淺談稀土高鐵鋁合金電力電纜

趙京輝（中交第四公路工程局有限公司，北京 100125）

淺談稀土高鐵鋁合金電力電纜

趙京輝
（中交第四公路工程局有限公司，北京 100125）

本文主要介紹了稀土高鐵鋁合金電纜這種新型材料，并通過與傳統的銅、鋁電纜的對比分析，研究其性能特點及應用優勢，以期對建筑業的發展有所裨益。

稀土高鐵；鋁合金電纜

電纜是當今輸電工程的主要載體，電力能源從發電廠輸送到千家萬戶，主要依靠架設在空中或者敷設在地下的電纜完成。所以說電纜的質量和造價，直接關系著輸電工程的質量和造價。

而電纜材料的選擇主要取決于金屬的導電性。物體傳導電流的能力叫做導電性。各種金屬的導電性各不相同，在常溫20℃下，金屬導電性排序前五位為：銀、銅、金、鋁、鈣。導電性好則電阻率低，在常溫20℃下，這五種金屬的電阻率依次為：15.86、16.78、24、26.548、39.1。因為金、銀高昂的價格，沒有成為電纜材料，而鈣在自然界很難以金屬的形態存在，所以電纜材料主要是銅和鋁。

銅的電阻率為16.78，鋁的電阻率為26.548，銅的導電性能優勢明顯，銅芯電纜是當前優先選擇的最安全的電纜。

但是，當前銅價約為6萬元/噸，鋁價約為1.8萬元/噸，銅、鋁的價格差別很大，鋁芯電纜的價格優勢明顯。并且，鋁在空氣中能形成一層很薄的抗氧化層，有一定耐腐蝕能力。而且鋁的比重是2.7kg/m3，銅的比重為8.9kg/m3，鋁芯電纜重量輕，有利于線路的施工。所以鋁芯電纜也被廣泛用于電力輸送工程。

因為銅和鋁在價格和比重方面的差異，購買1m3銅的成本和購買10m3鋁的成本相當。這樣，就可以通過增大鋁芯電纜的截面積，來提高鋁芯電纜的導電能力，并減少電纜的重量。如何在小幅提高成本的基礎上，通過加入一定量的其他金屬，大幅改善鋁芯電纜的性能，得到性價比更高的電纜產品，在增大截面，降低成本的前提下，達到銅芯電纜的導電能力，一直以來都是各科研單位和電纜廠家關注和研究的核心課題。

稀土有“工業維生素”的美稱，可以改善金屬的某些性能。稀土元素是指元素周期表中原子序數為57 到71 的15種鑭系元素，以及與鑭系元素化學性質相似的鈧和釔共17 種元素。

圖1

稀土高鐵鋁合金電力電纜是在鋁芯電纜的基礎上，通過在鋁芯中添加一定量的鐵和稀土元素，經過融化、混合、退火、淬火等專業化的工藝流程，改善鋁芯電纜的導電性能，而得到的導電性能優于鋁芯電纜的新型產品。以新型稀土高鐵鋁合金材料為導體，以阻燃硅烷交聯聚乙烯為絕緣，采用獨特的自鎖型鎧裝結構，實現了“以鋁代銅”技術飛躍。

稀土高鐵鋁合金電力電纜結構圖，如圖1所示。

在常溫20℃下條件下，將銅纜與稀土高鐵鋁合金電力電纜彎曲90°，應力釋放后，稀土高鐵鋁合金電力電纜反彈角度為銅纜的60%，其反彈性能優于銅芯電纜，在安裝過程中，更有利于端子連接接頭處的緊密程度，易于壓緊提高連接的穩定性。

稀土高鐵鋁合金電力電纜材料中加入一定量的鐵元素，經過退火處理后起到結構強化作用，抗蠕變性能相比于純鋁提高了300%，因而避免了因長期受到機械力的作用而出現蠕變引起的接觸電阻增大而導致事故的風險。

稀土高鐵鋁合金電力電纜導體中的合金成份大大改進了傳統鋁電纜的連接性能，這是它被批準為合金導體材料（ACW）的根本原因。尤其是當導體遇火時，添加的鐵元素產生高強度抗蠕動性能，即使在長時間過載和過熱，也能保證連接穩定性。

鋁的抗腐蝕性能優于銅。鋁在空氣中能夠很快形成一層致密氧化膜，防止內部的金屬被進一步腐蝕。而銅則不能形成氧化膜，所以污染物會進一步向里腐蝕。電位差越大，腐蝕會越嚴重，腐蝕會越來越快。鋁合金中加入的稀有金屬，在化學性能方面，進一步提高以鋁為導體的合金材料的耐腐蝕能力，減少了不同金屬之間的電位差。例如在含硫的環境中，如鐵路隧道和其它類似地方，稀土高鐵鋁合金電力電纜的抗腐蝕性能大大優于銅芯電纜。

因稀土高鐵鋁合金電力電纜重量輕、機械強度高、轉彎半徑小及回彈量小等特點，它具有比銅芯電纜更靈活的安裝方式。當電纜數量較少、截面較小時，可以采用沿墻明敷的方式，只需電纜卡子等簡單的電纜固定材料，即使電纜數量較多、截面較大時，也只需使用價格較便宜的梯架而不必使用橋架。與銅芯電纜相比，節省了空間及使用橋架的費用。

另外，從安全角度來分析：鋁芯電纜的一個重要缺點是脆度高，在安裝時經過幾次一定角度的扭轉，鋁絲就會產生裂紋，增加局部電阻。因此，純鋁電纜彎曲性能很差，彎曲很容易發生斷裂、折斷，因而頻繁引發事故。使用稀土高鐵鋁合金電力電纜，電纜的最小彎曲半徑為7倍電纜外徑，遠遠優于GB/T 12706的“電纜安裝時的最小彎曲半徑”中規定的10～20倍電纜外徑，因而稀土高鐵鋁合金電力電纜在安裝過程中更易彎折，有效的減少安裝成本，降低事故風險。由于它比傳統的銅芯電纜、鋁芯電纜具有更強的柔韌性，安裝時所需要的拉力比銅芯電纜、鋁芯電纜小很多。另外，由于他的韌性好，不會產生裂紋，使用更加安全。

稀土高鐵鋁合金電力電纜性能達到國際電工委員會（IEC）標準要求。主要產品優勢有：同等導電能力下，價格比銅芯電纜低約20%；重量輕，1.5倍導體截面合金電纜的重量約為銅芯電纜的一半，但是導電能力兩者基本相同；機械性能優異，彌補了鋁芯電纜的不足；電纜連接采用緊壓絞合技術，連接節點結實；使用壽命比銅芯電纜長；安裝更為高效、快捷，可以節省至少30%的安裝成本，也可縮短工期；使用年限長，不易老化。

表1彎折次數實測值

結語

綜上所述，稀土高鐵鋁合金電力電纜與銅芯電纜相比，在材料費用，安裝工藝、人工費用及工期方面，都具有明顯的優勢。稀土高鐵鋁合金電力電纜導電性優良，價格便宜，安裝方便，使用年限長，因此在未來很可能成為最主要的輸電材料，發展前景極為可觀。

稀土高鐵鋁合金電力電纜產品于2009年開始進入我國市場，獲得國家住建部、國家電網的權威部門的認可，目前已成功應用于很多工程，在北京、上海、重慶等多個城市進行了應用推廣，取得了很好的效果。如：北京首都機場邊檢勤務基地工程、上海人民廣場線路工程、天津市濱海科技園二期道路照明及監控系統工程、重慶川儀蔡家工業園項目、安徽電力長豐供電公司農網維護工程、淮南東華實業水電二期。

在工程中合理使用稀土高鐵鋁合金電力電纜，可以節約建筑成本、減少安全隱患，并減少對有色金屬銅的消耗，對行業發展非常有益。希望通過本文的介紹，加強建筑業同仁對這種新型產品的了解，以期有利于建筑材料的合理選用。

[1]張志新.稀土高鐵鋁合金的一些事實[J].中國有色金屬，2014（22）.

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