长峰合金电缆介绍
江苏长峰电缆有限公司
高导电率铝合金电缆介绍
一、长峰合金电缆和纯铝电缆比较
以前我国中低压输电中使用的铝缆,其材质为纯铝。其缺点是:
1. 抗蠕变性能差,由通电断电引起的热胀冷缩在连接处会造成蠕变,长时间之后会松弛,相对螺栓的压紧力变小,接触电阻增大而引起过热,最后引发事故。
2. 端子与设备或母排连接的螺栓材质参差不齐,甚至是铁制螺栓,金属材料的膨胀系数不同,而且在安装时不加装弹垫,导致空气进入形成氧化膜,使得接触电阻增大而过热,也是隐患。纯铝电缆所用端子未经特殊处理,与铜排的连接处可能会产生电化学腐蚀。
3. 以前纯铝电缆所用绝缘为PVC塑料,发生火灾时会产生大量的有毒气体,这也成为火灾中致命的要素。
二、长峰合金电缆的优点
(一)、导体材料
长峰电缆公司针对以前纯铝电缆本身固有的缺点,加入了合金成分对其进行了改性,长峰8000系合金的多种性能大幅提高。
合金元素不同:长峰8000系合金材料与纯铝相比,大幅增加了铜、铁、镁和其它稀土元素,经过特殊的工艺合成和退火处理等先进工艺控制技术,弥补了纯铝材料的不足,提高了导体的导电性能、抗蠕变性能和耐腐蚀性能,保证了电缆即使在长时间过载和过热时的连续热稳定性。众所周知,在铝中加入其它多种合金元素后,导电性能会下降,而我们通过特殊工艺控制,使合金的导电率超过纯铝的标准水平。
铜:增加合金在高温时候的电阻稳定性;
铁:增加抗蠕变性能;
镁:在同样的界面压力下,能够提高接触点而具有更高的抗拉强度
(二)、电气性能
铝和铜是一样在导电方面的高性价比金属材料。在北美地区的电缆传输中,高压架空线电缆传输100%为铝合金导体,中压传输99%为铝合金导体。在中国,中高压电力传输也还是以纯铝为主。
一些人观点认为铝导体的电阻率比铜导体的大,则用铝作为电缆的导体在传输过程中的能量损失应该比铜材料大。其实,这种观点是没有任何依据的。因为传输过程中的能量损失取决于导体电阻而不是电阻率。根据国家GB/T3956-2008《电缆的导体》规定,在20℃时,某一铜导体截面的直流电阻值与对应大一个或两个规格的铝(或铝合金)导体直流电阻值相当。
也就是说,从传输过程中能量损失考虑,某一铜导体完全可以由对应大两个规格的铝(或铝
合金)导体电缆所代替,此时铝或铝电缆的载流量是大于铜缆的。
由于长峰8000系铝合金导体在完成导体绞制后,会进行退火工艺处理;导体经过重结晶
和应力恢复处理,使得导电性能相对于纯铝有所提高,电导率达到63%IACS,电气性能更优
于纯铝。
(三)、机械性能
1.柔韧性
硬态纯铝的断裂伸长率为0.5~2.0%,而长峰铝合金经特殊的工艺热处理后,比纯铝导体
具有更高的屈服强度,延伸率提高了 30%;回弹量小,无记忆效应;比传统的铜导体具有更
强的柔韧性,安装时所需要的接力比铜缆要小很多。
2. 抗蠕变性
长峰合金材料中加入了铁元素,经过特殊热处理后起到强化作用,与纯铝相比抗蠕变性
与压紧性提高了300%,避免了由于长期输电过程中的冷热变化出现蠕变,从而导致连接点松
弛、接触电阻增大,引起事故的风险。
3. 抗拉强度高
根据电缆使用手册可知,普通铝芯电缆允许的牵引强度为40MPa,长峰合金电缆的牵引
强度达到53MPa。
4. 紧压系数高
普通铝缆的压缩系数一般没有或者很小,因为铝(或其它金属元素)受外力挤压变形,
导电性能会下降(这也是金属电阻应变式传感器的制造原理),成缆之后的外径大,需要很
大的空间或桥架来放置电缆,无形中增加了投资。长峰合金导体采用紧凑型挤压成缆,压紧
系数达到92%,但通过严格的工艺控制,导电率达到62%,电缆总外径小,占用空间或桥架
少,而带连锁铠装型的电缆根本不需要桥架,可沿墙明敷,可节省大量投资费用。
5.弯曲性
长峰合金电缆弯曲性能优良,安装方便。长峰合金电缆由于独特的合金配方、加工工艺
及自锁式铠装结构,柔韧性能大幅提高,一般的铝缆的弯曲半径为10~20倍外径,而合金电
缆的弯曲半径仅为7倍外径,更便于建筑内使用。
GB/T 12706.1附录G,电缆安装时的最小允许弯曲半径见表G1。
单芯电缆三芯电缆
项目
无铠装有铠装无铠装有铠装
15D
12D 安装时的电缆最小弯曲半径 20D
15D
靠近连接盒和终端电缆的最小弯曲半径
15D 12D 12D 10D (但弯曲要小心控制,如采用成型导板)
注:D — 电缆外径。
图1:长峰合金电缆安装时的最小允许弯曲半径为7D
(四)、可靠连接性
在过去的经验积累和认知中,铜铝连接一直是最为关键的问题。铜和铝(或铝合金)如果直接连接接触,因金属材质不同,存在电位差,在潮湿的空气中会发生电化学腐蚀。在电力系统中,这种腐蚀会增加接触电阻,使接头处发热,是系统安全运行的隐患。
另外,铜和铝(或铝合金)的膨胀系数不同,如果采用刚性连接会造成金属疲劳,长时间使用后会造成连接处松驰,也会增加接触电阻。这是人普遍担心的问题。
铝合金电力电缆对于终端的处理,主要依靠以下几个手段:
第一、 镀锡。铜排镀锡或铝端子镀锡都是可行的。用铜排镀锡和铝端子镀锡来解决铜铝过渡问题已经广泛应用于电力行业,被证明是安全可靠的。
第二、 采用特制的过渡垫片。这种垫片介于铜铝之间,有效地防止铜铝接触带来的腐蚀问题。
第三、 涂抹抗氧化剂。当用电设备的铜接头没有镀锡,而铝端子也没有镀锡时,可以采用涂抹抗氧化剂的方法。抗氧化剂介于铜铝之间,可以有效地防止电解
质的进入,从而避免了电化学腐蚀。
采用以上第一、第三种方法连接时,需要加装碟形垫片来吸收铜/铝的膨胀系数不同带来的松驰,用扭力扳手拧紧后,无需对整个连接系统进行任何维修和二次拧紧。
铝合金材料中由于加入了铜、铁、镁和其它稀土元素,大大改善了其连接性能。尤其是当导体进行特殊的热处理时,添加的铁元素产生了高强度抗蠕变性能,保证了电缆即使在长时间过载和过热时的也具备良好的连接稳定性。
铜/铝合金连接在北美通过了权威测试实验室按照长期运行(大于30年)所制定的100次冷水急冷连接头热循环测试标准试验;在中国上海电缆研究所,通过了按照长期运行(大于30年)所制定的IEC1000次连接头热循环测试标准试验。试验证明其具备良好的连接可靠性。
(五)、环保阻燃特性(YJLHB9连锁铠装型合金电缆)
在高层建筑发生火灾时,浓烟和毒性气体是火灾中致命的杀手,大量的浓烟吸入体内会造成死亡,吸入微量的浓烟则可能导致昏厥,影响逃生。而以往所用的PVC绝缘材料恰恰是产生大量有毒气体的根源。长峰连锁铠装型合金电缆可达到低烟无卤性阻燃A级,不含卤素,燃烧时的腐蚀性和毒性较低,产生极少量的烟雾,从而减少了对人体、仪器及设备的损害,有利于发生火灾时的及时救援。
(六)、良好的防护和耐腐蚀性
长峰合金电缆所使用的铠装材料不同。较常见的普通电缆使用的铠装材料为钢带铠装,普通镀锌钢带为磁性材料,碰撞时会产生火花,对电流的传输也有些影响。长峰连锁铠装型合金电缆产品,铠装层是5000系列合金,强度高,耐腐蚀性强,属于非磁性材料,碰撞时不会产生火花,在接近易燃易爆物品时安全可靠。自锁式的结构能使其在更小的空间内弯曲。
一般电缆导体的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀,从单纯的金属特性看,铝的抗腐蚀性能优于铜。铝在空气中很快形成一层厚度约为2×10-4mm的致密氧化膜,防止内部的金属被进一步腐蚀;而铜则不能形成氧化膜,所以污染物会进一步向里腐蚀。
在电缆应用中,连接点也决定了系统的耐腐蚀能力,连接点处的电化学腐蚀是由不同的电极电位、金属间的不同电阻、电解液的电导率、阴阳表面的接触面积(电流密度)和金属的极化特性等因素共同作用的结果。采用在美国应用多年来的成熟的端子,解除了疯端子连接存在的隐患。
电位差越大,腐蚀会越严重。铝合金中加入的稀有金属,在化学性能方面,进一步提高以铝为导体的金属材料的耐腐蚀能力,减少了不同金属之间的电位差。
三、长峰合金电缆与铜缆的性能比较
1. 电阻率
在各种导电金属中,铜是仅次于银的良好导体。软铜在20℃时的直流电阻率为0.017241?·mm2/m;其导电率为58.0m/(n·mm2),常将此定为100%IACS,以此衡量其他线材的相对导电率。硬拉铜线导电率为97%IACS。铝也是良好的导电体,软铝导电率约为62%IACS,而长峰铝合金的导电率约为63%IACS,导电性能极好。由于铝的密度比铜小且价格低廉,从总的输电经济性看铝优于铜,从而得到广泛应用。由于导体的导电率与导体面积的平方成反比。因此,当合金电缆与铜缆相比,当它们的电气性能相同时,合金电缆的直径仅仅比铜电缆的直径大25%。
2. 耐腐蚀性
公司技术人员专门就合金材料与铜在酸性、碱性环境下的耐腐蚀性能与铜的耐腐蚀性能
做了对比试验。
铜在酸性动物粪便中的表现(根部已变黑) ,合金在酸性动物粪便中的表现(光亮如新)。合金电缆的接头采用优质铜铝过渡端子,内有保护性油膏,有效地防止了表面接触引起的电化学腐蚀问题。另外,我们为了适应在市场电气连接的需要,使用铜铝过渡端子作为合金电缆与接线铜排的连接方式之一,充分考虑到铜铝连接的安全性,易用性和稳定性,并通过了上海电线电缆研究所进行的1000次热循环试验。
3.合金电缆与铜、铝电缆综合性能对比
电缆类型 铜芯电缆 铝芯电缆 长峰合金电缆说 明
材质 电工铜电工铝 合金 长峰合金导体采用含铝、铜、镁、铁、硼、钛、锌、硅、稀土等元素的8030系列铝合金,经过特殊的退火处理制成。
设计寿命(年) ≥30≥30≥40
载流量 相当 相当 相当 通过适当选型 电压降 相当 相当 相当 通过适当选型
电能损耗 中 高 低 长峰合金电缆采用先进的节能型导体结构,使得每相间的集肤效应与邻近效应大幅度的减少,大大降低了电能在线路中的损耗及电缆长期运行过程中的发热量。
防腐性能(空气
中) 差 优 优
铝材固有的防腐性能,缘自当铝表面与空气接触时的钝化效
果,会立即形成薄而致密的氧化层阻止其继续氧化
防腐性能(电化
学) 无须过
渡处理
需过渡
处理
需过渡处理铜铝过渡端子很好的解决了电化学腐蚀问题
抗蠕变性能 优 差 优 合金中的铁起了主要作用
接头连接稳定性 优 差 优 合金中的铁、铜、和镁起了主要作用 电缆重量 重 轻 轻 同等载流量时,合金电缆重量只有铜芯电缆一半
弯曲半径 12d~
15d
12d~
15d
7d d为电缆直径
最大牵引力(N/mm2)68.6 39.2 53
合金电线截面比铜芯电缆增大1.4~1.5倍,所以合金电缆能
够承受的张力最大
电缆类型 铜芯电缆 铝芯电缆 长峰合金电缆
说 明
回弹量 高
低
低
回弹量越低施工越方便,合金电缆回弹量比铜芯电缆约低40%
铠装电缆抗侧压能力(N/m) 3000 3000 4380 决定于联锁铠装结构 导体柔软性 差 中 优 导体抗折断性 优 差 优
填充系数 80%~90% 80%~90% 大于90%
导体延压性能决定了这一系数,系数越低,导体绞合后直径变得越小 电缆直径 小 大 中
相同性能时
耐低温性能 零下15度 零下15度 零下40度
此性能与绝缘材料和护套材料的品质相关
耐紫外线老化性
能 无 无 有 此性能与护套材料的品质相关
重金属含量 有 有 无 长峰合金电缆所有产品的塑料材料无铅,汞等重金属 安装方便性
一般
一般
优
长峰合金电缆重量轻、易弯曲、反弹小
性价比 差 中 优
因为铜资源的稀缺,铜原材料价格高,铜芯电缆性价比差。
铝芯电缆安全性能低,永久性敷设不推荐使用。长峰合金电缆电气性能稳定、安全性高、价格适中,性价比优,电能在线路中的损耗低,长期运行更省电。
为客户提供 电缆 电缆
系统整套解决方案
长峰公司提供的是:电缆+专用端子+工程师现场免费指导安装+不定期免费运行检查
4.
铜缆与合金电缆的电气性能比较。当它们的电气性能相同时,合金电缆的直径仅仅比铜电缆的直径大
约25%。
5. 在电气性能相同情况下,长峰铝合金电缆重量仅相当于铜缆的一半
合金电缆与铜导体电缆的重量比较
合金电缆(kg/km ) 铜电缆(kg/km )
电缆型号 重量 重量 电缆型号
YJLHB92-4*25 686 1076 YJV22-4*16 YJLHB92-4*35 854 1519 YJV22-4*25 YJLHB92-4*50 1151 1957 YJV22-4*35 YJLHB92-4*70 1503 2759 YJV22-4*50 YJLHB92-4*120 2332 3678 YJV22-4*70 YJLHB92-4*150 **** **** YJV22-4*95 YJLHB92-4*185 **** **** YJV22-4*120 YJLHB92-4*240 4291 7186 YJV22-4*150 YJLHB92-4*300 5217 8807 YJV22-4*185
YJLHB92-4*400 6800 11268YJV22-4*240
在相同的电气性能条件下,合金电缆的重量约是铜电缆的46~63%
6. 安装方便。合金电缆由于独特的合金配方、加工工艺及自锁式铠装结构,柔韧性能大
幅提高,一般铝缆的弯曲半径为10~20倍外径,而合金电缆的弯曲半径仅为7倍外径,更便于建筑内使用。
7. 抗反弹性能好,利于安装敷设。合金电缆的反弹性能比铜电缆小40%
在室温,将铜电缆与合金电缆弯曲900,
应力释放后,电缆的平均反弹角度。
■铜电缆■合金电缆
8. 机械性能优良,带连锁铠装型合金电缆可不用桥架,沿墙明敷设
经同样电气性能的电缆对比,合金电缆可支撑约4000米长度的自重,而铜电缆只能支撑2700米长度的自重。
从安装及应用的角度考虑,合金电缆的机械性能优于铜电缆。
江苏长峰电缆有限公司
二0一二年二月