论文部分内容阅读
摘要：本文对目前民用电气设计中常用的电力电缆导体材料进行了归纳描述，同时对比了各种材料电缆优缺点，总结归纳了其使用范围。
关键词：铜芯电缆、铝芯电缆、铝合金电缆。
中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：
概述：电力电缆选择是一个大家十分关心的问题，因为它是电气（供配电）设计的主要内容之一。电力电缆选取的合适与否影响到设备的安全和运行，是设计中的一个十分重要的环节。随着科技的发展，除了应用广泛的铜芯与铝芯电缆，铝合金电缆近年来在市场的应用也越来越广泛，本文将对比其优缺点及应用场所。
电力电缆的种类
广义的电力电缆亦简称为电缆。狭义的电缆是指绝缘电缆。它可定义为：由下列部分组成的集合体，一根或多根绝缘线芯，以及它们各自可能具有的包覆层，总保护层及外护层。电缆亦可有附加的没有绝缘的导体。
电缆的基本结构：1.导体 传导电流的物体,电线电缆的规格都以导体的截面表示。2.绝缘 将绝缘材料按其耐受电压程度的要求，以不同的厚度包覆在导体外面而成。
3.保护层 保护电缆的部分。
电力电缆按照用作电力电缆的导电材料分为铜芯电缆、铝芯电缆、铜铝合金电缆。
2．铜芯电缆
（1）电气性能：铜材的导电率高，20℃时的电导率ρ为1.72x10-6Ω•cm，铝芯电缆的20℃时的电导率ρ为2.82x10-6Ω•cm，约为铜芯电缆的1.68倍；载流量相同时，铝线芯截面约为铜的1.5倍。由于铜芯电缆的电阻率低，在同截面流过相同电流的情况下。由于铜的电阻率低，相比铝电缆而言，铜芯电缆的电压降小，铜电缆的电能损耗低，这是显而易见的。这有利于提高发电利用率和保护环境及节能。因此，同样的输电距离，能保证较高的电压质量；或者说，在允许的电压降条件下，铜芯电缆输电能达到较远的距离，即供电覆盖面积大，有利于网络的规划，减少供电点的设置数量。在同样的电流下，同截面的铜芯电缆的发热量比铝芯电缆小得多，使得运行更安全。由于铜材抗氧化，耐腐蚀，铜芯电缆的连接头性能稳定，不会由于氧化而发生事故。铝芯电缆的接头不稳定时常会由于氧化使接触电阻增大，发热而发生事故。因此，事故率比铜芯电缆大得多。
（2）机械性能：铜材的机械性能优于铝材，延展性好，铜合金的延展率为20~40%,电工用铜的延展率在30%以上，而铝合金仅为18%；铜材的强度高：常温下的允许应力，铜比铝分别高出7~28%，特别是高温下的应力，两者相差更是甚远；抗疲劳，铝材反复折弯易断裂，铜则不易，弹性指标方面，铜也比铝高约1.7~ 1.8倍。铜材施工方便：①铜芯柔性好，允许的弯度半径小，所以拐弯方便，穿管容易；②铜芯抗疲劳、反复折弯不易断裂，所以接线方便；③铜芯的机械强度高，能承受较大的机械拉力，给施工敷设带来很大便利，也为机械化施工创造了条件。
长期以来，在国内电力电缆主要以铜芯为主，铜电缆在电缆供电中，特别是地下电缆供电领域，具有突出的优势。地下使用铜芯电缆供电具有事故率低、耐腐蚀、可靠性高、施工维护方便等特点。
3. 铝芯电缆
铝材的价格便宜，铜材是铝材价格的3.5倍；铝芯电缆重量轻，铜的比重是铝的3.3倍，铝芯电缆的重量是铜芯电缆的40%，施工运输都成本低；铝材具有抗氧化及耐腐蚀的特性，铝在空气中与氧反应很快生成一种氧化膜，能防止进一步氧化。
目前，铝芯电缆一般应用于适合于低资工程或临时用电，同时铝导线是高电压、大截面、大跨度架空输电的必选材料。
4．铝合金电缆
国内对电缆产品的过度需求造成铜资源的日益减少，铜的价格接连攀升，电缆成本激增，针对这种情况近些年来，我国在以铝替代铜方面进行了不懈探索。目前市场很多厂家推出了铝合金电缆，铝合金电缆是通过纯铝材料中加入铜、锰、镁、钛、铬、锌、铁、硅等元素，经过特殊的合成及退火等工艺，以提高电缆的抗腐性、抗蠕变能力，解决了原有铝芯电缆稳定性差及事故率高的问题,弥补了纯铝电缆的不足。
（1）电气性能：铜元素提高了合金在高温时的电阻稳定性。用相同规格的电缆比较，合金导体的电导率是铜的61%，故合金电缆的截面积是铜缆的1.5倍时，它们的电气性能相近。但是合金电缆的重量只有相同载流量铜缆的一半。
（2）机械性能：
a:抗蠕变性能：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。
b：柔韧性：合金有很好的柔韧，最小弯曲为7倍外径。合金电缆比铜缆高30%，反弹性比铜低40%,一般铜缆及铝缆的弯曲半径为10~20倍外径。因此，合金电缆安装时所需拉力比铜缆小很多，适合在较小空间安装。合金电缆的抗拉强度为铜缆的1.3倍，合金电缆可支撑4000米重，而铜缆仅为2750米，故合金电缆适合大跨度建筑的配电。
c: 热膨胀系数及连接性能：铜和铝是最常见的电缆导体，而二者的弹性模量和热膨胀系数相差很大，故目前铜、铝导体的连接一般采用铜铝过渡接头，而铝合金导体与连接器的膨胀和收缩完全一致。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。
d：防腐蚀性能：合金中添加的稀土元素，改善了化学性能，特别是电化学腐蚀。减少了不同金属之间的电位差，从而大大减少了接头处由于电位差导致的接触腐蚀。合金电缆的抗腐蚀能力是铜缆的10~100倍。
e：紧压特性：合金电缆采用特殊紧压工艺层层紧压，使导体的填充系数达到95%以上，而铜缆基本是一次紧压，填充系数为80%左右。
（3）经济性分析：电缆的成本可由一次性投资成本、运行成本、报废成本组成。与铜缆比较，载流量相当的合金电缆购置费仅相当于铜缆的85%。由于合金电缆重量轻等特性，安装灵活方便，敷设时不需要桥架，施工费用减少。载流量相同的合金电缆和铜缆，由于具有相似的电气性能，电阻值相近，电能损耗相近，可视为运行成本相同。由于铜具有残值，可回收，故残值高于合金电缆，铜缆的残值约为总价的3%左右。使用铝合金电缆的综合成本约为铜缆的70%左右，若考虑合金电缆的更长的使用寿命，则其在造价方面的优势更明显。
目前，合金电缆在国内刚刚兴起，很多设计人员对其有一定的顾虑，更愿意选用传统的铜芯电缆，但笔者认为合金电缆适用于一般建筑的室内配电干线。但是，根据目前国家相关规范，爆炸危险工作环境、安全性要求高的公共设施（如消防负荷）不允许使用。设计人员使用合金电缆时一定注意其电缆外径较大，做好孔洞预留。
结束语：我国是一个富铝缺铜的国家，2005以来，铜价飙升，如果合金电缆能得以推广，应有利于我国建设节约型社會的大趋势。科学的选用合金电缆，在满足电缆电气性能的前提下，降低工程成本。
参考文献：
[1] 世德合金电缆厂家样本
[2] 《35kV及以下塑料绝缘电力电缆》GB12706-2002
[3] 《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008
[4] 《全国民用建筑工程设计技术措施-电气》2009
关键词：铜芯电缆、铝芯电缆、铝合金电缆。
中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：
概述：电力电缆选择是一个大家十分关心的问题，因为它是电气（供配电）设计的主要内容之一。电力电缆选取的合适与否影响到设备的安全和运行，是设计中的一个十分重要的环节。随着科技的发展，除了应用广泛的铜芯与铝芯电缆，铝合金电缆近年来在市场的应用也越来越广泛，本文将对比其优缺点及应用场所。
电力电缆的种类
广义的电力电缆亦简称为电缆。狭义的电缆是指绝缘电缆。它可定义为：由下列部分组成的集合体，一根或多根绝缘线芯，以及它们各自可能具有的包覆层，总保护层及外护层。电缆亦可有附加的没有绝缘的导体。
电缆的基本结构：1.导体 传导电流的物体,电线电缆的规格都以导体的截面表示。2.绝缘 将绝缘材料按其耐受电压程度的要求，以不同的厚度包覆在导体外面而成。
3.保护层 保护电缆的部分。
电力电缆按照用作电力电缆的导电材料分为铜芯电缆、铝芯电缆、铜铝合金电缆。
2．铜芯电缆
（1）电气性能：铜材的导电率高，20℃时的电导率ρ为1.72x10-6Ω•cm，铝芯电缆的20℃时的电导率ρ为2.82x10-6Ω•cm，约为铜芯电缆的1.68倍；载流量相同时，铝线芯截面约为铜的1.5倍。由于铜芯电缆的电阻率低，在同截面流过相同电流的情况下。由于铜的电阻率低，相比铝电缆而言，铜芯电缆的电压降小，铜电缆的电能损耗低，这是显而易见的。这有利于提高发电利用率和保护环境及节能。因此，同样的输电距离，能保证较高的电压质量；或者说，在允许的电压降条件下，铜芯电缆输电能达到较远的距离，即供电覆盖面积大，有利于网络的规划，减少供电点的设置数量。在同样的电流下，同截面的铜芯电缆的发热量比铝芯电缆小得多，使得运行更安全。由于铜材抗氧化，耐腐蚀，铜芯电缆的连接头性能稳定，不会由于氧化而发生事故。铝芯电缆的接头不稳定时常会由于氧化使接触电阻增大，发热而发生事故。因此，事故率比铜芯电缆大得多。
（2）机械性能：铜材的机械性能优于铝材，延展性好，铜合金的延展率为20~40%,电工用铜的延展率在30%以上，而铝合金仅为18%；铜材的强度高：常温下的允许应力，铜比铝分别高出7~28%，特别是高温下的应力，两者相差更是甚远；抗疲劳，铝材反复折弯易断裂，铜则不易，弹性指标方面，铜也比铝高约1.7~ 1.8倍。铜材施工方便：①铜芯柔性好，允许的弯度半径小，所以拐弯方便，穿管容易；②铜芯抗疲劳、反复折弯不易断裂，所以接线方便；③铜芯的机械强度高，能承受较大的机械拉力，给施工敷设带来很大便利，也为机械化施工创造了条件。
长期以来，在国内电力电缆主要以铜芯为主，铜电缆在电缆供电中，特别是地下电缆供电领域，具有突出的优势。地下使用铜芯电缆供电具有事故率低、耐腐蚀、可靠性高、施工维护方便等特点。
3. 铝芯电缆
铝材的价格便宜，铜材是铝材价格的3.5倍；铝芯电缆重量轻，铜的比重是铝的3.3倍，铝芯电缆的重量是铜芯电缆的40%，施工运输都成本低；铝材具有抗氧化及耐腐蚀的特性，铝在空气中与氧反应很快生成一种氧化膜，能防止进一步氧化。
目前，铝芯电缆一般应用于适合于低资工程或临时用电，同时铝导线是高电压、大截面、大跨度架空输电的必选材料。
4．铝合金电缆
国内对电缆产品的过度需求造成铜资源的日益减少，铜的价格接连攀升，电缆成本激增，针对这种情况近些年来，我国在以铝替代铜方面进行了不懈探索。目前市场很多厂家推出了铝合金电缆，铝合金电缆是通过纯铝材料中加入铜、锰、镁、钛、铬、锌、铁、硅等元素，经过特殊的合成及退火等工艺，以提高电缆的抗腐性、抗蠕变能力，解决了原有铝芯电缆稳定性差及事故率高的问题,弥补了纯铝电缆的不足。
（1）电气性能：铜元素提高了合金在高温时的电阻稳定性。用相同规格的电缆比较，合金导体的电导率是铜的61%，故合金电缆的截面积是铜缆的1.5倍时，它们的电气性能相近。但是合金电缆的重量只有相同载流量铜缆的一半。
（2）机械性能：
a:抗蠕变性能：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。
b：柔韧性：合金有很好的柔韧，最小弯曲为7倍外径。合金电缆比铜缆高30%，反弹性比铜低40%,一般铜缆及铝缆的弯曲半径为10~20倍外径。因此，合金电缆安装时所需拉力比铜缆小很多，适合在较小空间安装。合金电缆的抗拉强度为铜缆的1.3倍，合金电缆可支撑4000米重，而铜缆仅为2750米，故合金电缆适合大跨度建筑的配电。
c: 热膨胀系数及连接性能：铜和铝是最常见的电缆导体，而二者的弹性模量和热膨胀系数相差很大，故目前铜、铝导体的连接一般采用铜铝过渡接头，而铝合金导体与连接器的膨胀和收缩完全一致。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。
d：防腐蚀性能：合金中添加的稀土元素，改善了化学性能，特别是电化学腐蚀。减少了不同金属之间的电位差，从而大大减少了接头处由于电位差导致的接触腐蚀。合金电缆的抗腐蚀能力是铜缆的10~100倍。
e：紧压特性：合金电缆采用特殊紧压工艺层层紧压，使导体的填充系数达到95%以上，而铜缆基本是一次紧压，填充系数为80%左右。
（3）经济性分析：电缆的成本可由一次性投资成本、运行成本、报废成本组成。与铜缆比较，载流量相当的合金电缆购置费仅相当于铜缆的85%。由于合金电缆重量轻等特性，安装灵活方便，敷设时不需要桥架，施工费用减少。载流量相同的合金电缆和铜缆，由于具有相似的电气性能，电阻值相近，电能损耗相近，可视为运行成本相同。由于铜具有残值，可回收，故残值高于合金电缆，铜缆的残值约为总价的3%左右。使用铝合金电缆的综合成本约为铜缆的70%左右，若考虑合金电缆的更长的使用寿命，则其在造价方面的优势更明显。
目前，合金电缆在国内刚刚兴起，很多设计人员对其有一定的顾虑，更愿意选用传统的铜芯电缆，但笔者认为合金电缆适用于一般建筑的室内配电干线。但是，根据目前国家相关规范，爆炸危险工作环境、安全性要求高的公共设施（如消防负荷）不允许使用。设计人员使用合金电缆时一定注意其电缆外径较大，做好孔洞预留。
结束语：我国是一个富铝缺铜的国家，2005以来，铜价飙升，如果合金电缆能得以推广，应有利于我国建设节约型社會的大趋势。科学的选用合金电缆，在满足电缆电气性能的前提下，降低工程成本。
参考文献：
[1] 世德合金电缆厂家样本
[2] 《35kV及以下塑料绝缘电力电缆》GB12706-2002
[3] 《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008
[4] 《全国民用建筑工程设计技术措施-电气》2009