合金電纜在污水處理行業的應用前景

梁榮欣

（上海市政工程設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 傳統銅芯電纜在水處理行業中的應用現狀

電力電纜作為電能的主要輸送載體，在我們生活的地球上無處不在。大到長距離超高壓輸電線路，小到家里裝修用的絕緣導線，到處都離不開電線電纜的身影。以筆者所在的水處理行業來看，一座20萬t的污水處理廠的各類電力電纜用量就達到了15 km，約占電氣設備總投資的40%，其中絕大部分采用的都是銅芯電纜。

日前公布的數據顯示，中國2012年精煉銅進口量大幅增加20%至紀錄高位的340萬t，超過2009年創出的前紀錄高位319萬t。而我國銅精礦的供應不到30%，超過70%的比例需要依賴進口，遠遠高于中國鐵礦石和石油的對外依存程度。受國內需求推動，我國已經成為全球最大的銅消費國。2012年，我國的銅消費量總計達到800萬t。世界金屬統計局稱，2012年1～12月份全球銅消費量為2054.8萬t，2011年全年為1962.6萬 t。同期中國表觀銅消費量增長了92.5萬t，達884萬t，占全球需求量之比略高于43%（數據來源中國鋼鐵現貨網）。因此,目前我國電纜用銅大部分從國外進口，國外銅礦壟斷企業爭相提價，造成建筑電氣成本居高不下。反過來看，我國已探明鋁礬土儲藏量為37億t。在這樣的礦產資源形勢下，如果不惜重金進口銅，而不用自己擁有的豐富的鋁資源，將造成極大的資源浪費和貿易逆差。

2 新型合金電纜的生產工藝及主要特點

電力電纜的主要形式有銅芯電纜、鋁芯電纜和合金電纜。其中,銅芯電纜應用范圍最廣，而鋁芯電纜由于其電阻率大、強度差、延展性不足等缺陷已經逐步被市場所淘汰。

近幾年出現了一種新型的電力電纜，即鋁合金電力電纜。它是以AA-8000系列鋁合金材料為導體，采用特殊緊壓工藝和退火處理等先進技術發明創造的新型材料電力電纜。合金電力電纜彌補了以往純鋁電纜的不足，提高了電纜的導電性能、彎曲性能、抗蠕變性能和耐腐蝕性能等，能夠保證電纜在長時間過載和過熱時保持連續性能穩定。采用AA-8000系列鋁合金導體，可以大大提高鋁合金電纜的導電率、耐高溫性，同時解決了純鋁導體電化學腐蝕、蠕變等問題。鋁合金的導電率是最常用基準材料銅IACS的61.5%，載流量是銅的79%，優于純鋁標準。但在同樣體積下，鋁合金的實際重量大約是銅的1/3。按照該計算，在滿足相同導電性能的前提下，相同重量鋁合金電纜的長度是銅電纜的兩倍。因此，相同載流量時鋁合金電纜的重量大約是銅纜的一半。采用鋁合金電纜取代銅纜，可以減輕電纜重量，降低安裝成本，減少設備和電纜的磨損，使安裝工作更輕松。圖1為合金電纜橫斷面。

圖1 合金電纜橫斷面

從1968年開始，美國電纜公司就開始研制生產合金電力電纜，并在美國、加拿大、墨西哥等國家開始推廣應用。主要應用于機場、軍事基地、辦公大樓、住宅、酒店、超市、院校、體育場、醫院、工廠廠房等建設工程。美國成功應用合金電纜40余年，從未出現過任何安全事故。目前在美國90%以上的市政民用及工、商業建筑都是采用合金電力電纜，合金電力電纜得到美國建筑設計師和電氣設計師在安全性能和便捷敷設等方面的一致肯定和推薦。2008年始，鋁合金電纜開始在我國快速推廣應用，得到廣大電力工程應用商的一致肯定與好評。

3 合金電纜和銅芯電纜的數據對比

下面讓我們來對比合金電纜和傳統銅芯電纜的技術參數，以進一步認識合金電纜。

3.1 電纜壓降

電纜電阻的計算公式：

式（1）中：ρ——物質的電阻率，Ω·m；

L——長度，m；

S——截面積，m2。

由于銅導體的20℃電阻率是0.0175，鋁導體是0.0283，因此取單位長度的銅電纜和鋁合金電纜，可以近似認為在同樣壓降的前提下，鋁導體的截面約為銅電纜的1.6倍。

3.2 電纜重量

電纜重量的計算公式：

式（2）中：ρ——物質的密度，kg/m；

L——長度，m；

S——截面積，m2。

由于銅的密度約為8.9×103kg/m3，鋁的密度約為2.7×103kg/m3。因此同等長度、同等面積的銅電纜重量是鋁電纜的3.3倍。結合電纜的壓降計算可知，在同等壓降的前提下，鋁導體的截面約為銅電纜的1.6倍，重量僅為銅電纜的一半。

3.3 載流量

根據多家電纜廠提供的資料顯示，在相同的敷設環境下，相同截面積的合金電纜載流量約是銅電纜的75%～80%。

此外，合金電纜不僅具有和銅芯電纜有著接近的抗拉強度和抗疲勞強度等機械特性，其柔韌性能還要優于銅芯電纜。

4 在污水處理行業中采用合金電纜的設計要點

下面我們來對比一下兩種不同型號的銅電纜和合金電纜的電氣參數（見表1）。

表1 兩種不同型號的銅電纜和合金電纜的電氣參數

從表1可以看出，兩種電纜的載流量和壓降基本相同。銅芯電纜除外徑較小外，其余參數均遜于合金電纜。合金電纜較小的重量和彎曲半徑不但使得安裝工作更加靈活，還可以降低運輸成本；合金電纜還可以應用于直埋環境和具有更高火災危險的環境。

污水處理廠具有以下特點。

（1）構筑物分散、設備眾多。這就決定了從變電所到各個構筑物的電纜數量和電纜長度都非常大，因此采用相同電氣性能的合金電纜將大幅降低工程投資。

（2）廠內同時存在供水、污水、雨水、風管和污泥管道等多種管線，使得電纜通道只能在夾縫中求生存，很多電纜需要在敷設過程中打許多個彎。合金電纜重量輕，允許彎曲半徑小的特點正好適合在這種環境中敷設，可以大大減輕安裝電纜的工作量，并降低電纜彎轉過程中帶來的損壞。

（3）電纜溝內電纜成捆敷設，甲醇加藥間、臭氧制備間、沼氣發電機房等諸多單體均要求采用阻燃電纜。合金電纜先進的制作工藝決定了它的非金屬含量較低，并且具有良好的阻燃特性，適合應用于具有火災危險發生的各個工藝單體及變電所內。

應用合金電纜還應注意以下問題。

（1）熱膨脹系數

熱膨脹系數是用來衡量在溫度變化時材料的體積變化。鋁的熱膨脹系數比銅略高，它比銅膨脹或收縮更多一點。因此，合金電纜不能用銅連接器來連接。

（2）載流量校正系數

仍需注意相同載流量的合金電纜外徑要比銅芯電纜大20%左右，在相同數量的電纜敷設時，合金電纜會比銅芯電纜更加密集，間距較小。因此在同樣規格電纜溝內敷設時，合金電纜的載流量校正系數要取得更小些。

（3）腐蝕性氣體

污水處理廠內到處充斥著各種腐蝕性氣體，因此在電纜安裝方式選擇及電纜型號確定時要給與充分考慮。

5 結論

經過以上分析，合金電纜在其電氣特性上完全可以達到傳統的銅芯電纜水平，并且在諸多方面有著銅芯電纜無法比擬的優勢，在污水處理行業的應用前景非常廣闊。隨著合金電纜的不斷應用，它必將可以逐步取代銅芯電纜，創造出更大的經濟價值及社會價值。

[1]劉龍華.電纜敷設圖集（D101-1～7）[Z].北京：中國建筑標準設計研究所出版，2002.

[2]中國市政工程中南設計研究院.給水排水設計手冊——電氣與自控（第二版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[3]GB 50217-2007，電力工程電纜設計規范[S].