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[铝合金电缆 ] 铝合金电缆物理性能分析在配电网中的应用

P: 2019-07-07 11:26:12

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配电网按电压等级分类,可分为高压配电网(35—110KV),中压配电网(6—10KV,苏州有20KV的),低压配电网(220/380V);在负载较大的特大型城市,220KV电网也有配电功能。

  按供电区域或功能分类,可分为城市配电网,农村配电网和工厂配电网等。在城市电网系统中,配电网是指35KV及其以下电压等级的电网,作用是给城市里各个配电站和各类用电负荷供给电源。

  电缆是配电网的重要组成部分,对配电网的安全运行有着至关重要的作用,所以,从技术方面着眼对电缆选择应着重考虑电缆类型和导体材质及截面积等。

  电缆类型的选择主要考虑电缆的用途、敷设条件及安全性等因素。根据用途的不同,可选用电力电缆、架空绝缘电缆、控制电缆等;根据敷设条件的不同,可选用一般塑料绝缘电缆、钢带铠装电缆、钢丝铠装电缆、防腐电缆等;根据安全性要求,可选用不延燃电缆、阻燃电缆、无卤阻燃电缆、耐火电缆等。

  电缆导体截面积的选择,一般以导体发热、电压损失、机械强度等作为选择条件。根据经验,低压动力线因其负荷电流较大,故一般先按发热条件选择截面,然后验算其电压损失和机械强度;低压照明线因其对电压水平要求较高,可先按允许电压损失条件选择截面,再验算发热条件和机械强度。

  在导体材质选型方面,由于铝导体具有重量轻的特点,无疑是架空电缆绝缘电缆的首选。从安全性要求出发,由于铝合金导体的抗氧化及耐腐蚀性能明显低于铜导体,在高温场合,在易燃、易爆场所,特别潮湿场所和对铝有腐蚀的场所(如换热站水泵房),人员聚集较多的场所(如活动中心、商业属业人员聚集较多场所),重要的资料室、计算机房、重要的库房(如消防控制室、弱电总机房、监控室),移动设备或有剧烈振动的场所(如发电机房)等,不宜使用铝合金电缆。

  特别需要指出的是,配电网的电气事故绝大部分发生在电气连接部位,电缆导体与连接器(接线端子)之间连接的稳定性与可靠性对于电力系统来说至关重要。下面就进一步加以讨论

  最近几年,由于铜价格的上升而铝导体电线电缆的价格低、重量轻,减轻了施工劳动强度而受到欢迎。铝和铝合金导体已经在电线电缆行业中占有了一定地位,据调查,国内一家大型电线电缆生产企业2014年使用铜原料18万吨,而铝原料的使用量达到11万吨。但是,铝和铝合金电缆在我国城市电网建设中出现的不少问题应得到行业重视。

  铝或铝合金,无论导电性能还是机械性能都不如铜, 20℃的直流电阻率为2.82×10ˉ6 Ω˙cm,大约是铜的1.64倍。铝的导电率低于铜是不容置疑的,加入铜、铁、镁、稀土等合金元素后的铝合金导体仅是部分机械性能有所改善,其导电率不增反降。凡退火工艺精湛者,它的导电性能可非常接近电工铝。“电缆的导体”国家标准GB/T3956-2008将铝和铝合金导体的电阻取相同数值。所以,从理论上讲,即使优质的铝合金导体,当其导体截面为铜导体截面1.5倍时,才能达到与铜导体相同的电气性能(载流量、电压降等)。

  铝导体的脆性使接头容易断裂,还由于蠕变特性,使接头的可靠性降低。所谓蠕变就是在较高温度(如70℃)和较大压力(如螺栓压紧)下,随时间而增长的塑变性。造成接头处松动,使电线电缆接头可靠性降低、甚至损坏的主要原因。虽然经过长期摸索,也找到一些应对办法,如加强巡视,定期加固旋紧螺栓等,但接头的可靠性不如铜是不争的事实。

  而对于铝合金电缆,由于导体是电工铝中添加了微量元素。机械性能有改进,如柔靱性优化,抗蠕变性能提高,但铝合金电缆的关键技术之一是接头。接头材质及工艺是影响品质的重要因素,引进技术的电缆制造企业除了出售电缆外还提供技术服务。若要接头可靠,必须有供应商委派专业人员指导施工,也因此它的价格大大高于铝电缆。尽管如此利润空间仍很大,制造商从开始的两家,一下子猛增到百余家。由于目前各企业都按自己的企业标准生产,貌似相同其实品质差异很大。

  要保证铝合金电缆使用的安全性,必须是符合标准要求的铝合金电缆,还需要严格的施工工艺保障,配上与电缆性能一致的配套铝合金连接器共同使用。

  由于铝、铜的物理性能存在差异,因此,从铝合金导体的物理性能分析可以看出,虽铝合金电缆可以在很低端的配电领域替代铜电缆,据有关业内人士分析,按目前生产水平要在中高压配电领域取代铜电缆还是不可能的。

  铝的熔点为660℃,而铜为1080℃,所以铝合金导体的耐高温能力弱,耐火电缆要求可经受750℃~1000℃作用下维持通电,所以此类电缆,不能采用铝合金电缆。

  前几年见到一种铜包铝电缆,号称可替代铜电缆。但事实上它仅适用于小截面且用于高频器件,由于高频电流的集肤效应,铜包铝线可以发挥它的优势。国内外相关标准也仅限于电子器件。铜包铝线不能用来制造电力电缆,一方面它仅适用于单股线,采用多股线就失去意义,另一方面接头技术无法解决。


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