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铝合金电缆性能
发布时间:2014-8-2 8:38:02
一、铝合金电缆的安全性能
1、历史实践证明
    铝合金电缆字1968年美国研发、使用至今44年,该产品使用已相当普遍,北美国家市场占有率达到80%。经过44年的实践证明,铝合金电缆使用从未发生任何故障,是安全的。
2、检测及认证
    铝合金电缆通过美国UL,加拿大的CUL,澳大利亚的SAI GLOBAI国际权威机构检测认证和中国国家电线电缆检测中心,国家武汉高压研究所,国家防火建筑材料质量监督检验中心等权威机构检测认证,铝合金电梯符合CSA标准C22.2第38条款关于ACM合金导体的要求,和GB/T 12706.1-2008和IEC 60502.1最新版的性能要求,UL对AA8000系列相关标的准,以及完全符合即将颁布的《额定电压0.6/1kV铝合金导体交联聚乙烯绝缘电力电缆 》NB/T XXXXX-XXXX标准要求。
3、铝合金成分作用
    ★铝合金导体成分加入稀土和铁等合金元素后,大大地提高了其导电性能和链接性能,经硼化处理和稀土处理后的AA8000系铝合金导电率显著提高,同时其金相组织依靠第二相金属化合物的弥散分布使亚晶结构稳定化来提高强度的,因为添加的Fe等元素在Al中溶解度小,因此,他们对导电率的降低不多,但又生存许多弥散第二相,提高强度,他们经大变形量加工之后进行退火回复处理,此时表现出高强度的抗蠕变俱佳的综合性能,在电流过载时,铁元素发挥持续的链接作用,使铝合金导体不会发生蠕变。
    ★蠕变对电缆危害极大,若电缆发生蠕变,其原先压紧的接触点会变松,压力减小使得接触电阻以数量级迅速增大,电流流过后造成接头处过热,如果不及时检修,就会出现安全隐患。解决电缆蠕变问题非常重要。
    ★蠕变:金属在一定的温度下、外力和自重的作用下,随着时间的推移,将缓慢的产生不能复原的永久变形,这种现象称为蠕变。
4、阻燃性能
    铝合金电缆的绝缘材料采用阻燃XLPE料,结构上采用自锁铠装结构,散热性能远远优于普通结构的PVC,可以迅速散热,火焰消失后火苗能迅速熄灭,不会延燃其它材料,阻燃性能极为优异。铝合金电缆采用新型材料和新工艺,可确保使用更加安全。

二、铝合金电缆的电气性能
1、电缆载流量
    ★铝合金导体的截面积是铜的1.5倍时,铝合金导体和铜导体电气性能一样,实现了相同的载流量、电阻值和线损。
    ★铝合金的电阻介于铝与铜之间,高于铜,而略低于铝,在相同载流量前提下,同等长度的铝合金导体重量仅为铜的一半。如果按铜的电导率是100%IASC计算,铝合金导体的电导率为62.5%IACS,铝合金比重为2.71g/cm3,铜的比重为8.9g/cm3,
则:,即2.单位重量的铜的电阻与1单位质量的铝合金的电阻相同,因此,当铝合金导体的截面积是铜的1.5倍时,其电气性能相同,即实现了和铜相同的载流量、电阻值和线损。
    ★影响电力电缆载流量的因素很多,如:线路特性(如工作电,电流类型,频率,负荷因素);电线电缆的结构(如导体线芯结构,芯数,绝缘材料种类,屏蔽层及内外护套层结构和材料,总外径);敷设条件(如空气中敷设,管道中敷设,直接埋地敷设,地下沟道中敷设,水底中敷设);导电线芯最高允许工作温度和周围环境条件(如空气和土壤温度,土壤热阻系数,周围热源的邻近效应)等。
2、减少电缆外截面
    铝合金电缆生产过程中,我公司采用世界上最先进的型线同心绞合,其导体填充系数能达到93%以上。并且铝合金电缆采用的是XLPE绝缘料,这种绝缘只需PVC料的2/3的厚度就能远远超过常规额绝缘性能。而铜的填充系数一般只能达到88%左右,如绝缘采用PVC,所以铝合金电缆外径仅在铜电缆的基础上增加11%以内,就能有铜电缆的电气性能。可见,使用铝合金电缆不需要更改原使用铜电缆的管道设计。一般电气设计的敷设管道尺寸为铜电缆的150%,若考虑增容问题,敷设管道的尺寸增加到铜电缆的200%,所以穿管不成问题。
3、减少线损
    非磁性材料,不会产生涡流,能减少线路的损耗。铝合金电缆的自锁铠装所用的5000系铝合金带材,是非磁性材料,即使在三相不平衡电流,也不会产生涡流,能够减少线损。

三、铝合金电缆的机械性能
1、铝合金电缆的延伸性能
    伸长率是导体机械性能重要指标,是产品优劣和能承受外力大小的重要标志。也是检验电缆导体机械性能的一个重要指标。铝合金电缆导体经退火处理后的延伸率能达到30%,而铜电缆的伸长率约为25%,铝芯电缆的伸长率为15%,是能取代铝芯电缆和铜芯电缆的重要指标。
2、铝合金电缆的柔韧性能
    扭转试验,主要检验金属线材的韧性,韧性愈好,能承受的扭转次数愈多。铝芯电缆的一个致命缺陷就是脆度高,在安装时只要若干次一定角度的扭转,导体极易产生裂纹,裂口就会发热、腐蚀,是出现火灾的重要原因。使用铝合金电缆,由于它的韧性好,不会产生裂纹,在安装中出现安全隐患减少。
3、铝合金电缆的弯曲性能
    弯曲试验:主要检验金属的抗弯曲性能。材质不匀或脆性的材料,抗弯曲性能就差。
    根据GB/T 12706-2008标准中对铜电缆安装时弯曲半径的规定,铜缆的弯曲半径是(100~20)倍电缆直径,铝合金电缆的弯曲半径最小为7倍电缆直径,使用铝合金电缆能减小布局空间,更易于敷设,减少安装成本。
4、铝合金电缆的反弹性能
    实践证明:室温条件下将铜电缆与铝合金电缆弯曲90度,应力释放后,铝合金电缆反弹角度比铜电缆大60%。因为铝合金电缆具有无记忆力,所以反弹性能优于铜芯电缆,在安装过程中端子连接头易于压紧,增加其紧密程度,提高了连接稳定性。

四、铝合金电缆的使用寿命
1、导体部分腐蚀主要有两种
:化学腐蚀与电化学腐蚀;
    ★化学腐蚀:指金属在大气中与氧、氯、二氧化硫、硫化氢等气体作用下发生腐蚀。
    金属表面与氧发生作用后,生成不同的金属氧化物。
    铝表面与大气接触能形成一层致密的连续的氧化物膜,其摩尔体积约比铝的大30%。这层氧化膜处于压应力作用下,当它遭到破坏后又会立即形成。在一般的大气中,铝表面上的氧化膜厚度相当薄,其厚度是温度的函数,在室温下的厚度为(2.5~5.0)nm。在蒸汽中形成的氧化膜较厚。在相对湿度为100%的室温下,氧化膜的厚度约比在干燥大气中形成的厚1倍。在湿环境中,这层氧化膜是复式的,靠铝的一面为纯氧化膜,而外层却含羟基化合物。在高温下铝合金表面上会形成更加复杂的氧化膜,同时氧化膜的成长也不是时间的简单函数。
    ★电化学腐蚀:指由金属和介质组成原电池后,形成了金属的腐蚀过程,当两种不同电极电位的金属相连接,其间又有水或其它电解质时,两种金属之间就会产生电流形成一个原电池,其中一种金属处于正电位,另一种处于负电位,处于负电位的金属就不断地以离子状态经电解液向处于正电位的金属聚积。使处于负电位的金属逐渐损失破坏,形成电化学腐蚀。两种金属的电极电位之差愈大,电化学腐蚀就愈强烈。温度愈高,金属的腐蚀也愈严重。
    不同的金属有不同电极电位。常用的几种金属的电极电位次序为:

 次序  Ag  Cu  Pb  Sn  Fe  Zn  Al
 电位  +0.8  +0.334  -0.122  -0.16  -0.44  -0.76  -1.33

    电极电位负值越大的金属,转入电解质中成为离子的趋势越强,即越易受到腐蚀。铝的电极电位的负值较大,但由于其表面经常有一层氧化膜保护层,能改善其耐腐蚀性能。
    在铝合金中加入稀土元素,他能够起到净化,提高纯度,填补表层缺陷,细化晶粒,减少偏析,消除显微不匀而导致局部腐蚀的作用,同时也带来铝的电极电位负移,具有了牺牲阳极效应和优异的导电性能,从而大大提高了铝的耐腐蚀性能。对于海洋环境中Cl-和石油、化工环境中的S,H2S+CO2等腐蚀问题,这种材料有独特的防腐机理。稀土金属的强还原性可以与S,H2S,Cl-的强氧化性有效结合,相互作用,生成稳定的化合物(Cl-与稀土铝合金生成稳定配位化合物),将化学反应中的氧化物和还原过程有机统一,相互作用,从根本上截止了S,H2S,Cl-等腐蚀介质的氧化活动造成的腐蚀破坏,从而彻底解决了在全球范围包括美国在内的发达国家未能很好解决的问题。
2、绝缘部分
    ★电力电缆的载流量是指在最高允许工作温度下,电缆导体允许通过的最大电流。再设计选用电缆时,应使电缆各部分损耗产生的热量不会超过电缆允许最高温度,在大多数情况下,电缆的传输容量是由电缆温度最高限度所确定,电缆的最高允许温度,主要取决于所用绝缘材料的热老化性能,因为电缆工作温度过高,绝缘材料老化会加速,电缆寿命缩短。如果电缆在最高允许温度以下运行,电缆将达30年安全工作。
    ★XLPE交联聚乙烯绝缘料,聚乙烯是一种线性分子结构,在高温下极易变形。将电性能俱佳的聚乙烯经过工艺使其形成网状分子结构。这种网状结构不仅保持聚乙烯特有的电性能,即使在高温下也一样具有很强的抗变形能力。
    ★交联聚乙烯极佳的抗老化特性及超强的耐热变形决定了在正常运行温度(90℃),短时故障(130℃)及短路(250℃)条件下可允许大电流通过。正因为它的运行温度比PVC高20℃,具有优异的抗热老化性能,增加绝缘的抗老化性能,寿命大大增加。

五、铝合金电缆的经济性
★直接采购成本
铝合金电缆与铜芯电缆的价格比较:铝合金电缆具备优越的安全性能、电气性能、机械性能和更长的使用寿命前提下,铝合金电缆的价格只有铜电缆的75%左右。
★安装成本降低
★节约安装成本:由于铝合金电缆的弯曲性好和重量轻,易于安装。
铝合金电缆安装敷设不需桥架,不用穿管,可以节约大量的安装材料,安装成本可以减少(20~50)%.