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從鋁合金電纜物理性能分析其在配電網(wǎng)的解決方案
作者：admin日期：2019-06-10 18:47點(diǎn)擊：次
電纜是配電網(wǎng)的重要組成部分，對(duì)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用，所以，從技術(shù)方面著眼對(duì)電纜選擇應(yīng)著重考慮電纜類(lèi)型和導(dǎo)體材質(zhì)及截面積等。
電纜類(lèi)型的選擇主要考慮電纜的用途、敷設(shè)條件及安全性等因素。根據(jù)用途的不同，可選用電力電纜、架空絕緣電纜、控制電纜等；根據(jù)敷設(shè)條件的不同，可選用一般塑料絕緣電纜、鋼帶鎧裝電纜、鋼絲鎧裝電纜、防腐電纜等；根據(jù)安全性要求，可選用不延燃電纜、阻燃電纜、無(wú)鹵阻燃電纜、耐火電纜等。
電纜導(dǎo)體截面積的選擇，一般以導(dǎo)體發(fā)熱、電壓損失、機(jī)械強(qiáng)度等作為選擇條件。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，低壓動(dòng)力線因其負(fù)荷電流較大，故一般先按發(fā)熱條件選擇截面，然后驗(yàn)算其電壓損失和機(jī)械強(qiáng)度；低壓照明線因其對(duì)電壓水平要求較高，可先按允許電壓損失條件選擇截面，再驗(yàn)算發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度。
在導(dǎo)體材質(zhì)選型方面，由于鋁導(dǎo)體具有重量輕的特點(diǎn)，無(wú)疑是架空電纜絕緣電纜的首選。從安全性要求出發(fā)，由于鋁合金導(dǎo)體的抗氧化及耐腐蝕性能明顯低于銅導(dǎo)體，在高溫場(chǎng)合，在易燃、易爆場(chǎng)所，特別潮濕場(chǎng)所和對(duì)鋁有腐蝕的場(chǎng)所（如換熱站水泵房），人員聚集較多的場(chǎng)所（如活動(dòng)中心、商業(yè)屬業(yè)人員聚集較多場(chǎng)所），重要的資料室、計(jì)算機(jī)房、重要的庫(kù)房（如消防控制室、弱電總機(jī)房、監(jiān)控室），移動(dòng)設(shè)備或有劇烈振動(dòng)的場(chǎng)所（如發(fā)電機(jī)房）等，不宜使用鋁合金電纜。
特別需要指出的是，配電網(wǎng)的電氣事故絕大部分發(fā)生在電氣連接部位，電纜導(dǎo)體與連接器(接線端子)之間連接的穩(wěn)定性與可靠性對(duì)于電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。下面電纜就這一現(xiàn)象進(jìn)一步加以討論：
最近幾年，由于銅價(jià)格的上升而鋁導(dǎo)體電線電纜的價(jià)格低、重量輕，減輕了施工勞動(dòng)強(qiáng)度而受到歡迎。鋁和鋁合金導(dǎo)體已經(jīng)在電線電纜行業(yè)中占有了一定地位，據(jù)調(diào)查，國(guó)內(nèi)一家大型電線電纜生產(chǎn)企業(yè)2014年使用銅原料18萬(wàn)噸，而鋁原料的使用量達(dá)到11萬(wàn)噸。但是，鋁和鋁合金電纜在我國(guó)城市電網(wǎng)建設(shè)中出現(xiàn)的不少問(wèn)題應(yīng)得到行業(yè)重視。
鋁或鋁合金，無(wú)論導(dǎo)電性能還是機(jī)械性能都不如銅, 20℃的直流電阻率為2.82×10ˉ6 Ω•cm，大約是銅的1.64倍。鋁的導(dǎo)電率低于銅是不容置疑的，加入銅、鐵、鎂、稀土等合金元素后的鋁合金導(dǎo)體僅是部分機(jī)械性能有所改善，其導(dǎo)電率不增反降。凡退火工藝精湛者,它的導(dǎo)電性能可非常接近電工鋁。“電纜的導(dǎo)體”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3956-2008將鋁和鋁合金導(dǎo)體的電阻取相同數(shù)值。所以，從理論上講，即使優(yōu)質(zhì)的鋁合金導(dǎo)體，當(dāng)其導(dǎo)體截面為銅導(dǎo)體截面1.5倍時(shí)，才能達(dá)到與銅導(dǎo)體相同的電氣性能(載流量、電壓降等)。
鋁導(dǎo)體的脆性使接頭容易斷裂，還由于蠕變特性，使接頭的可靠性降低。所謂蠕變就是在較高溫度（如70℃）和較大壓力（如螺栓壓緊）下，隨時(shí)間而增長(zhǎng)的塑變性。造成接頭處松動(dòng)，使電線電纜接頭可靠性降低、甚至損壞的主要原因。雖然經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期摸索，也找到一些應(yīng)對(duì)辦法，如加強(qiáng)巡視，定期加固旋緊螺栓等，但接頭的可靠性不如銅是不爭(zhēng)的事實(shí)。
而對(duì)于鋁合金電纜，由于導(dǎo)體是電工鋁中添加了微量元素。機(jī)械性能有改進(jìn)，如柔靱性?xún)?yōu)化，抗蠕變性能提高，但鋁合金電纜的關(guān)鍵技術(shù)之一是接頭。接頭材質(zhì)及工藝是影響品質(zhì)的重要因素，引進(jìn)技術(shù)的電纜制造企業(yè)除了出售電纜外還提供技術(shù)服務(wù)。若要接頭可靠，必須有供應(yīng)商委派專(zhuān)業(yè)人員指導(dǎo)施工，也因此它的價(jià)格大大高于鋁電纜。盡管如此利潤(rùn)空間仍很大，制造商從開(kāi)始的兩家，一下子猛增到百余家。由于目前各企業(yè)都按自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，貌似相同其實(shí)品質(zhì)差異很大。
要保證鋁合金電纜使用的安全性，必須是符合標(biāo)準(zhǔn)要求的鋁合金電纜，還需要嚴(yán)格的施工工藝保障，配上與電纜性能一致的配套鋁合金連接器共同使用。
由于鋁、銅的物理性能存在差異，因此，從鋁合金導(dǎo)體的物理性能分析可以看出，雖鋁合金電纜可以在很低端的配電領(lǐng)域替代銅電纜，據(jù)有關(guān)業(yè)內(nèi)人士分析，按目前生產(chǎn)水平要在中高壓配電領(lǐng)域取代銅電纜還是不可能的。
鋁的熔點(diǎn)為660℃，而銅為1080℃，所以鋁合金導(dǎo)體的耐高溫能力弱，耐火電纜要求可經(jīng)受750℃～1000℃作用下維持通電，所以此類(lèi)電纜，不能采用鋁合金電纜。
前幾年見(jiàn)到一種銅包鋁電纜，號(hào)稱(chēng)可替代銅電纜。但事實(shí)上它僅適用于小截面且用于高頻器件，由于高頻電流的集膚效應(yīng)，銅包鋁線可以發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也僅限于電子器件。銅包鋁線不能用來(lái)制造電力電纜，一方面它僅適用于單股線，采用多股線就失去意義，另一方面接頭技術(shù)無(wú)法解決。
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