对于机电安装行业,电线电缆在机电安装工程中占据了重要的地位,作为其主要原材料的铜,占了电缆产品总成本的70%~80%,铜电缆的价格随着铜价的上涨而急剧增长,对投资方和施工方在工程造价控制方面带来大的困难,为此,铜包铝电缆研究和应用迅速增长。
铜包铝线缆是指以铝芯线代替铜成为线缆主体,外面包一定比例的铜层的电线电缆。铜包铝电缆就其用途来分,基本可分为两类:一类是信号或通讯用途的铜包铝电缆,另一类是供电用的铜包铝电缆。就其特性,将铜包铝和纯铜电缆进行以下的比较。
铜包铝电力电缆
直流电阻率。铜包铝线的电阻率比纯铜线大,约为纯铜线的1.5倍,在阴值相同时,铜包铝线重量约为纯铜线的1/2。根据集肤效应计算,在5MHz以上高频时,与相同截面的铜导体相比,其电阻率相等。在50Hz频率的电力电缆的使用中,其铜导体的集肤效应和邻近效应在150mm2以上就逐渐显得突出,同时由于科学技术的不断发展,产生高次谐波电流和能源会注入到供电系统中,在系统的阻抗上产生出相应频率的高次谐波电压,致使电压的波形发生畸变,增加供电系统的损耗,使导体发热增加;此外,电缆使谐波放大,在接头处产生过电压而损坏电缆头。采用铜包铝导体会起到降低高次谐波产生的交流阻抗(电阻)的作用。在其他使用场合,通过采取提高铜包铝单丝中铜的体积和相应的工艺措施,使铜包铝/铜复合导体在现有同规格导体的外径尺寸上限内,满足导体直流电阻要求。
接驳方式。采用铜包铝导体可满足目前待续多年的电线电缆在产品选型、设计、使用、安装等方面的习惯,还对电缆的接线端子紧压、锡焊接有利。
降低交流电阻。交流电阻是电流载流量的主要依据,根据集肤效应的原理,单根导线的表面,其单位面积通过的电流比导线的圆心单位面积通过的电流要大,也就是说,大截面导体的圆心在相同导体相成的圆面积内,圆心比圆周通过的电流要小,所以把圆心导体与圆周导体用不同的金属组成是合理、经济的。影响交流电阻指标除直流电阻、集肤效应外,还有邻近效应,与相同直流电阻的铜导体相比,采用铜复合导体后,单根导体内,铝在园心,铜在外缘;在绞合导体内,内层是铜包铝,外层是纯铜,而铝对集肤效应和邻近效应都没有铜敏感,同时铜复合导体会使导体总截面增加一部份,因此也增加了导体的表面积,改善了电缆的散热条件,增加了散热面积,而铝的导热系数与铜相近,在同等的材料成本条件下,交流电阻的指标要经济得多。
具有良好的耐腐蚀性:铝比铜易腐蚀,但由于铜包铝材料已经完全冶金化,铝完全被铜所覆,不会被水、空气接触,完全达到与铜一样的性能。铜包铝/铜复合导体还更用利于避免电缆在长期使用过程中由于腐蚀、碰伤或因紧压、锡焊接不好使导体与接线端子接触不良、发热引起铜层脱落和铜铝两种金属之间形成电势差,加速电化腐蚀,造成电缆端部烧毁的隐患。对于铝导体,特别是在沿海地区,大气中盐雾所含有的氯离子会凝聚在铝的表面,易在表面的杂质和缺陷周围引起局部腐蚀,形成孔洞、裂纹和微电池,加剧铝导体的腐蚀。
成本低重量轻。与相同技术指标的铜芯电缆相比,铜包铝导体电缆可节约成本40%以上,铜包铝/铜复合导体电缆可节约成本20%以上。铜包铝线的比重仅为纯铜线的37%-40%。在线径、重量相等的情况下,其长度是纯铜线的2.5倍。
良好的焊接性。铜包铝线由于其表面同心包覆了一层纯铜,因此具有跟纯铜线一样的可焊性,方便销售。
虽然铜包铝电缆已经诞生,并正逐步得到应用,但尚有不小阻力,主要表现为铜包铝电缆尚比较难找到、行业的应用依据,难以得到设计单位的认可。铜包铝电缆尚有相当多的产品还没有3C认证,行业尚停留在产品鉴定,制定企业标准的阶段,不同品P之间的产品规格、特性、使用标准差异较大,工程设计者应用时难以把握,投资方暂时也不乐意接受。
但是,随着的标准和法规的逐步完善和认可,铜包铝电缆必将走向规范化,无疑将成为了未来几年电线电缆的亮点,带动整个行业的发展。