铝合金电缆载流量的相关介绍

电缆铜线换铝线需要考虑的因素如下：

一、铝合金电缆的导电性较差

铝合金电缆导电率只有铜电缆的61%。相同电缆截面下，偏大的电阻必然造成线损偏高，降低能源利用效率。相同载流量条件下，铝合金电缆电阻率总是略大于铜电缆。以负荷电流380A，年利用小时数4500h，运行寿命30年为例，铜电缆截面若采用150mm2，则铝合金电缆截面需240mm2，两者的电阻率分别是0.148/km和0.150/km，年能耗为288495kwh/km和292410kwh/km，全寿命周期内两者能耗差为117450kwh/km〔3〕。显然全寿命周期内铝合金电缆的损耗偏大，背离国家“节能减排”的发展方向。

二、铝合金电缆载流量偏低

城市电网供电可靠性要求达到99.99%，核心区需达到99.999%的更高水平。由于城市电缆网采用环网结构，故障情况下短时间内保护动作，迅速将负荷切转至对侧线路，确保不间断用户供电。但要实现电网高可靠性，完善的网络结构、优良的设备和线路都是必不可少的。电网中的供电线路必须具有较高的载流量，除自身负荷外还能承担临时切换负荷。同等截面的铜芯电缆比铝合金电缆的载流量高出30%以上，显然更能满足城市供电可靠性的要求。

三、铝合金电缆机械抗拉强度低

铝合金电缆的抗拉强度只有铜电缆的46%，允许牵引力比铜电缆低60%。城市配电网大量采用电缆环网结构，规划设计上考虑尽量减少电缆中间接头的使用。实际使用中，单根铜电缆敷设长度一般在600~800米区间。考虑在同等载流量条件下，单根普铝电缆的敷设长度仅为500米。考虑牵引力的影响，单根铝合金电缆的敷设长度只有350米。显然抗拉强度偏低必然导致单次牵引电缆的长度受限，需额外增加大量中间接头，增加后续运行维护风险。

四、铝合金电缆耐腐蚀性能弱

电缆导体的腐蚀主要是金属电化学腐蚀，即在金属表面发生原电池或杂散电流干扰引起的电解电池作用。铝合金电缆在生产工艺中为了改善抗蠕变性能加入了镁、铜、锌、硅等元素，并增加热处理工序。由于电缆运行工况复杂，在含有电解质的环境中，电极电位更低的铝与其他加入的金属元素存在电极差，从而形成电流通路，发生孔蚀和裂隙腐蚀等电化学现象。铝合金电缆热处理工艺还容易造成导体表面物理状态不均匀，增加电化学腐蚀的可能，继而发生应力腐蚀裂纹和晶间腐蚀。

五、铝合金电缆耐高温性能差

铜的熔融点为1080，而铝的熔融点仅为660，显然铜导体是耐火电缆更好的选择。火灾情况下，中心环境温度可上升到750以上，电缆必须能够维持通电的基本功能以构筑生命保障线。显然当火场温度高于铝合金和铝的熔融点后，无论采取何种隔热措施，电缆导体都会在短时间内发生融化，丧失导电功能，从而严重影响火场人员安全疏散。

六、铝合金电缆接头故障风险高

电缆运行经验表明，80%故障均发生在接头部位。铜具有铝和铝合金无法比拟的优越性。铜接头氧化生成的氧化铜是优良导体，仍能够保障接头和端子的电气连接性能。铝和铝合金接头发生氧化生成的氧化铝是绝缘体，质地坚硬、粘结力强的特性使其难以形成良好的导电触点，易造成触点发热。电气设备终端多采用的是铜制接头，使用铝合金电缆就会形成铜铝连接。铝合金的热膨胀系数远高于铜。

由于电网运行始终存在峰谷差，当负荷发生明显变化时，温度快速变化，接触区出现较大的侧向运动，切断了金属触点的有效连接，增大接触阻抗，导致连接处温度上升。冷却时再次发生热应力变化，进一步形成界面剪切作用。在长期冷热反复作用下，当热应力大于铝的屈服力时，就会在接触区内形成不可逆的塑性变形，加速接头处的损耗程度，直至最终出现连接故障。铝合金导体在热胀冷缩后更容易产生接触不良的现象，接触区的恶性循环又对接头安全运行形成巨大考验。

七、铝合金电缆占用通道资源多

在相近能耗条件下，铝合金电缆截面需大于铜电缆两个规格以上，才能达到相近的载流量。然而增大的导体截面对电缆敷设和电缆通道结构尺寸都带来严重影响。电缆通道资源是城市电缆网建设的重要组成部分。受城市道路规模和交通组织的影响，大多数电缆采用排管和拉管方式敷设。选用铝合金电缆进行排管内敷设，则排管孔径必须放大到敷设铜电缆孔径的1.6倍以上〔4〕，显然增加了电缆土建工程建设成本。同时扩大的土建规模增加了占地，在城市地下资源日益紧张的条件下，显然并不具有可行性。

八、铝合金导体安装工艺要求高

安装铝合金电缆需要使用特殊工具，不同厂家接头甚至需要配置不同工具，无疑增加施工安装成本。铝合金电缆安装程序复杂,一般分为剥离绝缘层、去除导体氧化层、涂覆抗氧化剂、插入端子、压接成型、擦除多余抗氧化剂等6个主要步骤。不正确的安装容易导致接头接触电阻过大，异常温升直至发生电缆故障。国内目前的电缆施工力量参差不齐，现场管理水平也落后于发达国家。相比较而言，铜电缆应用经验丰富，具有更好的机械性能和安装容错性，施工工艺比较简化，更适合现阶段的实际情况和发展水平。

铝合金电缆优点：

1抗蠕变性能  

铝合金导体的合金材料与退火处理工艺减少了导体在受热和压力下的“蠕变”倾向，相对于纯铝，抗蠕变性能提高300%，避免了由于冷流或蠕变引起的松弛问题。

2抗拉强度和延伸率  

铝合金导体相比于纯铝导体，由于加入了特殊的成分并采用了特殊的加工工艺，极大的提高了抗拉强度，且延伸率提高到30%，使用更加安全可靠。

3热膨胀系数

热膨胀系数用来计算在温度变化时材料的尺寸变化。铝合金的热膨胀系数与铜相当，多年来铝连接器一直可靠地用于铜和铝导体，且当今使用的大部分电气连接器都是用铝制造的，这尤其适合铝合金。所以铝合金导体与连接器的膨胀和收缩完全一致。

4连接性能  

用铝合金制造的电气连接与用铜导体制造的连接一样安全稳定。铝合金的成分大大改进了其连接性能，当导体退火时，添加的铁产生高强度抗蠕变性能，即使在长时间过载和过热时，也能保证连接稳定。

5自重承载力强

铝合金改善了纯铝的抗拉强度，铝合金电缆可支撑4000米长度的自重，铜电缆只能支撑2750米。这种优势在大跨度的建筑（如体育场馆）配线时体现得尤为突出。

6防腐蚀性能

铝固有的防腐性能缘自当铝表面与空气接触时形成薄而坚固的氧化层，这种氧化层特别耐受各种形式的腐蚀。而合金中添加的稀土元素又能进一步改善铝合金的耐腐蚀性能，特别是电化学腐蚀。

7柔韧性

铝合金有很好的弯曲性能，其独特的合金配方、加工工艺，使柔韧性大幅提高。铝合金比铜柔韧性高30%，反弹性比铜低40%。一般铜缆的弯曲半径为10~20倍外径，而铝合金电缆弯曲半径仅为7倍外径，更容易进行端子连接。

8铠装特性

采用的是铝合金带连锁铠装，其层与层之间的连锁结构，保证电缆能经受外界强大的破坏力，即使电缆遭受较大的压力和冲击力时，电缆亦不易被击穿，提高了安全性能。

9紧压特性

采用超常规的紧压技术，使紧压系数达到0.93，而异型线的紧压系数能达到0.95，在国内属于首创。通过最大极限的紧压，可以弥补铝合金在体积导电率上的不足，使绞合导体线芯如实心导体一般，明显的降低线芯外径，提高导电性能，在同等载流量情况下导体外径只比铜缆大10%。

铝合金电缆的缺点：

1、耐腐蚀性能，8000系列铝合金不如普铝

2、耐温性能，铝合金比铜相差大

3、铝合金热膨胀系数远高于铜，AA8030铝合金甚至高于普铝

4、铝合金没有解决铝氧化问题

5、铝合金电缆在应力松弛和抗蠕变性方面有改善但远不及铜

6、铝合金电缆没有解决铝的连接可靠性问题

7、国产铝合金质量控制不一致（合金成分）导致抗蠕变性能差

8、铝合金电缆接头工艺复杂，容易留隐患

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铝合金的耐蚀性比普通铝差或比铜差。铝电缆中添加了镁铜锌铁元素容易发生应力腐蚀破坏、分层、晶粒间腐蚀等，目前国内使用的铝合金基本上铝及铝合金的熔点，因此铜导体更适合耐火电缆。一些铝线制造商主张可以生产耐火铝线，并通过了国家相关标准测试，但铝线和铝线在这方面没有差异。如果在火灾中心，即温度高于铝合金和铝电缆的熔点，则无论对电缆采取什么绝缘措施，电缆都会在短时间内融化，失去传导功能。因此，铝和铝合金也不能用于耐火电缆导体或人口密度高的城市配电网建筑物工厂和矿山。

热膨胀系数高会导致导体热膨胀冷收缩后接触不良恶性循环电力总有最高曲差，对电缆性能是一大考验。铝合金不能解决铝氧化问题。铝合金或铝暴露在大气中后，坚硬、附着力强但易碎的薄膜迅速形成，电阻率高。因为硬度和附着力很难形成导电触点，所以安装前需要去除铝和铝合金表面的氧化层。铜表面也会氧化，但氧化层柔软，受到应力时容易被半导体打碎，形成金属-金属接触。铝电缆在应力缓解和蠕变方面有所改善，但远不如铜。向普通铝中添加某些元素可以提高普通铝的蠕变性能，但改善程度与普通铝相比非常有限，与铜相比仍存在较大差异。

铝电缆能否真正提高蠕变性能与各企业的流程技术和质量管理水平密切相关。这些不确定性本身就是危险因素。没有成熟工艺的严格控制，铝电缆不能保证提高蠕变性能。铝电缆没有解决铝连接的可靠性问题。影响铝连接可靠性的因素有五个。铝合金只有一个问题得到了改善，但铝连接问题没有得到解决。铝合金连接有五个问题铝合金的蠕变和应力缓解只有改善，其他方面没有改善。因此，连接问题仍将是影响铝合金质量的主要问题。铝合金也是铝的一种，不是新材料。对于导体性能，如果铝和铜的基本性能差异得不到解决，铝合金就不能代替铜。国产铝合金质量控制不一致，阻燃性差。国产铝合金成分的控制不稳定。

北美和铝电缆的硅含量差异国产铝合金的硅含量差异硅是影响蠕变性能的重要因素。国产铝电缆的抗蠕变能力尚未形成成熟的技术。铝电缆接头工艺复杂，容易留下隐患。与铜电缆相比，铝电缆接头工艺还有三个。有效去除氧化层，涂抹抗氧化剂是关键。国内施工水平和质量要求不均匀，留下了隐患。而且因为没有严格的法律除了这些因素之外，铝电缆还存在各种专业问题，抛光流量不统一的标准、接头终端不能通过、电容器电流增加、铝电缆布置间隔变窄或截面增加而无法支撑、电缆截面增加施工困难和电缆沟#空间是否一致、维护和风险成本是否急剧上升生命周期成本上升没有设计师标准等。如果这些处理中的任何一个处理不当或故意无视，就足以造成无法向用户赔偿的重大损失和事故。

电力电缆，为什么不能选择铝合金电缆?     2016-12-05 工控论坛

铝合金电缆在我国应用时间不长但已经有案例表明铝合金电缆应用在城市和厂矿有巨大隐患和风险，下面就两个实际案例及导致铝合金电缆风险事故的八个因素进行探讨。

案例一

某钢厂批量使用铝合金电缆，投产一年时间发生两次大火造成停产半个月，直接经济损失2个亿。

这是火灾后经过维修后的电缆桥架，火灾痕迹依然醒目

案例二

湖南某一城市照明配电系统采用了铝合金电缆，在安装后的一年内，发生了铝合金电缆的强烈腐蚀，导致电缆接头和导体损坏，线路断电。

通过这两个案例可以看到铝合金电缆在中国城市、厂矿的大规模推广已经为城市、厂矿留下了隐患，用户对铝合金电缆的基本性能缺少认识，因而遭受了巨大损失，如果用户提早了解到铝合金电缆在防火可靠性和防腐问题上特性，这样的损失是可以提前避免的。

从铝合金电缆的特性来看，铝合金电缆在防火和防腐方面有天然的缺陷。表现在以下8个方面：

1.耐腐蚀性能，8000系列铝合金不如普铝

GB/T19292.2-2003标准表1注4中说明：铝合金耐腐蚀性差于普铝更差于铜，这是因为铝合金电缆加入了镁、铜、锌、铁元素，因此易于发生局部腐蚀如应力腐蚀断裂、层蚀、晶间腐蚀，而且8000系列铝合金属于易腐蚀配方，铝合金电缆增加了热处理工序，易造成物理状态不均匀，比铝电缆更容易被腐蚀。目前在我国应用的铝合金基本都是8000铝合金系列。

2.耐温性能，铝合金比铜相差大

铜的熔点为1080℃而铝和铝合金的熔点为660℃，所以铜导体是耐火电缆更好的选择。现在一些铝合金电缆厂家宣称可以生产耐火铝合金电缆并且通过了相关国家标准测试，但铝合金电缆与铝电缆此方面没有差别，如果处于火灾中心（ 

以上）即温度高于铝合金和铝电缆熔点时，不论电缆采取何种隔热措施，电缆会在很短的时间内融化，丧失导电功能，因此铝和铝合金不宜用做耐火电缆导体，也不宜在人口密集的城市配电网、楼宇、厂矿中使用。

3.铝合金热膨胀系数远高于铜，AA8030铝合金甚至高于普铝

从表中可以看到，铝的热膨胀系数远远高于铜，铝合金AA1000和AA1350有了一点改善，而AA8030甚至高于铝。热膨胀系数高会导致导体在热胀冷缩后接触不良并且会恶性循环，而电力供应始终有峰谷差，对电缆性能造成了巨大的考验。

4.铝合金没有解决铝氧化问题

铝合金或铝暴露在大气中会迅速形成一种坚硬、粘结力强但易碎，大约10nm厚度的

薄膜，具有较高的电阻率，它的硬度和粘结力使它难以形成导电触点，这是铝和铝合金安装前必须剔除表面氧化层的原因。铜表面也会氧化，但氧化层柔软并且在承受力时容易破碎成为了半导体，形成了金属-金属类接触。

5.铝合金电缆在应力松弛和抗蠕变性方面有改善但远不及铜

在普铝中加入特定的元素，可以改善普铝的蠕变性能，但其提高的程度相对普铝也非常有限，与铜相比尚有巨大差距。而且铝合金电缆是否真正能够改善抗蠕变性能，与每个企业的工艺、技术、质量控制水平密切相关，这种不确定性本身就是风险因素，如果没有成熟工艺严格控制，铝合金电缆改善蠕变性能方面也是无法保证的。

6.铝合金电缆没有解决铝的连接可靠性问题

影响铝的连接可靠性的因素有5个，铝合金仅仅在一个问题上有改善，并没有解决普铝连接问题。

普铝在连接问题上存在5个问题，8000系列铝合金只在蠕变和应力松弛方面有改善，其它方面都没有改进，因此连接问题将依然是影响铝合金品质的重大问题。铝合金也是铝的一种并不是一个新材料，在导体性能方面如果铝的基本性能与铜的差距问题没有解决，铝合金是无法替代铜的。

7. 国产铝合金质量控制不一致（合金成分）导致抗蠕变性能差

经过加拿大POWERTECH测试，国产铝合金成分控制不稳定，北美铝合金电缆Si含量相差5%以内，而国产铝合金Si含量相差68%，而Si是影响蠕变性能的重要元素。也就是说国产铝合金电缆在抗蠕变性方面也还没有成熟的工艺形成。

8.铝合金电缆接头工艺复杂，容易留隐患

铝合金电缆接头工艺比铜电缆多出三个工艺，氧化层的有效去除和涂覆抗氧化剂是关键，国内施工水平，质量要求参差不齐，留有隐患。而且由于国内没有严格法律责任赔偿体系，最终损失后果实践中基本还是用户自己承担。

除了上述因素，铝合金电缆还有截流量没有统一标准、接头端子不过关、电容电流增大、铝合金电缆铺设间距因截面加大变窄或不足以支撑、电缆截面增大导致施工困难、电缆沟＃空间是否配套、维护和风险成本急剧升高、全生命周期成本升高、设计师无标准可遵循等一系列专业问题，如处理不当或被故意忽略任何其中一项都足矣让用户遭受惨重的、无法拟补的损失和事故。

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