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1、固定敷设电缆中推荐采用实心铝导体来源：远东电缆有限公司时间： 2009-07-07 字体： 大 中 小 投稿引 言随着铜价的飞涨，铜铝的差价越来越大，电力行业已开始关注铝导体的使用。据报道，2002 年的铜价为2.4 万元/t 、铝价为 1.8 万元 /t;2008年铜价曾为6.4 万元 /t 、铝价曾为 2.4 万元 /t 。由于铜导体的电阻率小于铝导体电阻率并能减少运行费用，而且绞合结构铝导体容易氧化并影响电缆的寿命，因此造成目前除在架空线上使用铝导体外，埋地或固定敷设的电力电缆均仍以铜芯电缆为主，而采用后两种敷设方式的电力电缆几乎要占整个电力电缆敷设量的90%左右。通过分析研究铝导体性能
2、的改善情况，笔者认为在当今铜、铝性价比相差增大的情况下，优先选用实心铝导体将是明智的选择，故在固定敷设电缆中推荐采用实心铝导体结构。1 我国现行电缆导体的使用情况虽然在我国现行电缆标准的编订过程中广泛地参照了IEC 电缆标准，但在GB/T 39561997电缆的导体 第一类导体中， IEC 电缆标准明确规定实心铝导体范围为1.5 300 mm2 ，而我国电缆行业目前普遍情况是1.5 16 mm2铝导体采用实心导体，25 mm2以上采用绞合导体。在国外，特别在西欧国家，300 mm2及以下固定敷设电缆基本都采用实心导体，例如西欧NAYY 、NACY 型电缆的一般实际情况是1.5 25 mm2采用
3、实心圆形导体，35300 mm2采用扇形或瓦形实心导体。可见，国外使用实心铝导体的范围要比我国大得多，并被国外电力部门广为接受。目前在国内固定敷设铝导体电缆还不能被电力部门广泛接受，究其原因主要有以下几个方面：a. 铜导体与绞合结构铝导体电气性能的差异。铜导体的电阻率为17.241 nm ，电导率为100 IACS; 铝导体的电阻率为28.264 nm ，电导率为59.8 IACS。因此，在相同载流负载下，绞合结构铝导体的截面积要比铜导体的大68% ，即若选用绞合结构铝导体要比铜导体的大12 个规格，相应的电缆直径也要增加5% 10% 。b. 铜导体与绞合结构铝导体机械性能的差异。铜导体的抗张
4、强度为216 MPa、断裂伸长率为30%;绞合结构铝导体的抗张强度为120110 MPa，断裂伸长率为10% 。因此，相对来说绞合结构铝导体的弯曲性能不如铜导体，在电缆的敷设过程中，绞合结构铝导体电缆容易产生断丝、断股现象，给施工造成一定困难。c. 绞合结构铝导体电缆比铜导体电缆击穿率高。由于我国传统的导体加工主要采用拉丝、轧压的拉拔工艺方法( 基本上属于冷加工工艺方法) ，而铝的机械性能不如铜的机械性能，因此铝导体与铜导体相比在导体加工过程中容易产生丝径断裂、飞边和毛刺等缺陷。这些缺陷正是绞合结构铝导体电缆易被击穿的主要因素之一，从而在客观上限制了铝导体的广泛使用。d. 绞合结构铝导体在生产
5、加工、电缆敷设和运行中，表面极容易氧化，这给施工接头造成困难。特别是电缆在运行过程中，由于导体的氧化逐步扩大，致使导体的电阻增大，引起电缆温度上升，而影响电缆使用寿命。如果电缆制造厂不能从根本上解决上述铝导体的缺陷问题，那么即使铜、铝性价比有再大的差异，也很难使电力部门接受“在固定敷设电缆中广泛采用铝导体”的观点。2 改善铝导体性能的技术在传统的铝导体的制造工艺中，如果电缆导体为圆线绞合结构，则需要先拉丝，然后再多股绞合成型; 如果电缆导体为型线，则要经过压延成型; 如果电缆为紧压导体，则一般采用分层紧压拉拔成型。在铝导体的生产过程中铝单丝会受到多次机械拉拔、轧制、整型，容易造成其表面的机械损
6、伤、导体硬化，导体电阻增大，使得最终绞合紧压导体的电阻率一般在30 n m左右，而且铝导体的生产效率低、能耗高、质量很难控制。为改变上述情况，本公司提出了创新的“软铝 ( 实心 ) 型线的连续挤出”技术。理论上，该技术可以制造连续的无限长度的软铝型线。该技术是通过摩擦轮及靴体对铝杆进行的连续摩擦加热，使在高压腔内将铝软化，再将熔融状态的铝挤出成型。经过反复试验与研究，确定了合适的软铝( 实心 ) 型线的连续挤出时参数( 即压缩比、挤出温度范围与挤出速度) ，并且在挤压机上还采用了独特的内外冷却水通道，实现了从铝杆进入到型线出模的温度控制，确保实心铝型线的制造获得稳定的产量和质量。由名师资料总结
7、 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 于在此过程中铝均处于热熔状态，冷却后材料的晶格保持一致，因而使得铝导体的机械、电气性能远远高于传统工艺加工的铝导体的性能。3 采用连续挤出的软铝实心导体的性能指标采用软铝实心型线挤出工艺制得的软铝实心导体相对于绞合结构铝导体具有如下优点：a. 目前软铝实心导体的电阻率为 27.2 nm ，电导率为63.2 IACS，抗张强度为6080 MPa 、断裂伸长率为2830% 。与绞合结构铝导体相比，
8、电导率提高了3% 7% ，在相同的载流负载下，可以节约铝材3% 7%;断裂伸长率已经等同或接近铜绞合导体。b. 绞合结构铝导体的填充系数约为0.75 ，即使再采用紧压措施，绞合结构铝导体的填充系数也仅能达到0.9 左右，与其相比，软铝实心导体的外径缩小了7% 12% 。c. 挤出软铝实心型线工艺可以确保导体型线精度与尺寸偏差的控制。挤出软铝型线的外形控制主要在模具的设计上，只要模具符合设计要求，就能保证产品质量，不像传统的拉丝、绞线工艺，常常受到单丝质量、丝径公差的影响以及成型模具配置的影响。d. 软铝实心导体表面光滑圆整，没有绞合结构铝导体的单丝表面凹凸不平的痕迹，这对均化绝缘中的电场强度分
9、布有很大的贡献。对电力电缆来说，最大工作场强Emax出现在绝缘的内。由于软铝实心导体表面光滑连续，与绝缘没有间隙，水分无法进入导体，也不能进入绝缘，场强在绝缘层内部均匀分布，因此采用实心导体能有效减少绝缘中水树与电树现象的发生，提高了绝缘水平。e. 软铝实心导体解决了氧化问题。由于软铝实心导体内部无气隙，绝缘层与导体紧密接触，间隙比绞合导体要小，且软铝实心导体表面积比绞合导体各单线表面积的总和要小，与空气接触面小，所以大大降低了导体被氧化的几率。此外，还方便了施工时的导体接头处理，只要对实心铝导体表面略作处理就能正常使用，不会出现像绞合结构铝导体端点接触不良、接触点电阻大等现象。f. 软铝实心
10、铝导体的加工费比绞合结构铝导体的少，且生产周期短。本公司选用的设备是LJ350A/200铝连续挤压机，进料选用直径为15 mm铝杆，截面积50 mm2以下的铝导体一次可以同时挤出三根导体，截面积7095 mm2 的铝导体一次可以同时挤出两根导体，挤出速度为1015 m/min 。不像绞合结构铝导体，需要拉丝、绞合、压延成型等多道工序，工艺复杂、生产周期长，导体周转时间长，占用生产资金大。本公司专门生产了YJLV 0.6/1kV 4X185实心铝导体交联电缆送上海电缆研究所进行全性能型式试验，以及特殊弯曲试验，以期考察采用实心导体电缆的机械性能及弯曲性能。经过检测，该电缆的各项性能都符合标准规定
11、。对于固定敷设电缆，虽然标准没有规定电缆的柔软性考核指标，但为了比较实心铝导体与绞合结构铝导体的差别，本公司特取同一规格的不同导体结构的电缆YJLV 0.6/1kV 4X185 做静态卷绕试验，试验表明实心铝导体和绞合结构铝导体的卷绕性能数据基本一致，在弯曲半径小于10 倍电缆直径以下时，实心铝导体要比绞合结构铝导体显得硬些。以最常见的YJLV 0.6/1kV三芯电缆为例，实心铝导体与绞合结构导体材料用量如表1 所示。从表中可以看出相同规格的电缆，采用实心铝导体的电缆要比绞合结构铝导体电缆使用的材料要少，其中铝导体节约了7% ，绝缘材料、护套材料等各节约了57% ，再加上省工省时，实心铝导体电
12、缆的成本可以比绞合结构铝导体电缆的成本下降7% 以上。规格载流量 /A导体用量 /(kg km-1)绝缘用量 /(kg km-1)护套用量 /(kg km-1)电缆外径 /mm扇形绞合导体实心铝导体扇形绞合导体实心铝导体比值扇形绞合导体(铜/铝)实心铝导体比值扇形绞合导体(铜/铝)实心铝导体比值扇形绞合导体(铜/铝)实心铝导体比值铜铝铜铝3 3511286.986.9933.0 281.52620.9381.071.10.88125.4115.00.9220.418.90.933 501421101101 263.3381.23550.93100.491.90.92145.3135.00.93
13、23.321.80.94名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 3 701821411411 828.6551.65140.93128.9121.00.94178.9166.00.9326.925.00.933 952371841842 539.1763.77110.93149.8139.00.93213.5199.00.9330.028.10.943 1202962292293 202.9965.98990.93182
14、.0170.00.93251.2234.00.9333.231.10.943 1503512732733 952.01 186.3 1 1040.93235.6223.00.95299.2276.00.9237.134.40.933 1854123193194 945.01 490.11 387 0.93294.0287.00.98371.3344.00.9341.138.30.933 240 4923833836 499.31 955.01 8200.93354.4346.00.98450.6417.00.9346.142.90.933 300 5944624628 153.92 443.7
15、22 750.93419.7408.00.97530.1489.00.9250.947.20.93注： 1)表中的“比值”一栏均为实心铝导体与扇形绞合结构铝导体的数据对比。4 结 论本公司对实心铝导体工艺进行研究、创新与改进，给铝导体的广泛使用带来了机遇。特别是在铜、铝差价大，我国铜资源极度匮乏而铝资源十分丰富的现今，借助现在铝导体加工工艺取得的长足进步，电缆的导体结构得到优化，各种质量保证条件已经具备，我们应该积极倡导在固定敷设电缆中广泛采用实心铝导体，这将具有很大的意义。参考 文 献 1 全国电线电缆标准化技术委员会. GB/T 3956 1997 电缆的导体 S. 北京：中国标准出版社，
16、1998. 2 全国电线电缆标准化技术委员会. GB/T 12706.1 42002 额定电压 1kV(Um=1.2 kV) 到 35 kV(Um=40.5 kV) 挤包绝缘电力电缆及附件 S. 北京：中国标准出版社，2003. 收稿日期 2008-11-07 作者简介 陈建忠 (1954)，男，远东电缆有限公司工程师. 作者地址 江苏宜兴高塍远东大道6 号，远东电缆有限公司，214257名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -
