铝合金电缆的性能及其在应用中应注意的问题

彭永领+周俊民+乔月纯

摘 要：文章介绍了铝合金电缆的性能特点，分析了铝合金导体的电阻率，连锁铠装工艺参数，铝合金-铜连接端子，裸连锁铠装电缆燃烧试验等方面存在的问题和建议。

关键词：铝合金电缆；AA8030；性能特点；裸连锁铠装；问题

中图分类号：TM241 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）24-0182-02

1 概述

电工铜和铝是电线电缆的主要导体材料。中国铜资源少，对外依存度高达70%，而中国的铝资源丰富，自给率高[1]。近年来，我国大力提倡“以铝节铜”[2]，相继出台了《GB/T 30552-2014电缆导体用铝合金线》[3]、《NB/T 42051-2015 额定电压0.6/1kV铝合金导体交联聚乙烯绝缘电缆》[4]、《GBT 31840-2015额定电压1kV到35kV铝合金芯挤包绝缘电力电缆》[5]等多部铝合金的电缆标准。这些标准所涉及的铝合金导体成分序号（1～6）与美标ASTM B800-5[6]规定的AA8000系列铝合金牌号（8016、8030、8076、8130、8176、8177）成分是相同的。

铝合金电缆弥补了以往纯铝电缆的不足，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等，能够保证电缆在长时间过载和过热时保持连续性能稳定，特别是加入稀土元素后，可以细化金属导体中的晶体結构，从而大大提高导体的导电率、耐高温性同时解决了导体电化学腐蚀等问题。另外，该产品采用内联锁式金属带恺装，安装敷设简便，解决了电缆在其特定系统使用中的安全、防锈、抗拉、弯曲、抗外机械力损伤等特殊要求，极大的提高了系统运行的安全性和经济性。

2 铝合金电缆的性能特点

2.1 蠕变性能

AA8030系列铝合金是在纯铝中添加镁、铜、铁、硼、稀土等元素，经过合金工艺和特殊热处理的新兴导体材料。其中Mg可以和许多元素形成强化相（如Mg2Si相、Al-Cu-Mg相），能够提高合金的抗拉强度和柔韧性；Cu元素的固溶强化效果较为明显，能提高其高温抗拉强度，增加铝合金在高温时的电阻稳定性；B元素能有效减小杂质对铝合金电导率的影响；RE元素具有净化、除气、除渣作用，并且能与氢气结合形成氢化物，从而提高铝导线的电导率、抗拉强度和抗腐蚀能力。

Fe元素的加入可以形成一种硬质合金相，使铝合金具有耐磨、耐腐蚀、耐高温及抗蠕变性能，大大减少了铝合金受热受压而产生的蠕变倾向，具备有和铜导体相似的连接稳定性和可靠性，铝合金线与电工纯铝线、电工软铜线的抗蠕变对比试验曲线见图1[7][8]。

2.2 导电性能

硬态铝电缆的电导率为61%IACS，AA8030铝合金电缆的电导率为61.8%～62.2%[7]IACS，退火态铜电缆的导电率为100%IACS。由于铝合金的电导率仍与铝相近，载流量接近铝电缆，当铝合金导体截面是铜导体截面的约1.5倍时（相差1-2个规格），基本能达到同样的导电性能和载流量。虽然导体截面增加约50%，但导体半径理论上增加约22%以下，从而尽可能少地占用管井敷设的空间。

2.3 机械性能

AA8030铝合金导体退火后的延伸率（32%[7]）与软铝和软铜导体的延伸率（30～45%[9]）基本一致，因此具有良好的柔韧性和弯曲性。铝合金电缆的最小弯曲半径（7D）优于铜芯（10～20D）电缆，而且铝合金电缆的反弹性比铜电缆的反弹性低40%，无记忆效应，方便安装和施工，并能减少安装成本。

由图1可知，铝合金材料具有与铜基本一致的抗压蠕变性。

2.4 连接性能

铝合金导体大大减少了铝导体易蠕变松弛而引起电缆接头松动、接触电阻增大、易引发事故的状况。GB/T14315-2008《电力电缆导体用压接型铜、铝接线端子和连接管》所列铜铝过渡方式的数据显示，铝合金电缆连接可靠性甚至比铜电缆还要稳定。即使长时间过载和过热，也能保证比铜芯电缆更高的连接稳定性。

2.5 防腐性能

虽然铝导体表面会形成一层薄而致密的氧化膜，能阻止导体内部继续被氧化腐蚀。但铜铝导体连接处的电化学腐蚀仍然是传统铝芯电缆的致命弱点。当在铝合金中加入稀有金属，就能极大改善耐腐蚀能力，减少了不同金属之间的电位差，并依靠专用铜铝过渡端子解除了铜铝连接存在的腐蚀性隐患。美国的应用事实表明，在空气中铝合金电缆的耐腐蚀性能优于铜，铜电缆的使用寿命按30年设计，铝合金电缆的使用寿命可以达40年。

2.6 经济性

铝合金的密度2.71，只有铜（8.89）的30.5%，因此在相同电气性能、相同长度下，铝合金导体的质量近似是铜导体质量的一半。由于铝合金电缆具有自重轻、承载力强的优势，特别适合大跨度建筑（如体育馆、展览馆）的敷设，可减少对钢结构的荷载，节约钢材料，降低安装成本。另外，采用铝合金电缆可以降低对高层建筑垂直敷设电缆的难度和工作量，节省人工成本。

3 铝合金电缆在应用中要注意的问题

3.1 关于GB/T 30552-2014和NB/T 42051-2015 的电阻率

标准《GB/T 30552-2014 电缆导体用铝合金线》中对电缆导体用铝合金的化学成分、机械性能和直流电阻率的规定见表1和表2：

表1中的成分序号分别对应ASTM B800-5规定AA8000系列中的AA8017、AA8030、AA8076、AA8130、AA8176和AA8

177。

《NB/T 42051-2015 额定电压0.6/1kV铝合金导体交联聚乙烯绝缘电缆》明确规定： 绞合导体中任一单线，抗拉强度应为98～159MPa，断裂伸长率应≥10%。因此，若采用GB/T 30552-2014规定的硬态（Y）铝合金线（其电阻率为0.028976）制造铝合金导体时，必须要在导体绞制前或绞制后进行退火，否则只能满足NBT 42051-2015中单线机械性能要求，而不能满足电阻率的要求。endprint

3.2 关于连锁铠装工艺参数

为了保证连锁铠装铝合金电缆的弯曲半径不大于7倍电缆外径，并能通过相应的松紧度试验，同时要保证电缆弯曲时缆芯能在铠装层下产生滑移，而且铠装层不能产生脱扣，并要有一定的伸缩性。确定合理的连锁铠装工艺参数为：联锁铠装层与缆芯间隙控制在1～2mm，铝合金带绕包节距控制在带宽的2/3左右，铝合金带成型时的卷边角度应大于30度。

3.3 关于工程设计

由于相同载流量的铝合金电缆比铜电缆导体截面要大1～2挡，因此若在建筑工程中使用铝合金电缆替代铜电缆，则工程设计中的预埋孔、电缆桥架、电缆保护钢管等需要重新核算设计，而不能根据铜芯电缆的经验确定。特别是铝合金电缆专用的端子头及其配套工具等都与传统铜电缆不同，在一定程度上增加了工程成本。

3.4 关于裸连锁铠装电缆的燃烧试验

《NB/T 42051-2015 额定电压0.6/1kV铝合金导体交联聚乙烯绝缘电缆》第14.25规定：根据电缆阻燃类型的不同，试验要求和方法应符合GB/T18380.33-2008A类、GB/T18380.3

4-2008B类、GB/T18380.35-2008C类中相应阻燃类型的规定。但是，对于无外护套（裸铠装）的铝合金连锁铠装电缆，其非金属材料的体积比传统结构电缆少很多，如果按照GB/T18380-2008成束燃烧试验，所需电缆根数很多，以铝合金导体交联聚乙烯绝缘铝合金带连锁裸铠装三芯（3×120mm2）交联聚乙烯电力电缆为例，計算结果为41根样品[10]，线芯根数较普通电缆多出数倍，使燃烧实验室工作量明显增大，且部分型号规格的电缆由于样品数量超过了试验设备的范围，可能导致试验无法操作。而且对于铝合金裸铠装电缆，由于没有外护套，也就不能像有外护套电缆那样采用GB/T18380-2008的试验方法判断其阻燃性能的符合性，建议有关部门尽快完善此类裸铠装电缆的阻燃、烟密度、透光率和卤酸气体含量等试验方法标准。

4 结束语

西安奥凯电缆事件再一次警示我们，“质量第一”不是空喊口号，而要实干兴邦。基于全球铜矿资源匮乏，开采成本过高，以铝节铜是国际趋势。加快研发电工用铝合金杆材和连接端子的新材料、新品种，加快铝合金生产设备的更新换代，更快地提升我国铝合金电缆产品的质量水平是今后的努力方向。

参考文献：

[1]黄崇祺.电工用铝和铝合金在电缆工业中的应用前景[J].电线电缆，2013，2.

[2]党朋，苏桓，刘斌，等.铝合金电缆与铜电缆的生命周期评价研究[J].环境工程技术学报，2014，1.

[3]GB/T 30552-2014电缆导体用铝合金线[S].

[4]NB/T 42051-2015额定电压0.6/1kV铝合金导体交联聚乙烯绝缘电缆[S].

[5]GBT 31840-2015额定电压1kV到35kV铝合金芯挤包绝缘电力电缆[S].

[6]ASTM B800-05 Standard Specification for 8000 Series Aluminum Alloy Wires for Electric Purposes-Annealed and Intermediate Tempers[S].

[7]周俊民，陈亦峰，彭永领.一种电缆用8030铝合金杆及其制备方法[P].中国：ZL201410414331.X，2016-2-3.

[8]易 ，黄达洋，陈彬，等.10kV铝合金电缆在中压配电网的应用分析[J].自动化与仪器仪表，2017，1.

[9]陈焱，张鞍生.铝合金电缆的应用及市场分析[J].稀有金属与硬质合金，2016，2.

[10]李明，宋景涛，李磊，等.铝合金电缆的阻燃试验[J].电世界，2014，12.endprint