铝芯电缆应用的技术选型方法

陶 波

（江西新余钢铁集团公司第一炼铁厂，江西 新余 338001）

电力电缆按线芯的用材可分为铜芯电缆和铝芯电缆，常用的铜芯电缆型号为YJV 和VV；铝芯电缆的型号为YJLV 和VLV。铝芯电缆在20 世纪70、80年代推广用得比较好。一般的中小型工厂基本上都是选用铝芯电缆。而且，电动机和变压器也有铝芯线圈。从20 世纪90年代开始至今，电力电缆应用基本上是铜芯电缆占据。在一些大型工厂，无论是主体设备还是附属设备全都是使用铜芯电缆。例如，某厂2×2500m3高炉炼铁厂建于2009年，电气工程全部使用铜芯电缆。其实在如水渣转运皮带应用铝芯电缆既可满足供配电需要又可以节省大量的宝责资金。之所以会出现一边倒的选型，一是过份强调可靠性；二是忽视了投资的经济性。只要选型得当，铝芯电缆一样可满足应用要求，而且经济性较佳。

1 铝与铜的材料特性

铝的元素符号为Al，原子量为27，核外电子数13，最外层电子数为3。铜的元素符号为Cu，原子量为64，核外电子数29，最外层电子数为1。影响导电材料载流量的是电阻率。铝的电阻率是0.0294Ω mm2/m，铜的电阻率是0.01851Ω mm2/m。两者的比率是0.0294/0.01851=1.59，铝的密度是2700kg/m3，铜的密度是8900kg/m3。铜单位体积内自由电子数多于铝，故铜的导电性要好于铝。铝的熔点是660.4℃，铜的熔点为1083℃。从铝和铜的材料特性上看，铝的电阻率是铜的1.59 倍。在通过同样大的电流时，同样截面积的铝芯电缆的发热量为铜芯电缆的1.59 倍。铜的熔点比铝要高约400℃，在使用铝芯电缆时，应该通过截面积的合理选择来确保电缆在运行时不出现高温。由于铝密度比铜密度要少，在同柱重量下，铝电缆的长度比铜电缆长度长许多。所以，从经济性出发，应在附属设备尽量选用铝芯电缆，以降低供配电的投资金额。

2 铝芯电缆技术选型方法

2.1 铝芯电缆应用范围探讨

由于铝芯电缆电阻率是铜芯电缆的1.59 倍，以及铜芯电缆的高温过载性要优于铝芯电缆，在一些国防及国家重点项目，以及大型联合企业的关键流线用铜芯电缆可靠性更高。铝芯电缆应用定位于三级负荷较妥。对于用电负荷分级，强调的是供电的可靠性，但并沒有具体到采用什么材料电缆进行供配电。在三级负荷上大量应用铝芯电缆，可取得好效果。例如大型联合企业除流水线外的配套工程，后勤服工程，辅助工程。这些工程短时停电不会影响到流水线的生产。例如2500m3高炉的排水,铸铁,除尘等附属工程均可以来用铝茌电缆。中小型工厂的供配电也可大量应用铝芯电缆。例如中小型水泥厂的供配电。另外，一些小型的工厂作坊，建筑工地的建筑机械都可以采用铝芯电缆供电。

2.2 常用铝芯电力电缆载流量及截面积选择

1kV 交联聚氯乙稀电力电缆载流量如表1所示（Qe=65℃）。

表1

说明：Qe是铝芯电缆允许长期工作温度。表中25℃，30℃，35℃，40℃是电缆工作的环境温度。为保证电缆的安全可靠，在选择铝芯电缆截面积时，应按35℃环境温度选规格。主芯电缆的电流为计算电流，对于短时冲击负荷，选截电缆截面积应考虑起动电流。

2.3 铝芯电缆的热稳定性校验

对于10kV 重要负荷铝芯电缆应进行热稳定性校验。验算铝芯电缆的热稳定性时，短路点按下述情况确定：

1）不超过制造长度的单根电缆，短路发生在电缆的末端。

2）有中间接头的电缆，短路发生在每一缩减电缆截面积线段的首端；电缆线段为等截面积时,则短路发生在并列点后。

3）无中间接头的并列连接的电缆，短路发生后在并列点后。

铝芯电缆在满足短路热稳定性校验时，最小截面积

式中，I∞为稳态短路电流kA；C 为热稳定系数，YJLV型C=80，VJLV 型C=65；tj为稳态短路电流流过的假想时间（s）。

式中，tb为主保护动作时间（s）；tgu为断路器固有分闸时间（s）；thu为断路器燃弧持续时间（s）。

3 应用铝芯电缆的经济效果分析

一般铜材的价格是铝材的4 信左右。电力电缆的成本，芯线成本占90%以上。长距离大截面积电缆，选用铝芯电缆有巨大的的经济价值。例如，某厂4#高炉槽下电除尘建在离高炉350m 的地方。4#高炉槽下电除尘计算负荷Ijs=425A。由于锰烧车间变电所的变压器容量不够，需从高炉变电所引入380V(T－NC) 电源。若用铜芯电缆要用YJV—1kV，3×180+1X50电缆两根并联供电。YJV—1kV，3×180+1×50 电缆的载流量（400C）是272A。2 根的载流量为544A。如果用铝芯电缆，可选用的型号规格为JJLV－1kV，3×10+1×50 铝芯电缆3 根并联供电。3 根JJLV－1kV，3×10+1×50 铝芯电缆载流量（400C）为546A。铜芯与铝芯的载流量基本相等。根据报价得知YJV－1kV，3×180+1×50 的单价为765 元/m，JJLV－1kV，3×10+1× 50 的单价为208 元/m。选用铜芯电缆的总造价为535500 元，选用铝芯电缆的总造价为218400 元。由此可知，4#高炉槽下电除尘供电电缆选用铝芯电缆可节略投资535500-218400=317100 元。很多工程长距离大截面积供电电缆，选用铝芯电缆都可以取得巨大的经济效益。

使用铜芯电缆与使用铝芯电缆电压降对比分析，以上例为例进行计算分析：

线路长 350m 计算电流为 425A，功率因数COSφ=0.80。查《工厂配电设计手册》，185mm2铜芯电缆的电压损失为0.062%/km，150mm2铝芯电缆的电压损失为0.108%。假设2 根铜芯电缆载流量均匀分配，每根电缆的载流为212A。 假设3 根铝芯电缆载流量均匀分配，每根电缆的载流量为141A。

铜芯电缆总电压损失率为（%）

铝芯电缆总电压损失率为（%）

变电所低压母线电压为400V，两种电缆芯材的供电末端电压分別如下。

铜芯电缆末端电压为400×(1-4.6%)=382V

铝芯电缆末端电压为400×(1-5.3%)=380V

从以上计算可知，铜芯电缆与铝芯电缆均可满足电压损失在允许范围内。

4 结论

铜芯电缆在16mm2以下截面积机械强度和韧性要好于铝芯电缆。在16mm2以上两者都可满足机械强度和韧性要求。计算电流越大的供电线路，供电距离越长的线路，选择铝芯电缆的经济效果越好。用在6kV 和10kV 中压供电，应对铝芯电缆进行热稳定性校验。长距离铝芯电缆供电应进行电压损失计算。铝芯电缆连接最好是压铜铝过渡接头，再进行连接。

[1] 窦飞,等.铝芯电缆在电网建设中的应用[J].电力建设,2011(7):102-104.

[2] 航空工业部第四规划设计院.工厂配电设计手册[M].北京:水利电力出版社,1985.