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揚(yáng)州金華銅業(yè)有限公司
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一、鋁合金電纜的電氣性能
1、電纜載流量
◆合金導(dǎo)體的截面積是銅1.5倍時,合金導(dǎo)體和銅導(dǎo)體電氣性能一樣,實(shí)現(xiàn)了相同的載流量、電阻、和壓損。
◆鋁合金的電阻率介于鋁與銅之間,略高于鋁,而低于銅,在相同截流量前提下,同等長度的鋁合金導(dǎo)體的重量僅為銅的一半。如果按銅的電導(dǎo)率是100%計 算,合金導(dǎo)體的電導(dǎo)率約為62.5%,合金的比重為2.7,銅的比重為8.9,則(8.9/2.7)×(0.625/1)=2,即2單位重量的銅的電阻與 1單位質(zhì)量的合金的電阻相同,因此,當(dāng)合金導(dǎo)體的截面積是銅的1.5倍是,其電氣性能相同,即實(shí)現(xiàn)了和銅相同的截流量、電阻和電壓損失。
◆影響電力電纜截流量的因素很多,如線路特性(如工作電,電流類型,頻率,負(fù)荷因素);電線電纜的結(jié)構(gòu)(如導(dǎo)電線芯的結(jié)構(gòu),芯數(shù),絕緣材料的種類,屏蔽層及內(nèi)外護(hù)層的結(jié)構(gòu)和材料,總外徑);敷設(shè)條件(如空氣中敷設(shè),管道中敷設(shè),直接埋地敷設(shè),地下溝道中敷設(shè),水底中敷設(shè));導(dǎo)電線芯最高允許工作溫度和周圍環(huán)境條件(如空氣和土 壤溫度,土壤熱阻系數(shù),周圍熱源的鄰近效應(yīng))等。
2、減少電纜外截面
鋁合金電纜生產(chǎn)過程中,將采用最先進(jìn)的緊壓技術(shù),使其導(dǎo)體的填充系數(shù)能達(dá)到91-93%。并且鋁合金電纜采用的是硅烷交聯(lián)聚乙烯,這種絕緣只需聚氯乙烯的2/3的厚度就能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)的絕緣性能。而銅的填充系數(shù)一般只能達(dá)到85%左右,常用的絕緣采用的是聚氯乙烯,所以鋁合金電纜外徑僅在銅纜的基礎(chǔ)上增加10%左右,就能有銅相同的電氣性能??梢?,使用鋁合金電纜不需更改原使用銅電纜的管道設(shè)計。(一般設(shè)計師設(shè)計的敷設(shè)管道尺寸為銅纜的150%,最近考慮增容的問題,敷設(shè)管道的尺寸增加到銅纜的 200%,所以穿管不成問題。)
3、減少電纜線損
非磁性材料,不會產(chǎn)生渦流,能減少線路的損耗。鋁合金帶連鎧鎖裝材料是非磁性材料,即使存在三相不平衡電流,也不會產(chǎn)生渦流,能夠減少線路的損耗。
二、鋁合金電纜的機(jī)械性能
1、鋁合金電纜的延伸性能
伸長率是導(dǎo)體機(jī)械性能重要指標(biāo),是產(chǎn)品優(yōu)劣和能承受外力大小的重要標(biāo)志。也是檢驗電纜導(dǎo)體機(jī)械性能的一個重要指標(biāo)。鋁合金電纜退火處理后的延伸率能達(dá)到30%,而銅纜的伸長率為25%,普通鋁桿的伸長率為15%,是能取代鋁芯電纜與銅纜的重要指標(biāo)。
2、鋁合金電纜的柔韌性能
扭轉(zhuǎn)試驗:主要檢驗金屬線材的韌性,韌性愈好,能承受的扭轉(zhuǎn)次數(shù)愈多。 普通鋁絲的一個重要缺點(diǎn)是脆度高,在安裝時只要若干次一定角度的扭轉(zhuǎn),導(dǎo)體就會產(chǎn)生裂紋,裂口就會發(fā)熱、腐蝕,是出現(xiàn)火災(zāi)的重要原因。使用鋁合金電纜,由于它的韌性好,不會產(chǎn)生裂紋,在安裝中出現(xiàn)的安全隱患減少。
3、鋁合金電纜的彎曲性能
彎曲試驗:主要檢驗金屬的抗彎曲性能。材質(zhì)不均或性脆的材料,抗彎曲性能差。根據(jù)GB/T12706中對銅纜安裝時彎曲半徑的規(guī)定,銅纜的彎曲半徑是15-20倍電纜直徑,鋁合金電纜的彎曲半徑最小為7倍電纜直徑,使用鋁合金電纜能減小布局空間,更易于敷設(shè),減少安裝成本。
4、鋁合金電纜的反彈性能
實(shí)踐證明:在室溫條件下將銅纜與鋁合金電纜彎曲90度,應(yīng)力釋放后,鋁合金電纜反彈角度為銅纜的60%。鋁塑復(fù)合帶因鋁合金電纜具有無記憶力,所以反彈的性能優(yōu)于銅芯電纜,在安裝過程中端子連接接頭易于壓緊,增加其緊密程度,提高連接的穩(wěn)定性。
三、鋁合金電纜的安全性能
1、歷史實(shí)踐證明
鋁合金電纜自1968年美國研發(fā)、使用至今已43年,該產(chǎn)品使用已相當(dāng)普遍,北美國家市場占有率達(dá)到80%。經(jīng)過43年的實(shí)踐證明,鋁合金電纜使用從未發(fā)生有記錄的安全故障,這說明鋁合金電纜是安全的。
2、檢測及認(rèn)證
鋁合金電纜通過美國的UL,加拿大的CUL,澳大利亞的SAI GLOBAI國際權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測認(rèn)證和中國國家電纜電線檢測中心,國網(wǎng)武漢高壓研究所,國家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心等權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測認(rèn)證,鋁合金導(dǎo)體符 合CSA標(biāo)準(zhǔn)C22.2第38條款關(guān)于ACM合金導(dǎo)線的要求,和GB12706.1--2008和IEC60502.1最新版的性能要求,以及UL對 AA8000系列相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。
3、鋁合金成分作用
◆鋁合金導(dǎo)體成分加入稀土和鐵等成分后,大大地提高了其導(dǎo)電性能和連接性能,尤其是當(dāng)導(dǎo)體退火時添加鐵產(chǎn)生了高強(qiáng)度的抗蠕變性能,在電流過載時,鐵發(fā)揮持續(xù)的連接作用,使鋁合金導(dǎo)體不會發(fā)生蠕變。
◆蠕變對電纜危害極大,若電纜發(fā)生蠕變,其接觸點(diǎn)原來壓不夠緊,壓力減小使得接觸電阻迅速增大,電流流過后造成接頭處過熱,如果不定期檢修,就會出現(xiàn)安全隱患。解決電纜蠕變問題非常重要。
◆蠕變:金屬在溫度,外力和自重的作用下,隨著時間的推移,將緩慢的產(chǎn)生不能復(fù)原的永久變形,這種現(xiàn)象為蠕變。
4、阻燃性能
鋁合金電纜的絕緣材料采用阻燃硅烷交聯(lián)聚乙烯(XLPE),工藝上采用自鎖鎧裝結(jié)構(gòu),散熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于PVC材料的護(hù)套,可以迅速散熱,火焰消失后火苗能迅速熄滅,不會延然其它材料,阻燃性能極為優(yōu)異。鋁合金電纜采用新型材料和新工藝,可確保其使用更加安全。
四、鋁合金電纜的經(jīng)濟(jì)性能
1、直接采購成本
鋁合金電纜與銅芯電纜的價格比較:鋁合金電纜具備優(yōu)越的安全性能、電氣性能、機(jī)械性能和更長的使用壽命前提下,鋁合金電纜的價格只有銅電纜的70%左右。
2、安裝成本降低
節(jié)約安裝成本:由于鋁合金電纜的彎曲性能好和重量輕,易于安裝,能大幅節(jié)省安裝費(fèi)用。
五、鋁合金電纜的使用壽命
1、導(dǎo)體部分腐蝕主要有兩種:化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕
◆化學(xué)腐蝕:指金屬在大氣中與氧、氯、二氧化硫、硫化氫等氣體做用下發(fā)生腐蝕。
金屬表面與氧發(fā)生作用后,生成不同的金屬氧化物。
鋁的氧化物能構(gòu)成致密的有一定硬度的表面保護(hù)膜。
鐵的氧化物結(jié)構(gòu)松,易于脫落,并繼續(xù)不斷的向金屬內(nèi)部滲入、擴(kuò)散,破壞材料。
銅的氧化物俗稱銅綠,介于以上兩者之間,是一種有毒物質(zhì)。
◆電化學(xué)腐蝕:指由金屬和介質(zhì)組成原電池后,形成了金屬的腐蝕過程,當(dāng)兩種不同電極電位的金屬相連接,其間又有水或其它電解質(zhì)時,兩種金屬之間就會產(chǎn)生 電流形成一個原電池,其中一種金屬處于正電位,另一種處于負(fù)電位,處于負(fù)電位的金屬就不斷地以離子狀態(tài)經(jīng)電解液向處于正電位的金屬聚積。使處于負(fù)電位的金 屬逐漸損失破壞,形成電化學(xué)腐蝕。兩種金屬的電極電位之差愈大,電化學(xué)腐蝕就愈強(qiáng)烈。溫度愈高,金屬的腐蝕也愈嚴(yán)重。
不同的金屬有不 同電極電位。常用的幾種金屬的電極電位次序為;金屬 Ag(銀) Cu(銅) Pb(鉛) Sn(錫)Fe(鐵)Zn(鋅) A1(鋁)。電位+0.8+0.334-0.122-0.16-0.44-0.76-1.33電極電位負(fù)值越大的金屬,轉(zhuǎn)入電解質(zhì)中成為離子的趨勢越強(qiáng), 即越易受到腐蝕。鋁的電極電位的負(fù)值較大,但由于其表面經(jīng)常有一層氧化膜保護(hù)層,能改善其耐腐蝕性能。
稀土鋁合金材料是在鋁中加入稀 土元素,它能夠起到凈化,提高純度,填補(bǔ)表層缺陷,細(xì)化晶粒。減少偏析,消除顯微不均而導(dǎo)致局部腐蝕的作用,同時也帶來鋁的電極電位負(fù)移,具有了牲陽極效 應(yīng)和優(yōu)異的導(dǎo)電性能,從而大大提高了鋁的耐腐蝕性能。對于海洋環(huán)境中C1-和石油,化工環(huán)境中的S,H2S+C02等腐蝕問題,這種材料有獨(dú)特的防腐機(jī) 理。稀土金屬的強(qiáng)還原性可以與S,H2S,C1-的強(qiáng)氧化性有效結(jié)合,相互作用,生成穩(wěn)定的化合物(C1-與稀土鋁合金生成穩(wěn)定配位化合物),將化學(xué)反應(yīng) 中的氧化和還原過程有機(jī)統(tǒng)一,相互作用,從根本上截止了S,H2S,C1-等腐蝕介質(zhì)的氧化活動造成的腐蝕破壞,從而徹底解決了在全球范圍包括美國在內(nèi)的 發(fā)達(dá)國家未能很好解決的問題,經(jīng)北京有色金屬研究總院等國家級檢測部門的檢測和工程實(shí)例數(shù)據(jù)分析表明,在氯離子,海水,海洋大氣,鹽霧環(huán)境(干濕交替), 飽和HzS,硫以及高溫,高壓環(huán)境條件下,稀土鋁合金的年腐蝕率為零或幾乎為零。
2、絕緣部分
◆電力電纜的載流量是指在最高允許溫度下,電纜導(dǎo)體允許通過的最大電流。在設(shè)計選用電纜時,應(yīng)使電纜各部分損耗產(chǎn)生的熱量不會超過電纜允許最高溫度,在大多數(shù)情況下,電纜 的傳輸容量是由電纜溫度最高限度所確定,電纜的最高允許溫度,主要取決于所用絕緣材料的熱老化性能,因為電纜工作溫度過高,絕緣材料老化會加速,電纜壽命縮短。如果電纜在最允許溫度以上運(yùn)行,電纜將30年安全工作。
◆XLPE是交聯(lián)聚乙烯英文名稱的縮寫,聚乙烯是一種線性分子結(jié)構(gòu),在高溫下極易變形。交聯(lián)聚乙烯過程使其變成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)即使在高溫下也一樣具有很強(qiáng)的抗變形能力。
◆交聯(lián)聚乙烯極佳的抗老化特性及超強(qiáng)的耐熱變形決定了在正常運(yùn)行溫度(90C)短時故障(130C)及短路(250C)條件下可允許大電流通過。正因為它的運(yùn)行溫度比聚氯乙烯高20C,具有優(yōu)異的抗熱化性能,增加絕緣的抗老化性能,壽命大大增加。