铝合金电力电缆，YJLHV，YJLHV22，铝合金电力电缆性能

1.铜铝的对比

1.1 铝与铜的性能比较（20℃）

 

注：数据来源于《铝合金及其加工手册》第二版

 

1.2 铜铝导体在电力电缆中的应用

从电缆生产标准来说，所有电力电缆制造遵从GB12706.1-2008«额定电压lkV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及附件:第1部分:额定电压1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)电缆»，其中电缆的导体按照GB/T3956-2008生产。GB/T3956-2008<电缆的导体>中有明确的规定，可以采用第1种或第2种镀金属层或不镀金属层退火铜导体、铝或铝合金导体。

 

注：数据来源于《铝合金及其加工手册》第二版

 

1.3 铝导体在电力电缆应用中的问题

 

六、七十年代，全球铜价高速攀升，由于政治因素，铜材作为战略物资受到贸易管制，国内大量采用铝作为输电电缆的主要导体材料，“以铝代铜”成为电气行业普遍遵循的技术政策，选用铜导体电缆需要报告申请。所以民用建筑的干线，支线都采用纯铝线缆。纯铝导体（AA1350）的缺点主要体现在如下几个方面：

（1）机械强度差，容易折断，

（2）易蠕变，需要经常紧固螺丝

（3）容易过载发热，存在安全隐患

（4）没有很好的解决铜铝过渡连接问题

  这些问题不仅仅是国内面临的问题，世界电缆行业也面临同样的问题。随着国际形势的好转，中国改革开放的实施，我们能够方便的从国外大量进口铜资源，而且铜铝之间的价差不大，以铝代铜在国内逐步淡化；与此同时，国外积极研发新的铝合金导体，解决合金导体和端子的连接问题，最终美国以及欧洲在配电线路上大量应用铝合金导体。在美国国家电气规范^[5]NEC330.14规定：“8，10，12AWG截面（相当于国内8.37mm²,5.26mm²,3.332mm²）的实心导体应由AA8000系列电工级铝合金材料制造。绞合型导体从8AWG （相当于国内8.37mm²）到1000kcmil（相当于国内506.7mm²）标识为Type RHH, RHW, XHHW, THW, THHW, THWN, THHN, service-entrance Type SE Style U and SE Style R 应由AA-8000系列电工级铝合金导体材料制造。”

 

 

 

2. 铝合金导体

 

2.1 铝合金导体的发展

 

用作导体的铝合金在六、七十年代由于铜价的高速攀升迎来飞速的发展。在国际铝行业协会的铝合金牌号中，用作导体的铝合金主要有AA1000系列即纯铝，AA6000系列导体，和AA8000系列导体。AA1000系列导体主要用在高压架空线；AA6000 Al-Mg-Si（铝镁硅合金）系列导体主要用在高压架空线和铝母排；这两类导体都是以硬态导体存在，接头的连接以焊接为主。AA8000 Al-Mg-Cu-Fe（铝镁铜铁合金）系列是真正用在配电线路上的软质铝合金。

AA8000系列铝合金在六、七十年代获得一系列专利。

铝合金

 

 

 

2.2 AA8000系列导体主要化学成份如下：

 

铝合金		以质量为基础的化学成份百分比%
ANSI	UNS	铝	硅	铁	铜	镁	锌	硼	其它 （合计）	其它 （合计）
8017 8030 8076 8130 8176 8177	A98017 A98030 A98076 A98130 A98176 A98177	残余 残余 残余 残余 残余 残余	0.10 0.10 0.10 0.15B 0.03-0.15 0.10	0.55-0.8 0.30-0.8 0.6-0.9 0.40-1.0B 0.40-1.0 0.25-0.45	0.10-0.20 0.15-0.30 0.04 0.05-0.15 …… 0.04	0.01-0.05 0.05 0.08-0.22 … … 0.04-0.12	0.05 0.05 0.05 0.10 0.10 0.05	0.04 0.001-0.04 0.04 … … 0.04	0.03A 0.03 0.03 0.03 0.05C 0.03	0.10 0.10 0.10 0.10 0.15 0.10

A：最大锂含量为0.03

B：最大硅和铁的含量为1.0

C：最大镓含量为0.03

注：数据来源于Aluminum Electrical Conductor Handbook  Third Edition

 

 

2.3 AA8000系列导体与纯铝（AA1350）导体比较

 

 

由于增加了铜/铁/镁元素，这些元素在合金中起到非常关键的作用：

铜：增加合金在高温时候的电阻稳定性；

铁：抗蠕变性与压紧性提高了280%，避免了由于蠕变引起的松弛问题

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。

 

注：数据来源于《铝合金及其加工手册》第二版

 

（1）机械强度，从表上可以看出，和AA1350纯铝导体相比，AA8000系列导体的抗拉强度约是纯铝的150%，屈服强度约为纯铝的200%。

（2）抗蠕变性能

在通过500小时的蠕变试验中，可以看到，和AA1350纯铝导体相比，AA8000系列合金的抗蠕变性能约是纯铝的280%，基本达到了和铜导体同样的水平。

 

2.4 铝合金和铜导体的对比

 

 

导体特性	密度    (g/mm3)	熔点    (℃)	线膨胀系数	电阻率 (Ω*mm2/m)	导电率 IACS%	抗拉强度(MPa)	屈服强度（MPa)	伸长率（%）
电工铜(Cu)	8.89	1083	17*10-6	0.017241	100	220-270	60-80	30-45
AA8000铝合金	2.7	660	23*10-6	0.0279	61.8	113.8	53.9	30

 

对比AA8000铝合金导体和铜导体，发现由于电阻率的不同，它们的IACS不同，AA8000铝合金是铜的61.8%，当我们将铝合金导体的截面积增大两档或者提高到铜导体截面积的150%时，其电气性能一致。

抗拉强度，铝合金导体只有铜导体的一半（113.8：220MPa），由于AA8000铝合金的密度只有铜导体的30.4%，因而即使铝合金导体截面积提高到铜导体截面积的150%，铝合金导体的重量也只有铜导体的45%，这使得铝合金导体的抗拉强度相对于铜导体还有一定的优势。

AA8000铝合金导体的屈服接近于铜导体，从而使得铝合金导体的蠕变性能接近铜导体的蠕变性能。在断裂伸长率上，铝合金导体和铜导体基本相同。

由于铝合金导体和铜导体的膨胀系数不一样，使得铜导体和铝合金导体不宜直接连接。我们通过如下方式，保证连接的可靠性。

 

 

2.5 连接可靠性

 

电力电缆导体用压接型铜、铝接线端子和连接管标准GB14315-2008已经正式实施，在该标准中，也已经正式将铜铝过渡端子写入标准，为合金电缆和铜排以及铜的电气设备连接提供了理论依据。目前铜铝过渡采用主要有如下种方式，

（1）       合金电缆+铜铝过渡端子（端子直接和铜排连接）。

（2）       合金电缆+铝端子（铝端子和镀锡铜排连接时，按照国标提供的力矩值紧固螺丝，并增加碟式垫圈，以便铜铝金属在热胀冷缩是保持铜铝的有效连接）。

（3）       合金电缆+铝端子+双金属垫圈（垫圈的铝部分和铝端子连接，铜部分和铜排连接）。

这些连接方式均需要按照IEC61238-2008或者GB9327-2008做1000次热循环实验，模拟30年的应用，保证电缆连接的可靠性。合金导体无论是在美国佐治亚州供电局还是上海电缆研究所的热循环实验都表明合金电缆的连接时安全可靠的，实验报告数据显示，其连接的可靠性甚至比铜导体的还要稳定。