铝合金芯铝绞线的概述

铝导线分为两大类：裸铝导线和绝缘铝导线。

裸铝导线又分为：铝导线和钢芯铝导线。钢芯铝导线比铝导线的抗拉强度高，可用于更大档距的架空线路。裸铝线由于没有绝缘层保护，只能作架空线用。其优点是成本较低，通过电流能力较大；缺点是不绝缘，使用场所受到很大限制。

绝缘铝导线又可分为：橡胶绝缘和塑料绝缘等。由于有绝缘层保护，人碰着也不会触电。所以可以合理使用在一切场合。优点是使用范围广、安全，缺点是成本较高，过流量较小。

铝合金线是一种金属线制品，其抗拉强度σb (MPa)≥180。铝合金线用于在大跨距高压架空输电线路上，使用最多的是钢芯铝合金绞线，该种导线的生产和应用技术基本成熟，但其耐热性能、抗腐蚀能力相对较弱，线路的输电容量受到一定限制。

抗拉强度国内外技术现状及发展趋势高强耐热全铝合金导线研究的意义高强耐热全铝合金导线关键技术难点参考资料

随着科技的高速发展，在线路上用高强耐热铝合金绞线代替钢芯铝合金绞线已在国际上受到普遍关注。高强耐热全铝合金是具有较高抗拉强度，又有很好耐热性能的铝合金导体材料，制成导线后具有使用温度高、耐热性好，导电性能优良、载流量大，抗拉强度高、质量轻、弧垂特性好以及焊接性能、耐蚀性能优良等突出优点。国内在高强耐热全铝合金绞线的生产和应用上还处于起步阶段，但由于其应用时导线接续简单、维护保养方便、工程综合造价较经济等优势，在线路改造和大跨距线路建设上已逐渐成为使用对象。

架空输电线的导线要求有良好的电导率，具有一定的强度以支持其自身的重量及外来的自然载重(风荷载、冰荷载)。在大跨距高压架空输电线路上，使用最多的是钢芯铝合金绞线，该种导线的生产和应用技术基本成熟，但其耐热性能、抗腐蚀能力相对较弱，线路的输电容量受到一定限制[1]。

国内外技术现状及发展趋势

1.钢芯铝合金绞线(Aluminum Conductor Steel Reinforced ,简称 ACSR)，其线芯为高强度钢线,外层绞制铝合金线；

2.铝合金芯铝绞线 (Aluminum Conductor Alloy Reinforced ,简2006，Vol. 34，轻合金加工技术 LAFT 5称 ACAR) ,其线芯为铝合金，外层绞制电工圆铝线；

3.全铝合金绞线(All Aluminum Alloy Conductor，简称AAAC)，全部线段均由同质的铝合金所构成。

从美国1921年开始采用铝合金材料作为导体以来，铝合金架空导线的研究和应用已有几十年的历史。从20世纪 50 年代开始，AAAC 在西欧、北欧、北美等国家被广泛采用，日本和美国输电线路50%以上的导线已开始采用AAAC，法国更高达80 %以上，即使是印度、孟加拉国等发展中国家，其用量也较大。

高强耐热全铝合金导线研究的意义

电线电缆行业经过多年发展，取得了举世瞩目的成绩。据权威部门统计，目前国内线缆年供货量在1000 亿元～1 200亿元左右。但从整个行业的发展水平来看，还存在着行业集中度低、技术力量分散、产品科技含量不高的问题。其中制造“特种电缆”(包括高强耐热铝合金导线) 需要的“特种材料”仍需进口。业内人士认为，特种材料依赖进口已成为制约我国线缆行业发展的瓶颈。应加快特种材料的研发，生产出有自主知识产权的特种原材料，摆脱国外厂商的“封锁”，从整体上真正确立与国外企业抗衡的竞争实力。

架空输电线路所使用的导线基本上仍旧是传统的钢芯铝绞线，由于其耐热性能相对较弱，因此线路的输电容量受到一定的限制。高强度耐热全铝合金导线具有耐热性好、载流量大，抗拉强度高、质量轻、弧垂特性好、耐蚀性能优良等突出优点，用于旧线路改造，增容效果突出，并可节约大量的金属材料和基建投资，尤其适用于需要高强度、大容量的线路， ,可显著地提高输送容量和线路安全性。根据国际上的成功应用经验，以及该种导线表现出的良好综合性能，高强度耐热全铝合金导线有望成为我国在大跨越输电线路中一种非常重要的新型架空导线。

高强耐热全铝合金导线关键技术难点

1.合金的化学成分确定，优化各合金元素的添加比例、添加顺序，控制成分偏析、析出相的分布、形态，确保合金的力学性能、耐热性能、导电性能。在加入多种合金元素时，既考虑强度要求，又考虑耐热性能，还要保证较高的导电性能。

2.熔体净化与浇铸工艺的控制，降低有害杂质、气体的影响，提高铸锭的综合质量。

3.开发有效的控制轧制、拉线技术及中间处理工艺，在合金成分稳定基础上，通过工艺手段提高产品的力学性能和电性能[2]。

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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一个大型的公共建筑中，电气投资约占工程总投资的10%，而电缆在电气投资中，几乎占了预算的一半以上。使用低烟无卤铜电缆会使本来已居高不下的电缆成本大幅度增加。从国家层面上看，中国是一个贫铜国家，铜矿资源存量约2600万吨，精铜矿进口依存度超过70%，高于铁矿石和石油的对外依赖程度，铜价的大幅度上涨造成社会成本的增加。另一方面，大体量公共建筑的用电量很大，用电等级高，电缆选型的时候经常会出现多根185mm2、240mm2的大电缆，对于高层建筑来说，在垂直竖井中敷设大截面的电缆难度大。在施工预算定额中，垂直敷设电缆所需的费用是水平敷设电缆的2.6~4倍。因此怎样选用电缆，选择何种材质的电缆是一个大问题。寻找一种安全可靠、可替代的产品是业主、承包商和设计人员的共同愿望。

在美国、加拿大等发达国家，一种以铝合金为导体、交联聚乙烯绝缘、连锁式铝合金带铠装低压电缆被大量使用，这种金属铠装电缆在北美市场安装运行了将近40年，由于其连接可靠、重量轻、弯曲半径小、安装方便、散热好、节省桥架、节约资源、低烟无卤且与WDZR—YJY相比价格优势明显而被广泛应用于机场、军事基地、办公室、住宅、酒店、超市、院校、体育场馆、医院、工业厂房、数据处理中心、监狱等场所。

下面就铝合金电力电缆的优势简单分析如下：

一、导体材料

现在市场上常见电缆导体有铜和铝两种材质。很多人的观点认为铝导体的电阻率比铜导体的电阻率大，则用铝作为电缆的导体在传输过程中能量损耗就应该会比铜材料大。其实，这种观点没有理论依据。因为传输过程中的能量损失取决于导体电阻而不是电阻率。根据GB/T 3956-2008《电缆的导体》，在20℃时，某一铜导体截面的直流电阻值与对应于一个或两个规格的铝导体直流电阻值相当。也就是说，从传输过程中的能量损失考虑，某一铜导体电力电缆完全可以由对应大两个规格的铝导体电缆所替代，此时铝电缆的载流量是大于铜缆的。

早在60年代，我国就开始实行“以铝代铜”的国策，铝芯电缆大量应用，从高压输电线到居民入户线，全部采用铝芯。GB50217《电力工程电缆设计规范》94版的条文解释第3.1.4条中明确说明“显然宜继续采取以铝代铜的技术经济政策”。但实际应用中，铝线的机械强度差，易于折断，长期使用的铝线会脆化，不利于维修。早期的住宅入户铝线截面较小，不能满足用电增长，居民自己新买的铜线直接与铝线拧在一起，在潮湿的空气里会发生电化学腐蚀，造成接触电阻变大，久而久之发生短路、断路等现象，再加上原来的电线电缆绝缘材料差，熔点低、火灾发生的概率增大。根据公安部消防局统计显示，电气线路引发的火灾一直比例较高，占火灾总数的15%左右。（电气火灾主要三个原因：一、电气设计图纸不满足防火安全要求；二、施工不尊重图纸，施工人员不按规章操作；三、电气制造厂家使用了假冒伪劣材料。）

同样的经历也发生在北美，硬态纯铝线的接触点处理不到位引发大量的火灾、断路等事故。经过长达两年的细致研究和分析，发现问题主要出在导体材料和连接点处。住宅用线的铝导体采用硬态纯铝（AA1350），其在机械式连接中，在压力作用下，长期运行后会发生不可恢复形变，即所谓的“蠕变”。蠕变产生后，原来的压紧不够，接触点的压力减小使得接触电阻迅速增大，电流流过造成接头处过热，如果不定期维修，那么出现事故的风险大增。

针对铝电缆在应用过程中出现的问题，美国上世纪60年代初就研究开发出铝合金导体，并陆续开发出系列铝合金材料，形成了AA8000系列铝合金材料；我国于2005年开始研制这种合金，并获得专利技术、通过美国UL 认证，各项性能指标符合AA8000系列铝合金材料性能要求。

这些铝合金导体材料解决纯铝的众多不足并拥有由于铜导体的一些特性。下面就这些性能作具体分析。

1、电气性能

铝合金与铜相比，在同等截面等长度的情况下，电导率是铜的61.8%，载流量约为铜的78%。根据电缆截面的规格分布，将铝合金电缆的截面增加1.5倍左右，载流量与电压降等电气参数与铜相当。正如美国国家电气规范NEC330.14规定：“8、10、12AWG截面（相当于国内8.37mm2、5.26mm2、3.332mm2）的实心导体应由AA8000系列电工级铝合金材料制造。绞合型导体从8AWG（相当于国内8.37mm2）到1000kcmil（相当于国内506.7mm2）应由AA8000系列电工级铝合金导体材料制造。

使用大一个或两个规格的铝合金电缆替代铜缆，人们会担心，加大导体是否过多增加导体外径，因而影响安装连接。为了解决因增加截面导致导体外径增大的这一问题，我们可采用先进的紧压技术，紧压系数达到0.93，使替代后的铝合金电缆的外径相比于铜缆只增加10%左右，因而根本不会影响到安装连接。

2、连接性能

铝合金材料由于加入了铁、镁、稀土等多种元素，大大改进了其连接性能。尤其是当导体退火时添加的铁元素产生了高抗蠕变性能，即使在长时间过热时，也能保证连接稳定性。

在过去的经验积累和认知中，铜铝连接一直是最为关键的问题。铜和铝（或铝合金）如果直接；连接接触，有金属材质不同，存在电位差，在潮湿的空气中会发生电化学腐蚀。在电力系统中，这种腐蚀会增加接触电阻，使接头处发热，是系统安全运行的隐患。

电化学腐蚀是以下因素共同作用的结果：

（1）、不同的电极电位（>0.5V）、金属间的不同电阻、金属的极化特性。

（2）、电解液的电导率、阴阳极表面的接触面积（电流密度）。

另外，铜和铝（或合金）的膨胀系数不同，如果采用刚性连接会造成金属疲劳，长时间使用后会造成连接处松弛，也会增加接触电阻。这是人们普遍担心的问题。

铝合金电力电缆对于终端的处理，主要依靠以下几个手段：

第一、镀锡。铜排镀锡或铝端子镀锡都是可行的。用铜排镀锡和铝端子镀锡来解决铜铝过渡问题已经广泛的应用于电力行业，被证明是安全可靠的。

第二、采用特制的过渡垫片，这种垫片介于铜铝之间，有效地防止铜铝接触带来的腐蚀问题。

第三、涂抹抗氧化剂。当用电设备的铜触头没有镀锡，而铝端子也没用镀锡时，可以采用涂抹抗氧化剂的方法。抗氧化剂介于铜铝之间，可以有效地防止电解质的进入，从而避免了电化学腐蚀。

采用以上第一、第三种方法接线时，需要加装碟形垫片来吸收铜/铝膨胀系数不同带来的松弛，用扭力扳手拧紧后，无需对整个连接系统进行任何维修和二次拧紧。

3、力学性能

（1）极佳拉伸性能：铝合金相比于纯铝，由于加入了特殊成分和特殊的加工工艺，极大的提高了抗拉强度，且延伸率提高到30%。

（2）超强的弯曲性：铝合金电缆安装时的最小弯曲半径大于7倍电缆外径即可，远远优于GB12706的“电缆安装时的最小弯曲半径”——12倍至20倍电缆外径。

（3）优异的低反弹性能：铝合金电缆比铜缆反弹性能少40%。

（4）优异的抗蠕变性能：铝合金导体的特殊合金与热处理工艺大大减少了金属在受热和压力下的“蠕变”倾向，相对于纯铝，抗蠕变性能提高300%。

4、抗腐蚀性能

铝在空气中很快的生成一层厚度约为2×10-4mm的致密氧化膜。防止内部的金属被进一步腐蚀。而铜不能生成氧化膜，所以污染物会停留在表面，进一步向里腐蚀，腐蚀一段时间后，雨水冲刷，将氧化物都冲走，新的污染物又积聚，重新腐蚀新的金属，而铜没有氧化膜，导致铜的氧化很快，金属流失很多。

铝合金导体中由于加入了稀土金属，在化学性能方面，进一步提高单纯以铝为导体的金属材料的耐腐蚀性能，减少了不同金属之间的电位差，因为电位差越大，腐蚀会越严重。加入的其他金属元素均是可允许的金属配对，减少由于电位差而引起的接触腐蚀。

二、阻燃性能

现在高层建筑的火灾发生时，浓烟是火灾中致命的杀手，大量的浓烟吸入人体内会造成死亡，吸入少量的浓烟可能会导致昏厥，影响逃生，所以国家相关消防部门、建筑管理部门明文规定使用低烟无卤阻燃电缆。

YJHL8、YJHL8Y型（铝合金带连锁铠装电缆）铠装电缆采用铝合金导体、阻燃硅烷交联聚乙烯绝缘、铝合金带连锁铠装结构（或增加低烟无卤聚烯烃护套），能实现阻燃IA级、耐火IA级，且低烟无卤。具有极佳安全性能和经济效益。

三、安装特性

铝合金带连锁铠装电缆和铜缆相比，更像是将金属导管和电缆集成了在一起。实际应用时省去了穿管的工作，在电气设计明敷，可以省去桥架，这样给业主方降低造价，给总包方节省工时、缩短工期，给国家节约钢材，减少污染和能源浪费。

由于铝的密度约是铜的1/3，所以在同等载流量下，铝合金电缆比铜缆重量轻一半。对于高层建筑来说，垂直敷设的难度和工作量大大降低，给施工人员减轻劳动强度，能够缩短工期，节省人工成本，同时也减少由于电缆过重造成的本体潜在损失。

铝合金铠装使得电缆的弯曲更容易。铠装电缆的弯曲半径可以达到7倍的电缆外径。如此之小的弯曲半径使得建筑内部布线非常方便，转弯灵活，尤其对于一些旧建筑改造等工程，原有空间非常狭窄的情况下，能很容易的将电力输送到更多房间。而对于PVC护套的铠装外线电缆，可以轻易绕开障碍物，较小的弯曲半径施工更容易，节省电缆长度。而铝合金铠装是非磁性材料，即使存在三相不平衡电流，也不会产生涡流，能减少线路的损耗。

四、节能环保性能

节能减排是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路，是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。采用铝合金为导体材料，同样载流量下，电缆的重量只是铜缆的一半，运输、安装过程中的碳排放量减少，YJHL8、YJHL8Y型铠装电缆敷设不用桥架、钢管，节约大量的钢材。

另一方面，铝合金的回收率非常高。再生铝是节能、环保型产业，再生铝的综合能耗只是电解铝的5%，而再生铜的综合能耗则是冶炼铜的18%。

五、材料成本及安装成本的比较

在实现同样性能的前提下，铝合金电缆的直接成本即电缆本身的成本比铜缆节约约35%，由于铝合金电缆的弯曲性能更好和重量更轻，可以免桥架或减少桥架用量，安装成本能节约20%~50%。

通过以上对比可以看出，铝合金电缆弥补了纯铝的不足，在电气性能达到铜的基础上，更轻便、更柔韧、更节能、机械性能、安全性能及经济性能远远超过铜缆。国内铜芯电缆的设计使用寿命是30年，而铝合金电缆的使用寿命为40年，国外应用40年的产品和经验，完全可以复制到我们国家。利用我国丰富的铝资源制造铝合金电缆，以满足工业与民用配电的需求，是符合科学发展的需要，是利国利民的好事。

导电性能良好，绞线的拉力单重比远较铝绞线、钢芯铝绞线为高，因此成为目前国内外广泛应用、

产量最大的铝合金种，它应用于架空线路中作导地线以及农村通讯线。采用具有我国特色的生产

工艺生产的高强度铝合金线性能达到国际电工委员会（IEC）标准要求。生产及用量日增，不

仅用在高压大跨越及冰雪线路，而且应用于农村作架空线和通讯线，取得极好的技术经济效果，

节约大量的钢线、塔杆，而且提高了线路的质量。高强度铝合金单线（φ1.35～4.60mm）

其性能指标为：抗拉强度＞294N／平方毫米；伸长率≥4％；导电率≮52．5％IACS；

高强度铝合金绞线按GB9329－88标准生产，导线规格由10～100平方毫米，品种为

全铝合金绞线和钢芯铝绞线，亦可根据国内外用户要求生产所需规格的绞线。