鋁合金電纜在水電工程中的推廣應用

王 鵬，余淑娟

(中國水利水電第七工程局有限公司第五分局，四川彭山 620860)

當前，我國正在建立綠色、循環、低碳、低耗、資源節約的發展模式，各行各業都在提倡節能減排。作為綠色能源開發龍頭的水電工程，在工程建設允許的場合采用以鋁節銅就是一項簡單易行、效果明顯的節能措施。筆者通過對鋁芯電纜、銅芯電纜與鋁合金電纜的各種特性進行分析對比，并通過工程應用實例取得的經濟和社會效益，進一步說明了鋁合金電纜在水電工程中應用的可行性和必要性。

1 鋁芯電纜的不足之處

在經濟不發達的上世紀60～80年代，由于我國銅產量低及進口少，銅主要用于軍工領域，而鋁導線、鋁線變壓器等則大量應用在建筑電氣行業，但在其長期使用過程中，純鋁導體的不足逐漸顯現出來:

(1)銅和鋁的連接處(如鋁線與斷路器、電動機等的銅聯接樁頭)由于銅和鋁兩種金屬的價電子不同而產生電化學腐蝕效應，使鋁線表面生出白色氧化物，導致與樁頭間的接觸電阻增大，接頭處發熱，甚至引起連接處導線絕緣碳化失去絕緣作用而起火;

(2)純鋁線機械強度低，容易折斷，同時由于純鋁的伸長率小，抗蠕變性差，安裝一段時間后，連接處容易松弛而造成接觸電阻增大，發熱又使連接處更松動，如此循環下去，后果不言而喻。

2 鋁合金電纜

傳統的鋁芯電纜采用的材質為純鋁，而合金電纜針對以前純鋁電纜本身固有的缺點，加入了合金成分對其進行了改性，使合金的多種性能大幅提高。

目前常用的鋁合金材料分類如下:

1xxx—純鋁(99.00%含量或更高)

2xxx—鋁-銅合金 宇宙飛船

3xxx—鋁-錳合金 可樂罐體

4xxx—鋁-硅合金 焊接

5xxx—鋁-鎂合金 人字梯/薄板

6xxx—鋁－錳-硅合金 機翼/架空線/車架

7xxx—鋁-鋅合金 A380/保險杠

8xxx—鋁和其他元素合金 建筑用電力電纜

9xxx—未定義

合金電纜采用的鋁合金型號為8030合金。

鋁合金電纜由于在純鋁中加入了銅、鐵、鎂、錳等元素，大大提高了鋁合金導體的機械強度，抗拉強度較純鋁提高了53%，抗蠕變與壓緊性能較純鋁提高了300%，屈服強度較純鋁提高了121%，同時，鋁合金電纜回彈力小，無記憶效應，比銅電纜更方便施工。而且鋁合金電纜與設備接線樁頭連接時采用銅鋁過渡接線端子，從根本上杜絕了以前“生白粉”的氧化現象。

3 鋁合金電纜與銅芯電纜特性比較

(1)彎曲性能:根據GB/T12706中對銅電纜安裝時彎曲半徑的規定，銅芯電纜的彎曲半徑為10～20倍電纜直徑，而鋁合金電纜的彎曲半徑最小為7倍電纜直徑，使用鋁合金電纜減小了安裝布局的空間，減少了安裝成本且更易于敷設。

(2)延展性:鋁合金電纜由于退火后的延伸率能達到或超過30%，高于銅芯電纜25%的標準。

(3)反彈性:鋁合金電纜的反彈性比銅芯電纜更小，更有利于端子連接接頭處的緊密程度，易于壓緊，從而提高其穩定性。

(4)耐腐蝕性:在空氣中，鋁合金電纜的耐腐蝕性能優于銅，銅芯電纜的使用壽命按30a設計，而鋁合金電纜的使用壽命則可以達到40a，這是以在美國應用的事實為根據的。

(5)重量:相同載流量、相同長度的鋁合金電纜是銅芯電纜重量的一半，在大跨度安裝中優勢明顯，可以降低安裝成本。合金電纜與銅芯電纜的重量比較情況見表1。

表1 合金電纜與銅芯電纜重量比較表

從表1可以看出，在相同的電氣性能條件下，鋁合金電纜的重量是銅芯電纜的42%～53%。

(6)導電性:根據GB/T3956，鋁合金導體相比銅導體增加了一個或兩個規格，達到相同的載流量，也就是說，鋁合金的截面增加1.5倍就能達到與銅同樣的導電效果。雖然截面增大1.5倍，但通過緊壓處理，導體外徑與銅電纜相比只增加了1～18mm，增加的很少。不同材料導體的載流量見表2。

如表2所示，當合金電纜的截面擴大一至兩級時，與銅芯電纜的載流量相當。

(7)抗拉伸強度和抗疲勞性能:鋁合金電纜的抗拉伸強度的性能略遜于銅芯電纜，與銅纜很接近，但不會因此而影響到電纜的使用。

4 材料成本及安裝成本的比較

在實現同樣性能的前提下，鋁合金電纜的直接成本比銅芯電纜節約30%～50%。由于鋁合金電纜的彎曲性能更好、重量更輕，可以不用橋架或減少橋架的用量，安裝成本能節約20% ～50%。

表2 不同材料導體的載流量統計表

5 鋁合金電纜的應用情況

鋁合金電纜在美國、加拿大等國家使用了40多年，美國民用及商用建筑90%采用鋁合金電纜。在國內，鋁合金母線及電纜也逐漸被廣泛應用于工業、建筑、基礎設施、數據中心等領域中，如青島地標建筑——萬邦中心、成都天府時代廣場、上海世博會電動汽車充電站工程、成都藍光IBP空港總部高檔寫字樓群、成都歡樂谷等，鋁合金電纜在中國的普及使用也將很快成為現實。

在水電工程中，由于工程施工環境復雜，施工強度高，為保證工程建設的連續性，近年來水電工程建設中的重要場合已經基本采用銅芯電纜代替鋁芯電纜。但隨著銅資源的緊缺、銅芯電纜價格的不斷上漲，水電工程建設中銅芯電纜費用的支出比例也逐漸增大。

以某水電工程混凝土生產系統為例，該系統設計生產能力為600m3/h(均為碾壓混凝土)，配置了兩座2×6m3強制式拌和樓，預冷系統總裝機容量1744×104kcal/h(標準工況)，系統設備總功率14100kW，按使用VV型銅芯電纜和ZC－TC90型鋁合金電纜分別進行比較，所需要的部分1kV級電纜數量及采購價格比較情況見表3。

表3中只列出了系統所需要的部分1kV級電纜，還未包括10kV級的電纜。通過以上比較，可知在同樣條件下，在未包括10kV級電纜的情況下，采用鋁合金電纜已比采用銅芯電纜節約費用2908064元;如果加上高壓電纜節省的費用則更加可觀，其直接費用還不到銅芯電纜的40%。同時，由于鋁合金電纜比銅芯電纜輕，節約的安裝費用和時間效益也非常可觀。

表3 銅芯電纜與鋁合金電纜價格比較表

6 結語

現在的以鋁節銅絕不是上世紀60～80年代所有范圍的線路都以鋁代銅，而是在必須用銅的地方用銅(如控制電纜)，在可用銅可用鋁的地方推廣使用鋁合金產品。在合適的場合及有保障措施(如使用國家標準要求的銅鋁過渡端子等)的前提下，水電工程應加大鋁合金電纜的使用，其對節能減排、降低工程造價、減少偷盜、降低工人勞動強度等都具有著非常重要的意義，真正做到綠色水電、節能環保。