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鄭州電纜廠家|鋁合金電纜：以鋁合金代銅的前景如何呢？

發(fā)布時間：

2020-07-13

人類對銅的使用歷史這可以追溯到10000年前。在伊拉克的北部曾經(jīng)出土一件8700年前的文物——銅耳杯，中國在4000多年前的夏禹時代就有了青銅器。銅作為導(dǎo)體的應(yīng)用在18世紀(jì)末隨著電的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用已經(jīng)走過了200多年的歷史。鋁做為一種年輕的金屬，在19世紀(jì)中期，它被稱作“銀色的金子”，比黃金還珍貴，直到1886年由美國科學(xué)家霍爾獨立研究出電解鋁法，才開始能夠后工業(yè)化生產(chǎn)。鋁用作導(dǎo)體從1896年開始，英國人科利在博爾頓架設(shè)了世界上第一根架空鋁絞線。1910年美國鋁業(yè)協(xié)會胡普斯發(fā)明了鋼芯鋁絞線，架設(shè)于尼亞加拉大瀑布上空。此后，架空高壓輸電線逐步被鋼芯鋁絞線取代。另外，歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國家于1910年開始使用鋁導(dǎo)體替代銅導(dǎo)體作為配電線。現(xiàn)在，全世界生產(chǎn)的鋁約14%用作電工材料。我國電工部門的用鋁量約占全國鋁消耗總量的三分之一，主要用于高壓輸電，而配電使用鋁導(dǎo)體的比例低于5%。使用銅或者鋁作為導(dǎo)體受歷史、國情、資源狀況等等因素的影響。

上世紀(jì)五十年代，銅價高速攀升，世界電線電纜行業(yè)提出以鋁代銅，要達(dá)到同樣的電氣性能，鋁導(dǎo)體的截面積需要比銅導(dǎo)體大一至兩個規(guī)格等級或者增大50%。上世紀(jì)六、七十年代，我國同樣受國情、資源狀況、政治因素等原因提出以鋁代銅，由于材料技術(shù)原因，未能普及鋁導(dǎo)體。多年來，國人一直期望能開發(fā)出一種可利用鋁資源的導(dǎo)體，能繼續(xù)推行以鋁代銅，但始終未能從技術(shù)上取得突破，因而一直未能實現(xiàn)這歷史性的革命。針對純鋁作為電纜導(dǎo)體存在的眾多不足，美國、澳大利亞和加拿大等發(fā)達(dá)國家率先在這方面做了大量的研究。于20世紀(jì)60年末開發(fā)出了鋁合金[有色商機(jī):ADC12]導(dǎo)體，鋁合金導(dǎo)體在北美地區(qū)至今已運(yùn)用近50年的時間，得到美國、澳大利亞和加拿大等發(fā)達(dá)國家廣大用戶的一致認(rèn)可，北美地區(qū)90%的民用及商業(yè)建筑使用的都是鋁合金電纜。2005年迄今我國再次提出以鋁代銅，隨著科技的進(jìn)步，這次的以鋁代銅應(yīng)該理解為主要是以鋁合金代銅。以鋁合金代銅的前景如何呢？我們需要對鋁合金、銅和鋁的性能有更多的了解。

一、鋁、鋁合金作為導(dǎo)體材料有其自身優(yōu)勢

1、鋁合金、鋁和銅一樣，一直是IEC和GB規(guī)定的導(dǎo)體材料。

2、鋁、鋁合金作為導(dǎo)體資源豐富

鋁和銅相比有其獨特優(yōu)勢,鋁在地殼中的分布量在全部化學(xué)元素中僅次于氧和硅，占第三位，在全部金屬元素中占第一位。

3、重量較輕

在電阻值大致相同時，鋁、鋁合金線芯的質(zhì)量僅為銅線芯的一半。

4、價格低廉

鋁在國際上被廣泛應(yīng)用于電纜、母排、母線槽、變壓器等產(chǎn)品領(lǐng)域，據(jù)收集資料如下：高壓線纜國際上幾乎100％使用鋁或鋁合金導(dǎo)體。而低壓鋁線纜在北美已基本由鋁合金電纜取代。

二、我國曾經(jīng)有過一段以鋁代銅的短暫歷史

回顧歷史，中國在50——70年代曾經(jīng)推行過“以鋁代銅”的政策。但由于當(dāng)時的純鋁導(dǎo)體及產(chǎn)品質(zhì)量的限制，發(fā)生事故的概率很大，導(dǎo)致80年代以后，中國的中低壓電纜幾乎全部使用銅導(dǎo)體。

棄用鋁電纜的原因

中國當(dāng)時所使用的純鋁電纜，被棄用的原因正是純鋁導(dǎo)體的一些物理性能導(dǎo)致故障的概率增大。

1、純鋁導(dǎo)體的抗拉強(qiáng)度、延伸率、柔韌性等機(jī)械性能較低，往往會承受不起在安裝過程中的牽、拉、彎、折，導(dǎo)致不同程度的損傷，埋下事故隱患。

2、接頭易引發(fā)火災(zāi)，原因不外如下幾條：

（1）鋁熱膨脹率比銅大39％，在與連接器連接時，因長期的熱循環(huán)而容易產(chǎn)生蠕變、進(jìn)而產(chǎn)生很大的電阻而引發(fā)火災(zāi)。

（2）容易在與銅連接器連接處產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

（3）純鋁抗蠕變性能極低

純鋁在受熱和受壓下容易變形，導(dǎo)致在接頭處不能壓緊或熱循環(huán)過程中蠕變、接頭產(chǎn)生氧化膜，電阻加急劇增大，這是導(dǎo)致純鋁電纜不安全的重要原因。

如前所述，純鋁由于其機(jī)械性能的缺陷，使其無法應(yīng)用于中低壓電纜。所幸的是，鋁的最顯著特點是它的多功能性，采用不同的合金配方和加工工藝，可以得到物理性能迥異的鋁合金材料。鋁合金電纜正是解決了上述鋁電纜存在的安全隱患，而成為一種理想的解決方案。

三、導(dǎo)體鋁合金新材料的解決方案

1、機(jī)械性能大幅提高

抗拉強(qiáng)度約是純鋁的150%，延伸率較純鋁提高約10倍，自重承載力比銅高44％，柔韌性能高于銅的25％，而彎曲半徑僅為電纜外徑的7倍，連接端子采用先進(jìn)的鋁合金銅摩擦焊接工藝，可解決電化學(xué)腐蝕問題，鋁合金導(dǎo)體抗蠕變性能較純鋁導(dǎo)體提高300％。

導(dǎo)體鋁合金的特殊合金配方與熱處理工藝大大提高了金屬在受熱、受壓下的抗蠕變性能，保證了電纜本身連接的穩(wěn)定性。事實上，這是合金電纜在北美40多年應(yīng)用中未發(fā)生任何故障的重要原因。在美國國家規(guī)范中規(guī)定中、低壓電纜必須采用AA8000系列鋁合金而不能采用純鋁電纜。

2、正在研發(fā)之中的鋁合金電纜應(yīng)用技術(shù)——接頭處理技術(shù)：

在與所選用的鋁合金電纜相同化學(xué)成分、電氣性能、機(jī)械性能、抗壓蠕變性能的鋁合金銅連接端子產(chǎn)品技術(shù)突破、面市之前，國內(nèi)的鋁合金電纜應(yīng)用，作為過渡解決辦法，通常是向用戶提供原用于鋁電纜連接的銅鋁過渡端子和近來某些國內(nèi)廠家僅為了提高端子導(dǎo)電性能或其它性能而推出的所謂的微合金化合金銅過渡端子（該種微合金銅過渡端子的化學(xué)成分、電氣性能、機(jī)械性能、抗壓蠕變性能等與連接的鋁合金電纜性能不能匹配）。另外，還要提供專用壓接工具來解決目前沒有與鋁合金電纜性能一致的鋁合金銅連接端子的難題。當(dāng)前明知錯誤但又無奈而采用的原來用于連接鋁電纜的銅鋁過渡端子及所謂的高導(dǎo)電或其它性能的微合金化合金銅過渡端子連接方案，即使通過專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)的端子連接1000次熱循環(huán)測試，并嚴(yán)格按照規(guī)范施工，也不能保證解決連接安全問題。因為端子連接1000次熱循環(huán)測試畢竟是在實驗室端子進(jìn)行規(guī)范壓接后的實驗，且試驗時間短，該檢測其實無法真正反映鋁材料蠕變傾向等特性。若銅鋁過渡端子和微合金化合金銅過渡端子連接方案沒有經(jīng)過專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)嚴(yán)格的端子連接1000次熱循環(huán)測試，沒有嚴(yán)格按照規(guī)范施工，則安全隱患問題就更嚴(yán)重。

我們知道，鋁合金電纜因解決了鋁電纜存在的致命安全問題，才體現(xiàn)了鋁合金電纜的優(yōu)勢和價值，但目前連接方案中的銅鋁連接端子中的鋁及微合金化合金銅過渡端子中與鋁合金電纜性能不匹配的所謂合金的存在，實際上使鋁合金電纜的優(yōu)勢和價值難以體現(xiàn)，這與直接用鋁電纜有何區(qū)別？畢竟電纜的應(yīng)用，眾所周知，安全問題通常主要都出在連接上。據(jù)悉，現(xiàn)針對適用于中國市場亟待解決的與鋁合金電纜性能相同的鋁合金銅連接端子相關(guān)應(yīng)用技術(shù)問題，據(jù)一位來自美國鋁合金電纜巨頭的中國工廠負(fù)責(zé)人透露，其北美的研發(fā)中心正在研究試制之中，近期有望獲得技術(shù)突破。若技術(shù)突破后，鋁合金電纜在應(yīng)用中使用與鋁合金電纜性能一致的鋁合金銅連接端子，則連接就能安全、穩(wěn)定、完美。

3、防腐性能

有時會聽到鋁耐腐蝕性較差的說法，但這不是事實。在大多數(shù)環(huán)境條件下，包括在空氣、鹽水、石油化學(xué)和很多化學(xué)體系中，鋁能顯示比銅更優(yōu)良的抗腐蝕性，其原因是鋁表面與空氣接觸時立即形成的薄、致密、堅固而耐受各種形式腐蝕的氧化膜。這也能解釋為什么在許多惡劣環(huán)境中，鋁比其他金屬如銅、鋼更耐腐蝕。經(jīng)合金化處理后的導(dǎo)體鋁合金防腐性能更優(yōu)于純鋁。

四、當(dāng)新材料導(dǎo)體鋁合金解決了原來純鋁的致命性問題之后，它的優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來：

1、與銅導(dǎo)體一樣安全可靠。

2、電纜本體較銅電纜更為經(jīng)濟(jì)。

3、由于其重量較輕、柔韌性高等因素，減少了安全施工和運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用。

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