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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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一． 铝合金电缆的应用

1968年，美国南方电缆公司发明了铝合金电缆，铝合金电缆在美国和加拿大等地区已经有40多年的应用历史，是先进的、成熟的产品。

铝合金电缆在美国和加拿大地区广泛应用于机场、军事基地、办公室、住宅、酒店、超市、院校、体育场、医院、工业厂房等场所，由于铝合金电缆特有的性能特点，在几十年的应用过程中，得到了北美地区建筑设计师和电气设计师在安全性能和便捷敷设方面的一致肯定和推荐，铝合金带连锁铠装电缆作为一种新型的、安全可靠的电缆在很多应用领域代替了铜电缆。这种电缆的性能和延伸性能非常好，且非常安全。除此之外它还易于安装，安装这种电缆的简单程度超过其他任何电缆，很多美国电气工程师都希望铝合金电力电缆能够应用于建筑项目中去。事实上，在美国90%的民用及商业建筑才用的都是铝合金电力电缆作为电力传输。

二、稀土高铁铝合金电缆性能特点

多年来，国人一直期望能开发出一种导体，能继续推行以铝代铜，但始终未能从技术上取得突破，因而一直未能实现这历史性的使命。针对纯铝作为电缆导体存在的众多不足，美国和加拿大等发达国家在这方面做了大量的严究，于20世纪60年代末开发出了铝合金导体，铝合金导体在北美地区至今已运用近40年的时间，得到美国和加拿大等发达国家广大用户的一致认可，美国90%的民用及商业建筑使用的都是铝合金电缆。为什么铝合金电缆能具有如此广阔的市场，同纯铝和铜相比具有哪些特性，下面将从铝合金导体的材料、电气性能、机械性能、连接性能及耐腐蚀性等各方面做综合分析。

1、导体材料

新型的铝合金材料在纯铝材料的基础上添加了铜、铁、镁、硅和稀土元素等多种元素，经过特殊的工艺合成和退火处理等先进工艺，弥补了纯铝电缆的不足，提高了电缆的导电性能、弯曲性能、抗蠕变性能和耐腐蚀性能，保证电缆即使在长时间过载和过热时的连接热稳定性。

2、 电气性能

铝和铜一样在导电方面是性价比高的金属，在北美地区的电缆传输中，高压架空线电缆传输电缆100%为铝导体，中压传输99%为铝导体。在中国，中高压电力传输也还是以纯铝为主。

很多人观点认为铝导体的电阻率比铜导体的大，则用铝作为电缆的导体在传输过程中的能量损失应该比铜材料大。其实，这种观点是没有依据的。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。根据国际标准GB/T3956-2008《电缆的导体》，在20℃时，某一铜导体完全可以由对应大两个规格的铝（或铝合金）导体电缆所替代，此时铝或铝合金电缆的载流量是大于铜缆的。

由于新型的铝合金导体在进行挤塑前要进行特殊的退火工艺处理，导体经过重结晶和应力恢复处理，使得导电性能相对于纯铝有所提高，电导率能达到61.5%IACS，性能更加优于纯铝。

3、 机械性能

1） 柔韧性

硬态纯铝的伸长率为0.5~2.0%,而铝合金经退火工艺处理后，电缆延伸率提高了30%，铜缆的延展性一般在25%。比传统的铜缆具有更强的柔韧性，安装时所需要的拉力比铜缆小很多。

2） 弯曲性能

纯铝电缆弯曲性能很差，弯曲很容易发生断裂、折断，因而频繁引发事故。铝合金电缆的最小弯曲半径为7倍电缆外径，远远优于国标GB/T 12706中规定的“电缆安装时的最小弯曲半径”的10~20倍电缆外径，因而铝合金电缆在安装过程中更易弯折，有效的减少安装成本，降低事故风险。

铝合金电缆的反弹性比铜缆的反弹性少40%，且具备无记忆效应等，比铜导体更适于安装使用。

4、 抗蠕变能力

铝合金材料中加入的铁元素，经过退火处理后起到强化作用，抗蠕变性能相比于纯铝提高了300%，因而避免了因长期受到机械力的作用出现蠕变而引起接触电阻增大导致事故的风险。

5、 超强的低温性能

合金电缆运行温度：-40℃—90℃。适用于寒冷地区，可冬季施工。

6、耐腐蚀能力

腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，从单存的金属特性看，铝的抗腐蚀性能优于铜。铝在空气中很快形成一层厚度约为2×10-4㎜的致密氧化膜，防止内部的金属被进一步腐蚀。而铜则不能形成氧化膜，所以污染物会进一步向里腐蚀。

在电缆应用中，连接点也决定了系统的耐腐蚀能力，连接点处的电化学腐蚀是由不同的电极电位、金属间的不同电阻、电解液的电导率、阴阳表面的接触面积（电流密度）和金属的极化特性等因素共同作用的结果。采用在美国应用数年的成熟的端子，解除了端子连接存在的隐患。

电位差越大，腐蚀会越严重。铝合金中加入的稀有金属，在化学性能方面，进一步提高以铝为导体的金属材料的耐腐蚀能力，减少了不同金属之间的电位差。

7、绝缘性能

绝缘材料采用阻燃硅烷交联聚乙烯绝缘，摒弃了全国一万多家电缆厂仍在普遍使用的聚氯乙烯，阻燃级别达到美国UL标准FT4级、国内阻燃A级：

① 防燃烧、耐高温，长期工作温度高达90°C；

② 环保、低烟无卤；

③ 耐腐蚀、能任意弯曲，抗晒、抗老化，寿命可达40年。

8、铠装特性

铝合金带连锁铠装：

① 铠装电缆弯曲性能好，最小弯曲半径为7倍电缆外径，铜电缆为15倍电缆外径；

② 机械强度高，具有抗张性能、抗压性能和抗冲击性能；

③ 重量轻，更易安装。可免桥架及拉线盒，亦可直埋，免管道敷设，降低安装成本；

④ 防虫咬、防老鼠咬；

⑤ 采用铠装结构设计的铝合金电缆能实现阻燃IA级、耐火I级的优势。

9、护套性能

采用密封的高环保、无铅无镉，低烟无卤且阻燃级别达到FT4级的聚烯烃材料。

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。