銅包鋁電纜

對(duì)于機(jī)電安裝行業(yè)，電線電纜在機(jī)電安裝工程中占據(jù)了重要的地位，作為其主要原材料的銅，占了電纜產(chǎn)品總成本的70%~80%，銅電纜的價(jià)格隨著銅價(jià)的上漲而急劇增長(zhǎng)，對(duì)投資方和施工方在工程造價(jià)控制方面帶來(lái)極大的困難，為此，銅包鋁電纜研究和應(yīng)用迅速增長(zhǎng)。

銅包鋁線纜是指以鋁芯線代替銅成為線纜主體，外面包一定比例的銅層的電線電纜。銅包鋁電纜就其用途來(lái)分，基本可分為兩類：一類是信號(hào)或通訊用途的銅包鋁電纜，另一類是供電用的銅包鋁電纜。就其特性，將銅包鋁和純銅電纜進(jìn)行以下的比較。

一、銅包鋁通訊電纜

機(jī)械特性。純銅導(dǎo)體強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率比銅包鋁導(dǎo)體大，也就是說(shuō)純銅在機(jī)械性能方面比銅包鋁好。從電纜設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，純銅導(dǎo)體比銅包鋁導(dǎo)體機(jī)械強(qiáng)度好的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不一定需要。銅包鋁導(dǎo)體比純銅輕很多，因此銅包鋁的電纜在整體重量上比純銅導(dǎo)體電纜要輕，這樣會(huì)給電纜的運(yùn)輸和電纜的架設(shè)施工帶來(lái)方便。另外銅包鋁比純銅軟一點(diǎn)，用銅包鋁導(dǎo)體生產(chǎn)的電纜在柔軟性方面比純銅的電纜好一點(diǎn)。

電氣性能。因?yàn)殇X的導(dǎo)電性比銅差，使得銅包鋁導(dǎo)體的直流電阻比純銅導(dǎo)體大，這點(diǎn)有無(wú)影響主要看電纜是否會(huì)被用來(lái)供電，如給放大器提供電源，如果被用來(lái)供電的話，銅包鋁導(dǎo)體將會(huì)導(dǎo)致額外的電力消耗，電壓降低較多。當(dāng)頻率超過(guò)5MHz時(shí)，此時(shí)的交流電阻衰減在這兩種不同的導(dǎo)體下沒(méi)有明顯的區(qū)別。當(dāng)然，這主要是因?yàn)楦哳l電流的集膚效應(yīng)，頻率越高，電流的流動(dòng)就越接近導(dǎo)體表面，在銅包鋁導(dǎo)體的表面實(shí)際上純銅材料，當(dāng)頻率高到一定時(shí)候，整個(gè)電流鍍?cè)阢~材質(zhì)里面流動(dòng)了。在5MHz情況下，電流在近表面的約0.025毫米厚度中流動(dòng)，而銅包鋁導(dǎo)體的銅層厚度比此厚度多約一倍。對(duì)于同軸電纜，因?yàn)閭鬏數(shù)男盘?hào)是在5MHz以上，因此銅包鋁導(dǎo)體和純銅導(dǎo)體傳輸效果是相同的。在實(shí)際測(cè)試電纜的衰減可以證明這一點(diǎn)。銅包鋁較純銅導(dǎo)體軟，在生產(chǎn)過(guò)程中容易進(jìn)行矯直處理，因此在一定程度上可以說(shuō)用銅包鋁的電纜要比用純銅導(dǎo)體的電纜回波損耗指標(biāo)好。

經(jīng)濟(jì)性。銅包鋁導(dǎo)體是按重量出售的，純銅導(dǎo)體也是按重量出售的，銅包鋁導(dǎo)體的價(jià)格要比相同重量的純銅導(dǎo)體貴一些。但是同樣重量的銅包鋁要比純銅導(dǎo)體長(zhǎng)度長(zhǎng)很多，而電纜是按長(zhǎng)度計(jì)算的。相同重量,銅包鋁線是銅線長(zhǎng)度的2.5倍,價(jià)格僅僅是每噸多幾百元。綜合下來(lái)，銅包鋁就很有優(yōu)勢(shì)。由于銅包鋁電纜比較輕，電纜的運(yùn)輸成本、安裝架設(shè)成本都會(huì)有所降低，會(huì)給施工帶來(lái)一定的方便性。

二、銅包鋁電力電纜

直流電阻率。銅包鋁線的電阻率比純銅線大，約為純銅線的1.5倍，在陰值相同時(shí)，銅包鋁線重量約為純銅線的1/2。根據(jù)集膚效應(yīng)計(jì)算，在5MHz以上高頻時(shí)，與相同截面的銅導(dǎo)體相比，其電阻率相等。在50Hz頻率的電力電纜的使用中，其銅導(dǎo)體的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)在150mm2以上就逐漸顯得突出，同時(shí)由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生高次諧波電流和能源會(huì)注入到供電系統(tǒng)中，在系統(tǒng)的阻抗上產(chǎn)生出相應(yīng)頻率的高次諧波電壓，致使電壓的波形發(fā)生畸變，增加供電系統(tǒng)的損耗，使導(dǎo)體發(fā)熱增加;此外，電纜使諧波放大，在接頭處產(chǎn)生過(guò)電壓而損壞電纜頭。采用銅包鋁導(dǎo)體會(huì)起到降低高次諧波產(chǎn)生的交流阻抗(電阻)的作用。在其他使用場(chǎng)合，通過(guò)采取提高銅包鋁單絲中銅的體積和相應(yīng)的工藝措施，使銅包鋁/銅復(fù)合導(dǎo)體在現(xiàn)有同規(guī)格導(dǎo)體的外徑尺寸上限內(nèi)，滿足導(dǎo)體直流電阻要求。

接駁方式。采用銅包鋁導(dǎo)體可滿足目前待續(xù)多年的電線電纜在產(chǎn)品選型、設(shè)計(jì)、使用、安裝等方面的習(xí)慣，還對(duì)電纜的接線端子緊壓、錫焊接有利。

降低交流電阻。交流電阻是電流載流量的主要依據(jù)，根據(jù)集膚效應(yīng)的原理，單根導(dǎo)線的表面，其單位面積通過(guò)的電流比導(dǎo)線的圓心單位面積通過(guò)的電流要大，也就是說(shuō)，大截面導(dǎo)體的圓心在相同導(dǎo)體相成的圓面積內(nèi)，圓心比圓周通過(guò)的電流要小，所以把圓心導(dǎo)體與圓周導(dǎo)體用不同的金屬組成是最合理、最經(jīng)濟(jì)的。影響交流電阻指標(biāo)除直流電阻、集膚效應(yīng)外，還有鄰近效應(yīng)，與相同直流電阻的銅導(dǎo)體相比，采用銅復(fù)合導(dǎo)體后，單根導(dǎo)體內(nèi)，鋁在園心，銅在外緣;在絞合導(dǎo)體內(nèi)，內(nèi)層是銅包鋁，外層是純銅，而鋁對(duì)集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)都沒(méi)有銅敏感，同時(shí)銅復(fù)合導(dǎo)體會(huì)使導(dǎo)體總截面增加一部份，因此也增加了導(dǎo)體的表面積，改善了電纜的散熱條件，增加了散熱面積，而鋁的導(dǎo)熱系數(shù)與銅相近，在同等的材料成本條件下，交流電阻的指標(biāo)要經(jīng)濟(jì)得多。

具有良好的耐腐蝕性：鋁比銅易腐蝕，但由于銅包鋁材料已經(jīng)完全冶金化，鋁完全被銅所覆，不會(huì)被水、空氣接觸，完全達(dá)到與銅一樣的性能。銅包鋁/銅復(fù)合導(dǎo)體還更用利于避免電纜在長(zhǎng)期使用過(guò)程中由于腐蝕、碰傷或因緊壓、錫焊接不好使導(dǎo)體與接線端子接觸不良、發(fā)熱引起銅層脫落和銅鋁兩種金屬之間形成電勢(shì)差，加速電化腐蝕，造成電纜端部燒毀的隱患。對(duì)于鋁導(dǎo)體，特別是在沿海地區(qū)，大氣中鹽霧所含有的氯離子會(huì)凝聚在鋁的表面，易在表面的雜質(zhì)和缺陷周?chē)鹁植扛g，形成孔洞、裂紋和微電池，加劇鋁導(dǎo)體的腐蝕。

成本低重量輕。與相同技術(shù)指標(biāo)的銅芯電纜相比，銅包鋁導(dǎo)體電纜可節(jié)約成本40%以上，銅包鋁/銅復(fù)合導(dǎo)體電纜可節(jié)約成本20%以上。銅包鋁線的比重僅為純銅線的37%-40%。在線徑、重量相等的情況下，其長(zhǎng)度是純銅線的2.5倍。

良好的焊接性。銅包鋁線由于其表面同心包覆了一層純銅，因此具有跟純銅線一樣的可焊性，方便生產(chǎn)。

雖然銅包鋁電纜已經(jīng)誕生，并正逐步得到應(yīng)用，但尚有不小阻力，主要表現(xiàn)為銅包鋁電纜尚比較難找到國(guó)家、行業(yè)的應(yīng)用依據(jù)，難以得到設(shè)計(jì)單位的認(rèn)可。銅包鋁電纜尚有相當(dāng)多的產(chǎn)品還沒(méi)有3C認(rèn)證，行業(yè)尚停留在產(chǎn)品鑒定，制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的階段，不同品牌之間的產(chǎn)品規(guī)格、特性、使用標(biāo)準(zhǔn)差異較大，工程設(shè)計(jì)者應(yīng)用時(shí)難以把握，投資方暫時(shí)也不樂(lè)意接受。

但是，隨著國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的逐步完善和認(rèn)可，銅包鋁電纜必將走向規(guī)范化，無(wú)疑將成為了未來(lái)幾年電線電纜的亮點(diǎn)，帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

　　2011年，銅價(jià)漲得太離譜了，面對(duì)高的離譜的銅價(jià)，安徽中盛電纜集團(tuán)開(kāi)發(fā)了銅包鋁電纜與鋁芯力纜,銅比鋁具有更好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、在輸送電流時(shí)電能的損失更小，而被認(rèn)定為電線電纜的首選材料。但是我國(guó)盛產(chǎn)鋁而銅資源貧乏，近年來(lái)銅價(jià)上漲過(guò)快，以鋁代銅是否可行成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)，也一再引發(fā)不同觀點(diǎn)的爭(zhēng)論。　　　　中小電機(jī)行業(yè)協(xié)會(huì)就對(duì)漆包線以鋁代銅持反對(duì)態(tài)度，認(rèn)為在中小電機(jī)中用鋁代銅是不可行的，是技術(shù)倒退，違反國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策。線纜制造業(yè)也有人一面疾呼銅價(jià)高得離譜，一面又以節(jié)能為借口，抵制使用鋁芯電纜。其實(shí)，以鋁代銅是我國(guó)的既定技術(shù)政策。在電纜標(biāo)準(zhǔn)中，明確規(guī)定銅、鋁都可作為電力電纜導(dǎo)體。然而，實(shí)際上電力電纜導(dǎo)體以鋁代銅的推廣緩慢。　　　　“這是一個(gè)很大的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。需要節(jié)能節(jié)電的環(huán)節(jié)很多，降低線路損耗也不僅僅是導(dǎo)體的問(wèn)題，還有其他輸配電設(shè)備和器材的原因?！卑不罩惺㈦娎|集團(tuán)機(jī)電技術(shù)開(kāi)發(fā)中心經(jīng)理黃堯生告訴筆者，“從國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，歐美和日本都在推廣應(yīng)用鋁芯電力電纜，所見(jiàn)到的發(fā)展中國(guó)家的電纜工程招標(biāo)書(shū)中，很多都提出用鋁芯電力電纜?！薄　　　?jù)悉，在當(dāng)前銅價(jià)高企不下、線纜企業(yè)難以承受的態(tài)勢(shì)下，銅包鋁導(dǎo)體的推廣已開(kāi)始破局。有關(guān)專家預(yù)測(cè)，銅包鋁導(dǎo)體電纜將會(huì)得到迅速推廣。安徽中盛電纜集團(tuán)“銅包鋁(CCA)和銅復(fù)合導(dǎo)體電線電纜”兩項(xiàng)新產(chǎn)品通過(guò)鑒定，并簽約千萬(wàn)元訂單就是一個(gè)很好的佐證?！　　　≡摷瘓F(tuán)董事長(zhǎng)告訴北極星電力網(wǎng)筆者：’’銅價(jià)漲得太離譜了，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)企業(yè)的承受能力。在幾年前我們就在研發(fā)銅包鋁，希望能在不降低線纜各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提下，找到破解線纜原材料瓶頸的一條出路，銅包鋁技術(shù)是可行的?！b定結(jié)果表明：該產(chǎn)品與銅導(dǎo)體同類產(chǎn)品相比，成本下降了20%~40%。而且比重小、易于加工、便于安裝、傳輸性能好。　　　　

樹(shù)上鳥(niǎo)教育電氣設(shè)計(jì)

民用建筑導(dǎo)體的選擇根據(jù)上述規(guī)范的規(guī)定， 民用建筑線纜的導(dǎo)體除及以下線路及消防線路應(yīng)選銅導(dǎo)體外， 可選擇銅、鋁、鋁合金材料。民用建筑中銅導(dǎo)體使用最為普遍， 性能上優(yōu)勢(shì)明顯， 純鋁導(dǎo)體基本沒(méi)有采用， 在此不再贅述。而鋁合金導(dǎo)體和銅包鋁導(dǎo)體相較純鋁導(dǎo)體在性能上改進(jìn)很多， 下面主要說(shuō)明一下鋁合金導(dǎo)體和銅包鋁導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用。

鋁合金電纜鋁合金電纜在我國(guó)的應(yīng)用概況鋁合金電纜在國(guó)外尤其是北美地區(qū)應(yīng)用廣泛， 自年引入國(guó)內(nèi)以來(lái)， 在國(guó)內(nèi)發(fā)展很快， 國(guó)家和行業(yè)也相繼出臺(tái)相關(guān)導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范生產(chǎn)。 樹(shù)上鳥(niǎo)教育電氣設(shè)計(jì)

鋁合金電纜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)情況國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)ASTM B800 - 05 （2011） 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電氣用退火及中溫回火8000 系列鋁合金導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)， 規(guī)定了6 種用于電纜導(dǎo)體的8000 系列鋁合金導(dǎo)體要求； UL44 - 2014 對(duì)鋁合金電纜做了要求。

國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)（如表4 所示）。包括《電纜導(dǎo)體用鋁合金線》、《額定電壓0. 6 / 1 kV 鋁合金導(dǎo)體交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜》、GB / T 31840 - 2015 系列標(biāo)準(zhǔn)《額定電壓（Um = 1. 2 kV） 到35 kV （Um = 40. 5 kV） 鋁合金芯擠包絕緣電力電纜》， 以及國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集《鋁合金電纜敷設(shè)與安裝》。

鋁合金導(dǎo)體性能特點(diǎn)（如圖3 所示）鋁合金導(dǎo)體的電導(dǎo)率是銅的61. 2%， 鋁合金的密度為2. 7g / cm3， 銅的密度為8. 9 g / cm3， 則（8. 9 / 2. 7）× （0. 612 / 1） = 2， 即2 單位質(zhì)量的銅的電阻與1 單位質(zhì)量的鋁合金的電阻相同。因此， 在滿足相同導(dǎo)電性能的前提下（比銅纜截面大1 ~ 2 個(gè)等級(jí)或1. 5 倍的銅纜外徑）， 質(zhì)量只有相同載流量銅纜的一半， 對(duì)鋁合金電纜安裝非常有利。 樹(shù)上鳥(niǎo)教育電氣設(shè)計(jì)

使用中可能出現(xiàn)的問(wèn)題由于我國(guó)電纜廠家眾多， 電纜產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩， 鋁合金電纜剛出來(lái)就一哄而上， 絕大部分企業(yè)根本就不具備檢驗(yàn)試驗(yàn)驗(yàn)證導(dǎo)體是否是8000 系列導(dǎo)體的手段和設(shè)備設(shè)施， 生產(chǎn)質(zhì)量堪憂。

其次是連接問(wèn)題： 正確的連接是用好鋁合金電纜的關(guān)鍵。鋁合金電纜連接附件（接線端子） 也應(yīng)該是鋁合金和銅的專用過(guò)渡端子， 這種附件國(guó)內(nèi)還沒(méi)有相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。而很多生產(chǎn)企業(yè)還是采用傳統(tǒng)銅、鋁過(guò)渡端子， 這種端子連接與過(guò)去鋁芯電纜的連接沒(méi)有區(qū)別， 增加了隱患。 樹(shù)上鳥(niǎo)教育電氣設(shè)計(jì)