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[鋁合金電纜 ] 鋁合金電纜物理性能分析在配電網中的應用

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

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配電網按電壓等級分類,可分爲高壓配電網(35—110KV),中壓配電網(6—10KV,蘇州有20KV的),低壓配電網(220/380V);在負載較大的特大型城市,220KV電網也有配電功能。

  按供電區域或功能分類,可分爲城市配電網,農村配電網和工廠配電網等。在城市電網系統中,配電網是指35KV及其以下電壓等級的電網,作用是給城市裏各個配電站和各類用電負荷供給電源。

  電纜是配電網的重要組成部分,對配電網的安全運行有著至關重要的作用,所以,從技術方面著眼對電纜選擇應著重考慮電纜類型和導體材質及截面積等。

  電纜類型的選擇主要考慮電纜的用途、敷設條件及安全性等因素。根據用途的不同,可選用電力電纜、架空絕緣電纜、控制電纜等;根據敷設條件的不同,可選用一般塑料絕緣電纜、鋼帶铠裝電纜、鋼絲铠裝電纜、防腐電纜等;根據安全性要求,可選用不延燃電纜、阻燃電纜、無鹵阻燃電纜、耐火電纜等。

  電纜導體截面積的選擇,一般以導體發熱、電壓損失、機械強度等作爲選擇條件。根據經驗,低壓動力線因其負荷電流較大,故一般先按發熱條件選擇截面,然後驗算其電壓損失和機械強度;低壓照明線因其對電壓水平要求較高,可先按允許電壓損失條件選擇截面,再驗算發熱條件和機械強度。

  在導體材質選型方面,由于鋁導體具有重量輕的特點,無疑是架空電纜絕緣電纜的首選。從安全性要求出發,由于鋁合金導體的抗氧化及耐腐蝕性能明顯低于銅導體,在高溫場合,在易燃、易爆場所,特別潮濕場所和對鋁有腐蝕的場所(如換熱站水泵房),人員聚集較多的場所(如活動中心、商業屬業人員聚集較多場所),重要的資料室、計算機房、重要的庫房(如消防控制室、弱電總機房、監控室),移動設備或有劇烈振動的場所(如發電機房)等,不宜使用鋁合金電纜。

  特別需要指出的是,配電網的電氣事故絕大部分發生在電氣連接部位,電纜導體與連接器(接線端子)之間連接的穩定性與可靠性對于電力系統來說至關重要。下面就進一步加以討論

  最近幾年,由于銅價格的上升而鋁導體電線電纜的價格低、重量輕,減輕了施工勞動強度而受到歡迎。鋁和鋁合金導體已經在電線電纜行業中占有了一定地位,據調查,國內一家大型電線電纜生産企業2014年使用銅原料18萬噸,而鋁原料的使用量達到11萬噸。但是,鋁和鋁合金電纜在我國城市電網建設中出現的不少問題應得到行業重視。

  鋁或鋁合金,無論導電性能還是機械性能都不如銅, 20℃的直流電阻率爲2.82×10ˉ6 Ω˙cm,大約是銅的1.64倍。鋁的導電率低于銅是不容置疑的,加入銅、鐵、鎂、稀土等合金元素後的鋁合金導體僅是部分機械性能有所改善,其導電率不增反降。凡退火工藝精湛者,它的導電性能可非常接近電工鋁。“電纜的導體”國家標准GB/T3956-2008將鋁和鋁合金導體的電阻取相同數值。所以,從理論上講,即使優質的鋁合金導體,當其導體截面爲銅導體截面1.5倍時,才能達到與銅導體相同的電氣性能(載流量、電壓降等)。

  鋁導體的脆性使接頭容易斷裂,還由于蠕變特性,使接頭的可靠性降低。所謂蠕變就是在較高溫度(如70℃)和較大壓力(如螺栓壓緊)下,隨時間而增長的塑變性。造成接頭處松動,使電線電纜接頭可靠性降低、甚至損壞的主要原因。雖然經過長期摸索,也找到一些應對辦法,如加強巡視,定期加固旋緊螺栓等,但接頭的可靠性不如銅是不爭的事實。

  而對于鋁合金電纜,由于導體是電工鋁中添加了微量元素。機械性能有改進,如柔靱性優化,抗蠕變性能提高,但鋁合金電纜的關鍵技術之一是接頭。接頭材質及工藝是影響品質的重要因素,引進技術的電纜制造企業除了出售電纜外還提供技術服務。若要接頭可靠,必須有供應商委派專業人員指導施工,也因此它的價格大大高于鋁電纜。盡管如此利潤空間仍很大,制造商從開始的兩家,一下子猛增到百余家。由于目前各企業都按自己的企業標准生産,貌似相同其實品質差異很大。

  要保證鋁合金電纜使用的安全性,必須是符合標准要求的鋁合金電纜,還需要嚴格的施工工藝保障,配上與電纜性能一致的配套鋁合金連接器共同使用。

  由于鋁、銅的物理性能存在差異,因此,從鋁合金導體的物理性能分析可以看出,雖鋁合金電纜可以在很低端的配電領域替代銅電纜,據有關業內人士分析,按目前生産水平要在中高壓配電領域取代銅電纜還是不可能的。

  鋁的熔點爲660℃,而銅爲1080℃,所以鋁合金導體的耐高溫能力弱,耐火電纜要求可經受750℃~1000℃作用下維持通電,所以此類電纜,不能采用鋁合金電纜。

  前幾年見到一種銅包鋁電纜,號稱可替代銅電纜。但事實上它僅適用于小截面且用于高頻器件,由于高頻電流的集膚效應,銅包鋁線可以發揮它的優勢。國內外相關標准也僅限于電子器件。銅包鋁線不能用來制造電力電纜,一方面它僅適用于單股線,采用多股線就失去意義,另一方面接頭技術無法解決。


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