銅鋁復(fù)合排截面積計(jì)算

全圓邊形的截面積計(jì)算公式:

S=ab-0.214a

圓角形的截面積計(jì)算公式:

S=ab-0.858r

銅包鋁母線(xiàn)的同層厚度應(yīng)均勻，允許偏差為銅層平均厚度的±10%。

銅包鋁母線(xiàn)的銅層體積比為銅層的截面積與通報(bào)鋁母線(xiàn)的總截面積之比的百分?jǐn)?shù)。

銅層體積比為20%，允許范圍為18%~22%。

銅包鋁母線(xiàn)的銅層材質(zhì)應(yīng)符合GB/T 5231的規(guī)定，含銅量不小于99.90%。鋁芯的材質(zhì)應(yīng)符合GB/T 1196的規(guī)定，含鋁量不小于99.70%。

TBLM - 類(lèi)別代號(hào) - 標(biāo)稱(chēng)尺寸

示例:

銅包鋁母線(xiàn)(全圓邊形)軟態(tài)時(shí)，窄邊a為10mm、寬邊b為100mm的表示方法:

TBLM - QR - 10 x 100

按銅包鋁母線(xiàn)的截面形狀分為全圓邊形和圓角形兩種。

銅包鋁母線(xiàn)的截面形狀如右圖所示，內(nèi)芯為鋁、外層為銅。母線(xiàn)的窄邊為a，寬邊為b，全圓邊形的圓邊半徑為R，圓角形的圓角半徑為r。

按銅包鋁母線(xiàn)的硬度狀態(tài)分為軟態(tài)(R)和硬態(tài)(Y)兩種。

銅包鋁母線(xiàn)(Copper-clad aluminum bus bars)

根據(jù)銅和鋁的特性，采用特定的工藝使銅、鋁兩種金屬的界面之間相互融合或擴(kuò)散，形成緊密的冶金結(jié)合，成為雙金屬的復(fù)合導(dǎo)體，作為輸變電設(shè)備中的載流導(dǎo)體。也成為銅包鋁排或銅鋁復(fù)合排。

銅鋁復(fù)合排(也叫銅包鋁排)

銅鋁復(fù)合排是一種以鋁為基體，外層包覆銅。按其制造工藝可分為:包覆焊接法是國(guó)內(nèi)、外制備銅包鋁線(xiàn)的方法，國(guó)內(nèi)有些企業(yè)用此種工藝來(lái)制作銅包鋁排，這種方法是采用平、立輥同芯壓制，將銅帶同心的包覆在鋁排上，然后對(duì)縱縫進(jìn)行氬弧焊接，再經(jīng)過(guò)拉伸、退火。軋制壓接法將經(jīng)過(guò)清洗處理的銅帶從上、下兩寬面壓接在鋁板上，利用軋輥施加壓力將銅帶和鋁板壓接在一起，然后矯形或做進(jìn)一步處理后退火。靜液擠壓法，模鑄連軋直接成形法，由華銅公司研發(fā)的模鑄連軋直接成形工藝銅和鋁是固液結(jié)合，通過(guò)特殊的工藝處理形成良好的復(fù)合層。復(fù)合層由被鋁熔解的銅層和銅、鋁相互大面積擴(kuò)散形成，真正實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合。這種方法比固相結(jié)合復(fù)合層厚，結(jié)合強(qiáng)度高。將清洗后的鋁棒穿入清洗后的銅管內(nèi)制成復(fù)合坯料，放入靜液擠壓機(jī)，利用高靜水壓力和大加工變形率作用，實(shí)現(xiàn)銅、鋁之間的冶金結(jié)合。鋁芯與銅管，對(duì)鋁芯外面和銅管內(nèi)面進(jìn)行清除氧化膜，將鋁芯壓入銅管內(nèi)，拉伸或軋制使銅管與鋁芯間固相結(jié)合，拉成所需外形尺寸，使他們之間形成永久性原子間擴(kuò)散結(jié)合的雙金屬，表面光亮，圓整，無(wú)缺陷。它是將銅的高質(zhì)量穩(wěn)定導(dǎo)電性能與鋁的低成本的能源，以較低的接觸電阻，結(jié)合為一體的新型導(dǎo)體材料。可全面替代純銅排，銅占比重的20%，鋁占比重的80%，相同規(guī)格情況下是純銅排的2.5倍長(zhǎng)，載流量是純銅排的85%，選擇稍微大一點(diǎn)的規(guī)格可完全達(dá)到相同載流量，符合客戶(hù)需要的線(xiàn)徑及力學(xué)和電學(xué)性能技術(shù)要求一

銅包鋁母線(xiàn)的密度為3.94g/cm，其允許偏差為±3.2%。

銅包鋁母線(xiàn)的銅層與鋁芯應(yīng)緊密地形成冶金結(jié)合，銅鋁之間無(wú)縫隙。GB/T30586-2014 中4.7條款規(guī)定銅鋁界面結(jié)合的剪切強(qiáng)度應(yīng)不小于40MPa。

銅包鋁母線(xiàn)目前常見(jiàn)的制造工藝主要有三種:

1、套管法

2、水平連軋連鑄法

3、包覆焊法

1、密度小，重量輕。銅包鋁排比重只有純銅排的44%，可有效降低材料成本，物流費(fèi)用也更低廉。

2、電氣性能良好，載流量為純銅排的86%。

3、以鋁節(jié)銅，是節(jié)能環(huán)保的綠色產(chǎn)品。

4、具有良好的抗拉強(qiáng)度，可彎曲性和延伸率。

5、表面與純銅排無(wú)異，強(qiáng)度足，抗氧化，耐腐蝕。

上述三種銅包鋁母線(xiàn)的制作工藝各有各的特點(diǎn)，并無(wú)絕對(duì)的好與壞，而是有著各自的局限性。

包覆焊法的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠進(jìn)行連續(xù)地生產(chǎn)，但是由于其工藝的局限性(無(wú)法制造大規(guī)格的銅包鋁母線(xiàn))，目前主要用于制造銅包鋁線(xiàn)。此工藝代表廠(chǎng)家為南方欣達(dá)(目前已停止生產(chǎn)銅包鋁排，重心轉(zhuǎn)移至銅包鋁線(xiàn))。

水平連軋連鑄法是由原先的澆鑄法改進(jìn)而來(lái)。澆鑄法最先由蘇州華銅與北京科技大學(xué)共同研究而來(lái)。其原理是通過(guò)向銅管中澆入鋁水達(dá)到固液結(jié)合從而提升剪切強(qiáng)度。但是此方法因工藝復(fù)雜，導(dǎo)致在澆入鋁水時(shí)會(huì)帶入空氣產(chǎn)生空鼓現(xiàn)象造成質(zhì)量不穩(wěn)定，成品率不高。最終蘇州華銅改用了套管法制造銅包鋁母線(xiàn)。

與此同時(shí)，煙臺(tái)孚信達(dá)雙金屬與北京科技大學(xué)展開(kāi)合作在澆鑄法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，從而獲得了目前的水平連軋連鑄法。此方法的最大特點(diǎn)是能夠進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，大大降低了制造成本，而且成品的銅鋁界面剪切強(qiáng)度高，通常能夠達(dá)到50MPa~55MPa，產(chǎn)品通過(guò)了銅包鋁母線(xiàn)3C認(rèn)證。通常窄邊銅層偏厚，寬邊銅層偏薄。 具體可參考右圖。

最后一類(lèi)為套管法。此制造方法目前的代表廠(chǎng)家主要有安徽英菲尼復(fù)合材料與蘇州華銅復(fù)合材料兩家公司。這兩家公司也是目前行業(yè)內(nèi)僅有的通過(guò)銅包鋁母線(xiàn)3C認(rèn)證的企業(yè)。究其原因主要是因?yàn)樘坠芊ㄏ鄬?duì)成熟的工藝，質(zhì)量也比較穩(wěn)定。

相比水平連軋連鑄法，套管法制造的銅包鋁母線(xiàn)銅鋁界面剪切強(qiáng)度要低一些，通常在43MPa~48MPa之間，但是就標(biāo)準(zhǔn)的35MPa而言，也已經(jīng)是大幅超過(guò)了。另外，套管法因使用的原材料是定制的銅管鋁棒，所以其可生產(chǎn)近百種規(guī)格，并無(wú)大小的局限性。而且其成品的銅鋁界面十分均勻，規(guī)格尺寸比較精準(zhǔn)。而套管法的主要缺點(diǎn)在于無(wú)法連續(xù)生產(chǎn)，從而人工成本上升導(dǎo)致生產(chǎn)成本偏高。

綜上所述，銅包鋁母線(xiàn)制造行業(yè)，目前還未有十分完美的生產(chǎn)制造工藝。而現(xiàn)有的這些工藝，各自有各自的特點(diǎn)，并無(wú)十分明顯的好壞，在選擇銅包鋁母線(xiàn)的時(shí)候，并不用過(guò)分關(guān)注使用何種工藝制造，應(yīng)將著重點(diǎn)放在標(biāo)準(zhǔn)要求的硬性技術(shù)指標(biāo)之上。只要檢測(cè)數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)沖孔不分層、折彎不開(kāi)裂，那便可放心使用。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，正規(guī)的銅包鋁母線(xiàn)其銅層體積比應(yīng)為20%。不過(guò)目前市面上所能購(gòu)買(mǎi)到的銅包鋁母線(xiàn)，按體積比卻分為10%、15%、20%、25%、30%五種。

就10%和15%兩種而言，其不但是非標(biāo)產(chǎn)品，而且因銅層太薄，導(dǎo)致其載流量大幅降低!其中15%銅層體積的銅包鋁母線(xiàn)，其載流量只有純銅排的63%左右，而10%的，可想而知更為低下。

那么為何標(biāo)準(zhǔn)會(huì)設(shè)計(jì)銅層體積比為20%?

專(zhuān)家們通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，15%的配比，在材料成本上大約能節(jié)約4000~5000元，但是其載流量大幅降低至純銅排的63%左右，而25%的配比，其載流量大約在純銅排的88%左右，相比20%的配比，載流量提高不明顯，但是材料成本卻要大幅提高。因此，20%的配比被專(zhuān)家定為標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)指標(biāo)。

所以企業(yè)在采購(gòu)銅包鋁母線(xiàn)時(shí)，需要根據(jù)自身產(chǎn)品特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選購(gòu)，切忌因價(jià)格因素，采用體積比不達(dá)標(biāo)的銅包鋁母線(xiàn)，以免造成事故隱患。

體積比:銅20%，鋁80%

質(zhì)量比:銅45%，鋁55%

原材料材質(zhì):T2銅(99.9%)，1070鋁(99.7%)

密度:3.94g/cm

載流量:純銅排的86%

直流電阻率:≤0.02554Ω·mm/m(軟態(tài))，≤0.02606Ω·mm/m(硬態(tài))

延伸率:≥11%(軟態(tài))，≥1.5%(硬態(tài))

抗拉強(qiáng)度:≥90MPa(軟態(tài))，≥110MPa(硬態(tài))

銅鋁之間界面結(jié)合的剪切強(qiáng)度:≥35MPa

開(kāi)關(guān)柜

控制柜

變壓器

保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)

真空開(kāi)關(guān)

中繼系統(tǒng)

電機(jī)控制中心

軌道供電系統(tǒng)

電極校正線(xiàn)圈

電抗器等繞組

鐵路牽引設(shè)備

高中低壓配電柜

發(fā)電機(jī)組和變電站

各種銅鋁過(guò)渡接頭

高低壓配點(diǎn)柜導(dǎo)電排

高低壓母線(xiàn)、匯流排、觸滑線(xiàn)