铝合金电缆在城市中压电网的适用性研究

一引言

随着我国经济步入发展新常态铝合金电缆在电气市场中占据了一定份额相关媒体和企业提出了在电力电缆领域全面推广以铝代铜并冠之以未来发展方向解决铜资源短缺的战略举措本文主要对铝合金电缆和铜电缆进行八个方面横向对比并结合实际应用情况理性审慎地看待铜铝替代问题

二铜铝矿产资源的现实比较

我国铜资源相对短缺是客观事实但铝资源其实并不富裕所谓富铝缺铜更是不符合国情的误导宣传众所周知国内铝加工行业由于产能严重过剩早已列入国家限制淘汰落后生产序列国产铝土矿石的铝硅比偏低氧化铝生产成本偏高铝矿的过度开采使国内储采比仅有年远低于石油工业年的储采比显然储量不能满足经济快速增长的需要然而为维持庞大的铝业产能必须从海外大量采购铝矿资源预计到十三五末铝矿的海外依存度将达到以上从长期来看客观上存在铝资源短缺的系统性风险反观铜作为可循环使用的金属国内储采比尚有年之久若能利用当前外汇储备和低价铜矿的优势大量收购国外铜矿资源藏铜于国内无疑更具有突出战略意义

三铝合金电缆与铜电缆的性能比较

铝合金电缆是在普通铝的基础上加入微量元素作为导体的电缆形式虽然是纯铝电缆升级版本但与铜电缆相比仍有明显的比较劣势

铝合金电缆的导电性较差

铝合金电缆导电率只有铜电缆的相同电缆截面下偏大的电阻必然造成线损偏高降低能源利用效率相同载流量条件下铝合金电缆电阻率总是略大于铜电缆以负荷电流A年利用小时数h运行寿命年为例铜电缆截面若采用mm则铝合金电缆截面需mm两者的电阻率分别是km和km年能耗为kwhkm和kwhkm全寿命周期内两者能耗差为kwhkm显然全寿命周期内铝合金电缆的损耗偏大背离国家节能减排的发展方向

铝合金电缆载流量偏低

城市电网供电可靠性要求达到核心区需达到的更高水平由于城市电缆网采用环网结构故障情况下短时间内保护动作迅速将负荷切转至对侧线路确保不间断用户供电但要实现电网高可靠性完善的网络结构优良的设备和线路都是必不可少的电网中的供电线路必须具有较高的载流量除自身负荷外还能承担临时切换负荷同等截面的铜芯电缆比铝合金电缆的载流量高出以上显然更能满足城市供电可靠性的要求

铝合金电缆机械抗拉强度低

铝合金电缆的抗拉强度只有铜电缆的允许牵引力比铜电缆低城市配电网大量采用电缆环网结构规划设计上考虑尽量减少电缆中间接头的使用实际使用中单根铜电缆敷设长度一般在米区间考虑在同等载流量条件下单根普铝电缆的敷设长度仅为米考虑牵引力的影响单根铝合金电缆的敷设长度只有米显然抗拉强度偏低必然导致单次牵引电缆的长度受限需额外增加大量中间接头增加后续运行维护风险

铝合金电缆耐腐蚀性能弱

电缆导体的腐蚀主要是金属电化学腐蚀即在金属表面发生原电池或杂散电流干扰引起的电解电池作用铝合金电缆在生产工艺中为了改善抗蠕变性能加入了镁铜锌硅等元素并增加热处理工序由于电缆运行工况复杂在含有电解质的环境中电极电位更低的铝与其他加入的金属元素存在电极差从而形成电流通路发生孔蚀和裂隙腐蚀等电化学现象铝合金电缆热处理工艺还容易造成导体表面物理状态不均匀增加电化学腐蚀的可能继而发生应力腐蚀裂纹和晶间腐蚀

铝合金电缆耐高温性能差

铜的熔融点为而铝的熔融点仅为显然铜导体是耐火电缆更好的选择火灾情况下中心环境温度可上升到以上电缆必须能够维持通电的基本功能以构筑生命保障线显然当火场温度高于铝合金和铝的熔融点后无论采取何种隔热措施电缆导体都会在短时间内发生融化丧失导电功能从而严重影响火场人员安全疏散

铝合金电缆接头故障风险高

电缆运行经验表明故障均发生在接头部位铜具有铝和铝合金无法比拟的优越性铜接头氧化生成的氧化铜是优良导体仍能够保障接头和端子的电气连接性能铝和铝合金接头发生氧化生成的氧化铝是绝缘体质地坚硬粘结力强的特性使其难以形成良好的导电触点易造成触点发热电气设备终端多采用的是铜制接头使用铝合金电缆就会形成铜铝连接铝合金的热膨胀系数远高于铜由于电网运行始终存在峰谷差当负荷发生明显变化时温度快速变化接触区出现较大的侧向运动切断了金属触点的有效连接增大接触阻抗导致连接处温度上升冷却时再次发生热应力变化进一步形成界面剪切作用在长期冷热反复作用下当热应力大于铝的屈服力时就会在接触区内形成不可逆的塑性变形加速接头处的损耗程度直至最终出现连接故障铝合金导体在热胀冷缩后更容易产生接触不良的现象接触区的恶性循环又对接头安全运行形成巨大考验

铝合金电缆占用通道资源多

在相近能耗条件下铝合金电缆截面需大于铜电缆两个规格以上才能达到相近的载流量然而增大的导体截面对电缆敷设和电缆通道结构尺寸都带来严重影响电缆通道资源是城市电缆网建设的重要组成部分受城市道路规模和交通组织的影响大多数电缆采用排管和拉管方式敷设选用铝合金电缆进行排管内敷设则排管孔径必须放大到敷设铜电缆孔径的倍以上显然增加了电缆土建工程建设成本同时扩大的土建规模增加了占地在城市地下资源日益紧张的条件下显然并不具有可行性

铝合金导体安装工艺要求高

安装铝合金电缆需要使用特殊工具不同厂家接头甚至需要配置不同工具无疑增加施工安装成本铝合金电缆安装程序复杂一般分为剥离绝缘层去除导体氧化层涂覆抗氧化剂插入端子压接成型擦除多余抗氧化剂等个主要步骤不正确的安装容易导致接头接触电阻过大异常温升直至发生电缆故障国内目前的电缆施工力量参差不齐现场管理水平也落后于发达国家相比较而言铜电缆应用经验丰富具有更好的机械性能和安装容错性施工工艺比较简化更适合现阶段的实际情况和发展水平

四结语

综上所述铝合金电缆是一种投资风险大市场空间有限对用户安全可靠性保障度低的产品相对铝电缆仅是在抗蠕变性能方面有局部改善却不能对铝电缆的其他不足方面提供有效的解决方案通过上述对比分析铝合金电缆并不适合在中压系统和城市配电网推广使用