯铝导电性。由于铝合金的密度比铜小，当合金电缆与铜缆导电性能相同时，铝合金电缆的直径仅比铜电缆的直径大25%，重量只有铜电缆的一半。（2）柔韧性好、回弹率低、抗压力强、自承载性好8000系铝合金导体柔韧性和延伸性优良，其弯曲回弹率比铜缆少40%，允许最小弯曲半径为7倍电缆外径，而铜芯电缆的最小弯曲半径一般为12～15倍电缆外径。联锁型铠装合金电缆短路时的抗压力平均值大于9000N，一般铜芯电缆缆大约为4000～5000N。由于铝合金电缆的自重轻，铝合金联锁铠装强度高，所以它自重承载力却比铜缆高60%（3）抗蠕变性能与铜相似经机械工业电工材料及特种线缆产品质量监督检测中心的抗压蠕变性能评估试验发现，在120℃，112MPa的压力下，经过20小时，本公司生产的8030铝合金产生的蠕变变形与铜相似，远优于纯铝材料，产品稳定可靠性高。（4）防腐性能好当铝表面与空气接触时，会立即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。铜导体若暴露在空气中，会产生氧化铜，而且会一直从表面向内层发生氧化腐蚀，致使金属流失、截面减小；特别是在一些潮湿和盐雾等易腐蚀环境下，氧化腐蚀情况会更严重。铝合金的抗腐蚀性能大大优于铜。7.国内发展情况加铝开拓国内市场（2007年）市场、应用范围（建筑领域、工业配电、低压电力）国内：乱花渐欲迷人眼（真正致力于引进吸收，开发好产品的企业不多，导致市场混乱，用户无所适从。纯铝、生产能力，产品质量、驳稀土高铁概念）市场对于新产品的认识不足标准滞后，监管无力应用情况分析铝合金电缆在美国、加拿大、墨西哥等国家使用了40年的历史，美国民用及商用建筑90%采用铝合金电缆，这说明铝合金电缆在美国使用的以经很普遍了，已不再是什么新产品，但在中国是新的产品，这是由于中国的技术水平落后和不被人们所接触和认识所导致的，随着国家“以铝节铜”政策的推广，电缆行业专家的呼吁及我们公司在国内的大力宣传及推广，国内已经有很多的人在逐渐认识，且有很多用户在使用铝合金电缆，用户遍布全国，至今已有几百个项目使用到此类铝合金电缆，其中就包括上海世博会，铝合金电缆不是产品本身不行，只是人们认识的不够，人们认识也是时间过程，我们相信铝合金电缆的普及也只是一个时间的过程。我想铝合金电缆也会有到来的那一天，当前在我国推广应用合金电缆经历了艰难的市场培育期，时机已渐成熟，市场会会迅速进入一个成长爆发期。合金电缆标准制定GB/T30552-2014电缆导体用铝合金线NB****-****额定电压0.6/1kV铝合金导体交联聚乙烯绝缘电缆本标准为首次制订，编制原则是参照低压电力电缆的国家标准GB/T12706.1-2008《额定电压1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及附件第1部分：额定电压1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)电缆》进行，在主要性能满足GB/T12706.1-2008标准要求的基础上，主要对导体性能和铠装性能增加了规定。同时，考虑到铝合金导体电力电缆的使用特性，为保证电缆使用的安全和可靠性，增加了电缆成品与端子的连接性能试验规定。10.合金电缆标准内容成分规定机电性能压蠕变试验1000次热循环试验腐蚀试验铠装相关生产工艺定型的成分配方（几种主要元素的作用）先进的成分控制手段（德国直读光谱设备、精确称量控制系统）优化处理措施（硼化处理、细化晶粒、专用的精炼剂及中间合金、稀土合金）熔铸系统（流槽材料、低温浇铸、除气装置、过滤装置、水平浇铸系统、冷却水量和温度的自动控制系统、精确控制合金的结晶状态）轧制系统（先进轧机与国内同类轧机对比、精准的中频加热系统和流量能控制的冷却润滑系统，能确保合金杆在轧制变形过程中合金材料性能的稳定；轧制后的合金杆立即进行在线固溶处理，使杆充分合金化）辅助系统0.6/1kV合金电缆工艺流程图

26/35kV及以下中压合金电缆工艺流程图

8000系合金电缆的基础知识压蠕变试验高导电率8000系铝合金电缆的型号名称产品范围表1.WDZA-YJLHB60联锁铠装型铝合金电缆WDZA-YJLHB60(ZA-AC60)是一种高柔韧性的铝合金带联锁铠装型90℃交联聚乙烯绝缘单芯或多芯阻燃A级铝合金电缆。产品特性：◆采用自主研发的8000系铝合金导体，性能超越美国ASTMB800-05标准性能要求，具有导电率高，抗蠕变性好，高柔韧，高延伸，低反弹，连接稳定的特性；◆铠装采用高强度5000系铝合金带联锁铠装，坚固强韧，弯曲性好，并具有优良屏蔽性能；◆电缆不含重金属元素、绿色环保，阻燃性能达到无卤低烟阻燃A级。XLPE绝缘8000系铝合金导体XLPE绝缘8000系铝合金导体联锁铠装阻燃包带2.ZA-YJLHB62联锁铠装聚氯乙烯护套铝合金电缆ZA-YJLHB62(ZB-ACWU60)是一种高柔韧性的铝合金联锁铠装、90℃交联聚乙烯绝缘、阻燃PVC外护套单芯或多芯阻燃A级铝合金电缆。产品特性：采用自主研发的8000系铝合金导体，导电率高，抗蠕变性好，高柔韧，高延伸，低反弹，连接稳定；铠装采用高强度5000系铝合金带联锁铠装，坚固强韧，弯曲性好，并具有屏蔽性能；电缆不含重金属元素、绿色环保；阻燃PVC外护套、可达阻燃A级，可直接埋地敷设，防潮、防腐蚀。该电缆可在干燥和潮湿环境的环境下使用，适宜在室外、直埋、电缆沟、电缆隧道或潮湿环境敷设，还可应用于有阻燃特性要求的场合。XLPE绝缘XLPE绝缘8000系铝合金导体联锁铠装阻燃包带阻燃外护套3.ZC-YJLHBV型铝合金电缆WDZAN-YJLHBV是一种高柔韧性的90℃交联聚乙烯绝缘、阻燃PVC外护套单芯或多芯阻燃C级电缆。产品特性：采用自主研发的8000系铝合金导体，导电率高，抗蠕变性好，高柔韧，高延伸，低反弹，连接稳定；阻燃PVC外护套，耐日光老化，阻燃环保。该电缆可敷设在室内、管道、线槽、桥架、隧道或室外穿管敷设。它们可用于非燃性建筑,如办公楼、旅馆、购物中心和工厂中的照明、插座及其它电气设备的馈电线路。XLPE绝缘XLPE绝缘填充绳外护套绕包带8000系铝合金导体4.WDZAN-YJLHB60型阻燃耐火铝合金电缆WDZAN-YJLHB60是一种高柔韧性的铝合金联锁铠装、无极矿物耐火及90℃交联聚乙烯绝缘、阻燃PVC外护套单芯或多芯阻燃A级耐火铝合金电缆。产品特性：采用自主研发的8000系铝合金导体，导电率高，抗蠕变性好，高柔韧，高延伸，低反弹，连接稳定；铠装采用高强度5000系铝合金带联锁铠装，坚固强韧，弯曲性好，并具有屏蔽性能；电缆不含重金属元素、绿色环保；阻燃PVC外护套、可达阻燃A级，可直接埋地敷设，防潮、防腐蚀。该电缆可在干燥和潮湿环境的环境下使用，适宜在室外、直埋、电缆沟、电缆隧道或潮湿环境敷设，还可应用于有阻燃特性要求的场合。合金电缆应用领域合金电缆已广泛应用于高层建筑，民用建筑，星级酒店，医院，剧场，会议中心，图书馆，博物馆，政府机关，金融中心，广电中心，体育中心，工矿，石油化工，机场，隧道，地铁，轻轨，地下车库，人防，船舶，海上石油平台，航空航天，钢铁冶金，购物中心停车场等场合。常见问题解答1、产品的使用范围适用于35kV及以下的电力电缆不可用于控制电缆对于导体直接接触高温设备，长期使用温度在600度以上的不适用对于10mm2截面以下的导体，如布电线，暂时不适用，这是由于针对纯铝存在的缺陷，标准限制了铝电缆使用的最小截面在10mm2以上，但铝合金完全可以用于更小的截面。2、铝合金电缆与铜缆比较具有哪些优势优势体现在弯曲性能、耐腐蚀性能、低反弹性、重量轻、省桥架、降低综合成本（具体优势可以参照前面内容）3、铝合金电缆不及铜缆的方面由于导电性能比铜缆稍差，因而导体要比铜缆大1~18mm，这是最主要的差异，但这不会影响到使用，因为无论是设备的链接还是电缆的布局，这点尺寸的差异都在允许的范围之内，不会造成使用上的影响的，除非有特殊场合的尺寸要求非常严格，才不适宜用铝合金电缆代替4、连接头问题这是很多客户关心的问题，为了解决连接头处腐蚀问题，防止导体氧化，我们采用镀锌或镀锡的电缆端子，或在端子内、配电箱连接处涂抹抗氧化剂，以防止氧化，连接这块的技术已经很成熟，国内以及有数百个项目在使用，这已经不存在问题5、铝合金电缆尺寸的增加会不会导致桥架成本增加的问题由于用铝合金电缆代替铜缆会增加几个至十几个mm，很多客户担忧会因此增加桥架。答案是肯定不会的，因为电缆桥架的设计时，电缆间有一定的间距，留有一定的余量，这是为了电缆散热的需要，因此使用铝合金电缆即使增加十几个毫米也不会导致电缆桥架的增加，实际上是省桥架的，因为相同载流量、相同长度的铝合金电缆只有铜缆重量的一半，因而电缆间的桥架距离更长了，桥架的数量只会减少不会增加；此外，对于少数根数的电缆，可以免去桥架，直接采用电缆夹进行固定。因而，安装成本也会大大降低。6、推广应用合金电缆对我国经济发展形势有哪三个符合？

当前在我国推广应用合金电缆经历了艰难的市场培育期，时机已渐成熟，它对我国经济发展形势有三个符合：1)符合我国十二五计划纲要关于重点发展新材料、新能源的产业方向和产业政策；2)符合中央关于建设节约型社会和节约型国家的大政方针；3)符合国务院关于节能减排指导方针的具体目标和要求。7、为什么说合金电缆在我国是一场新材料革命?

合金电力电缆除了产品自身的优势之外，还有三大外在因素的优势。第一是我国经济高速发展的需要。目前中国经济处于腾飞阶段，每年电力电缆需要量10000亿以上，且以每年20%-25%的速度增长。而目前全国合金电缆的市场占有率不足1%。因此贵塑合金电力电缆有着广阔的市场空间。第二是国家政策的支持。国务院从2007年到2011年多次下达“十一五”和“十二五”节能减排方案。节能减排是当前国家政策的基调。贵塑合金电缆在生产、加工、运输、安装和使用过程中，绝大部分指标消耗都比铜缆少10%-60%，符合国家节能减排的政策精神，各级政府纷纷发文和出台政策，扶持推广应用合金电缆产品。第三是我国铜矿资源枯竭。目前中国70%以上的铜矿资源依赖进口。对外依存度已经超过石油，仅发展航天工业和国防工业都不能满足需要。近几年国内外铜价格不断飚升，造成国内电缆价格持续上涨，给国民经济带来很大浪费，成为建设节约型社会的一大障碍。因此，大力发展新型合金材料电力电缆，替代传统铜缆是必然趋势，也是一场新材料革命。合金芯电力电缆与铜或铝芯电力电缆性能对比表电缆类型铜芯铝芯铝合金说明材质电工铜电工铝合金铝合金导体采用含铝镁铁硼钛锌硅稀土等元素的8000系类铝合金经过特殊退火处理制成设计寿命(年)≥30≥30≥40载流量相当相当相当通过适当选型电压降相当相当相当通过适当选型电能损耗中高低合金电缆采用先进的节能型导体结构，使用每相同的集肤效应与邻近效应大幅度的减少，大大降低了电能在线路中的损耗及电缆长期运行过程中的发热量。防腐性能(空气中)差优优铝材质固有的防腐性能，缘自当铝表面与空气接触时的钝化效果，会立即形成薄而致密的氧化层阻止其继续氧化防腐性能(电化学)无须过渡处理需过渡处理需过渡处理铜铝过渡端子很好的解决了电化学腐蚀问题抗蠕动性能优差优合金中的铁起了主要作用接头连接稳定性优差优合金中的铁。铜。和镁起了主要作用电缆重量重