中强度全铝合金导线工艺

中强度全铝合金导线是指由抗拉强度为230~265MPa的铝合金单丝绞制而成的铝合金绞线。

在超高压、特高压输电线路上采用中强度全铝合金导线（AAAC）较目前普遍采用的钢芯铝绞线（ACSR）具有如下优点：（1）导线拉重比大，弧垂特性好，可增大输电杆塔档距，降低线路建设投资。

AAAC的总拉断力与其单位长度重量之比为9.4KM，而常用ACSR为7~8KM。

（2）导线延伸率大，AAAC具有良好的抗过载能力及疲劳特性。

（3）导线高温特性好，AAAC在更高温下运行，强度损失较少。

（4）在荷载方面，AAAC与相同直径的ACSR 相比，在水平荷载相当时，垂直荷载减少10%。

（5）接续金具简单，施工方便。

AAAC由同种材料绞成，故仅需1个接续管。

其屈服强度约为铝线的1.5倍，压缩型接续不易产生导线鼓包或灯笼现象，对耐强跳线可减少压接工作量，提高效率。

（6）导线表面耐损伤。

AAAC 的硬度（布氏硬度为85HB）为铝线的2倍，但重量比ACSR轻，施工轻放线时可减少运行时电晕损失及无线电干扰水平。

（7）在线路运行过程中，AAAC电能损失少。

虽然中强度铝合金金丝的直流电阻率比硬铝线约高4.3%，但由于同直径时，AAAC的导电截面积较ACSR 大，所以20℃直流电阻要稍低于ACSR。

ACSR钢芯要产生磁滞损失和涡流损失，而AAAC无钢芯，交流电阻要比ACSR低，故电能损失减少，特别是大容量输电时降耗明显。

（8）耐腐蚀。

对大气腐蚀具有天然抵抗能力，而且又避免了铝线与镀锌钢线之间的电化学腐蚀，导线运行寿命长。

（9）AAAC的外层铝合金丝的受力较ACSR外层铝丝的受力相对值要小，耐受振动的性能要好。

鉴于此，中强度全铝合金
导线在国内外受到重视。

国外中强度铝合金单丝和全铝合金导线的发展
中强度铝合金单丝有半热处理半加工硬化型和非热处理型两种。

半热处理半加工硬化型单丝的生产工艺和高强度铝合金导线的基本相同，生产成本和高强度铝合金单丝相当。

非热处理型单丝的生产工艺和硬铝线的基本相同，生产成本和硬铝线相当。

由中强度铝合金单丝绞制的全铝合金导线（AAAC）因其弧垂小，线路损耗低，发明后很快投入应用。

发展最早的铝镁系“5005”非热处理型中强度铝合金线是美国在1956年研制成功，并很快实用化。

上世纪60年代，美国弗吉尼亚电力公司在500KV输电线路上采用了由AA5005中强度铝合金单丝制作的全铝合金导线（AAAC）。

但5005铝合金单丝因存在铸造和加工比较困难以及导电率比较低（最低电导率为53.5%IACS）的缺点，使用受到限制。

对这种铝合金进行改进后，出现了像“MS-AL”、“KAL”和“CK76”等新牌号的中强度铝合金导线。

这些铝合金导线，从成分入手来改善其力学性能和电学性能，同时也考虑改善其耐蚀性能和加工性能。

非热处理型的“MS-AL”中强度铝合金导线由日本古河电气公司在1965年研究成功，并于1969年开始生产。

这种合金导电率高，蠕变性能好，价格也较低。

它是在铝-镁系和铝-镁-稀土系合金基础上发展而来的铝-镁-铜-铁-锑-铌多元合金，其中铜、镁、铁各加0.1%~0.2%，以提高合金的强度。

此外，再加入铌，这不仅改善了合金的耐蚀性，更促使镁锑析出物的弥散强化，有利于改善合金的蠕变
性能。

MS-AL中强度铝合金单丝的最低抗拉强度为240MPa，最低电导率为58.5%IACS。

1970年前后开发的铝-镁-铁系非热处理型中强度铝合金导线有日本电线株式会社开发的KAL铝合金导线、美国Alcam 和Westem Electric公司的“CK76”铝合金导线。

KAL铝合金中的Mg、Fe含量分别不大于0.3%和0.7%，典型的含量为0.17%和0.5%，抗拉强度为225~245mMAa，电导率≥58.0%IACS。

CK76铝合金中的Mg、Fe含量分别0.15%、0.75%，电导率为59.1%IACS.
1973年瑞典Electrokoppar工厂研制出了导电率≥58.84%IACS，抗拉强度≥230MPa的Al-Fe-Cu-Mg-Be中强度铝合金导线，并命名为Ductalex，其化学成分为Fe≤0.40%，Cu：0.05%~0.35%，Mg：0.01%~0.20%，Be：0.001%~0.10%。

后对该合金成分进行微调后，纳入美国铝业协会标准，牌号为AA1120。

瑞典1975年架设了第一条采用Ductalex合金制造的AAAC试验线路，1977年正式用于400KV超高压架空输电线路，到1995年80%的架空输电线路采用Ductalex全铝合金绞线。

澳大利亚从1984年开始在275KV的输电线路上应用61/3.75mm，用AA1120中强度全铝合金绞线替代54/3.75mm+19/2.25mm钢芯铝绞线。

自此以后用中强度铝合金制作的全铝合金绞线和中强度铝合金制作的钢芯铝合金绞线逐渐推广开来。

非热处理加工硬化型KAL、CK76、MS-AL和Ductale中强度和铝合金的制造工艺与硬铝线相同，采用连铸连轧制杆，成本较低，但在制
造的过程中，需严控连铸连轧工艺和拔丝参数。

材料工作者一直以来为了提高中强度铝合金导线的性能而进行深入研究。

荒木功敬等人发明了Al-Mg-In和Al-Fe-Si-Mg-RE系非热处理型中强度铝合金，进一步提高非热处理型中强度铝合金性能，尤其是塑性。

近年来，波兰AGH 科技大学展开了非沉淀析出型合金元素Fe、Si、Cu、Mg、Ti、B和稀土元素在中强度铝合金导体材料中合金化机理的研究，以期进一步提高中强度铝合金导线的性能。

为了提高中强度铝合金导线的塑性，日本住友电气株式会社开发的SI-26，铝-镁-硅系中强度铝合金导线。

该铝合金导线属于半热处理半加工硬化型。

这种铝合金和同样是铝-镁-硅系的热处理型高强度铝合金相比，在热处理和冷加工等方面存在不同特点。

SI-26铝合金是具有Mg2Si时效析出强化相的铝合金。

研究表明，材料的时效强化性能与冷加工有关。

当含镁量不同是，自然时效和冷加工对铝-镁-硅系合金时效后性能能具有不同的影响。

镁含量为0.32%时，铝-镁-硅系合金自然时效后进行冷加工，再进行人工时效时，可显著提高时效强化效果，同时导电性能也随之获得改善。

SI-26中强度铝合金丝的抗拉强度≥246MPa，伸长率为5.5%，电导率≥58.5%IACS，疲劳极限为88.2MPa。

国内中强度铝合金导体材料和导线的发展
2011年1月22日，中国电力企业联合会在北京组织召开了伤害中天铝线有限公司研制的中强度铝合金绞线产品技术鉴定会。

自此中强度铝合金导线在我国有了长足的发展。

在Al-Mg--Si系半热处理半
加工硬化型中强度铝合金导线方面，上海中天铝线有限公司开发了JLH59-425-37中强度铝合金绞线，远东电缆有限公司开发了“JLHA3-675-61中强度铝合金绞线”其电导率超过58.5%IACS，抗拉强度达到240MPa。

该类铝合金导线在制造过程中需对铸锭进行固溶处理，由于有热处理工序使导线的成本增高。

非热处理型中强度铝合金导线，杭州电缆股份有限公司研制了JLH58.5-660-61/3.73中强度铝合金绞线，该导线的电导率超过58.5%IACS,抗拉强度超过240MPa；青岛汉缆股份有限公司研制了JLHA3-675-61中强度铝合金绞线，该导线的电导率超过59%IACS,抗拉强度达到240MPa；武汉航天电工技术有限公司研制了JLHA3-675-61中强度铝合金绞线，其电导率超过59%IACS,抗拉强度达到240MPa。

中强度全铝合金导线标准
在标准化方面，对于非热处理型中强度铝合金导线，瑞典于1981年颁布了基于Ductalex的非热处理型中强度铝合金导线标准，澳大利亚于1984年颁布了基于1120铝合金的非热处理型中强度铝合金导线标准，并于1991年进行了修订。

可见非热处理型中强度铝合金导线的塑性较低。

对于热处理型Al-Mg-Si中强度铝合金导线，英国标准（欧标）的相关规定，可见该标准对中强度铝合金导线的电导率要求较低而对抗拉强度的要求较高，由于采用了热处理，该类中强度铝合金导线的塑性较好。

国际电工委员会正在制定的标准IEC62641不仅要求中强度铝合金有较高的导电性而且要求有较高的塑性和抗拉强度，该
标准中规定的中强度铝合金的性能指标为线径≤5.5mm的导线抗拉强度≥250MPa，伸长率≥3.5%，电导率≥57.5%IACS。

我国国家电网公司企业标准送审稿中对中强度铝合金线有相关规定。

其对热处理型中强度铝合金导线的电导率和塑性有了较高的要求，而对非热处理型中强度铝合金导线的要求高于澳大利亚标准，与瑞典标准相当。

4.中强度铝合金导线展望
瑞典的经验表明，如果想要避免出现震动损伤的危险，在0℃时ACSR的允许额定张应力不应超过60MPa,AAAC的不超过50MPa，即使采取了有效的机械减震措施也不应超过上述值。

因此，在满足一定导线抗拉强度的前提下，提高导线的电导率成为降低线路损耗的关键因素。

我国中强度铝合金导线的标准较国际电工委员会标准对导电率的要求较高，对伸长率的要求较低。

我国正在发展坚强的智能电网，该电网不但要求耐受风电和太阳能发电的潮流冲击，而且要求输电过程中线路损耗低。

提高导线延伸率和电导率是建设稳固节能电网的关键，也是中强度铝合金导线的发展方向。