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铜包铝电缆的可靠性研究
实际上早在20世纪60年代，欧美一些国家就开始研究和应用铜包铝材料，并最早制定了导体标准，而今美国、英国、日本等国家已把铜包铝作为继铜、铝之后的第三代导体。我国近十年来铜包铝导体得到了广泛的应用，主要用于大容量信号传输线，信息产业部并于2000年制定了铜包铝导体行业标准SJ/T11223-2000。国内生产技术也日趋成熟，且形成批量，铜包铝导体在电力电缆中的应用这几年也得到尝试性的成功，在浙江乐清、武汉、上海、青岛、江苏、河南、河北、湖南等省市的一些**电力电缆企业都建立了铜包铝电缆相关参数标准，为铜包铝电缆普及及使用起了重要的作用。
事实也证明，铜包铝电缆在全国多处工程实例运用中，已经完全能代替了铜电缆的性能。我公司借鉴国内外现有成果的基础上进行研究和试验，取得了大量的数据，还对导体的截面、导体在各种有害、腐蚀溶液中，在焊接的接头上，在耐高温中、在拉拔退火工艺上进行试验，同时对其在高频下的交流电阻、载流量、集肤效应、邻近效应等进行了测试，得出结论与在国外研究结果的结论一致，进一步确认铜包铝导体与铜导体直流电阻相同时（截面积比铜的约大28%）具有以下优点：
（1）、其导体间与接线端子的热循环指标要比铜好；
（2）、其交流电阻、载流量要比铜好，从而线损要比铜低；
（3）、其与锡的可焊性和铜相同；
（4）、其接触电阻与铜相同；
（5）、连接容易，可靠绕性好；
（6）、重量轻、价格经济；
（7）、通电运行与铜线同样安全可靠；
国外铜包铝主要生产企业及标准代号
美国科普威公司（GC）；UL1581-2001
美国TI公司；ASTMB13566-2002
英国BICC公司；IE4673-2000
日本电线株式会社；CCAJ1240-1998
在美国铜包铝线已成为同轴电缆的标准材料
来源:输配电设备网 作者:中国国家电缆网
铜包铝线是一种双金属线材,是在铝线外表包复一层一定厚度的铜层,使该线材成为一种高性能的双金属线材,其铜的厚度大约是在最小半经的3.5%。其导电率大约是铜线的62.9%。而同样重量的铜包铝线的长度是纯铜线长度的2.7倍。铜包铝线广范应用于有线电视工业中,在美国铜包铝线已成为同轴电缆的标准材料。因为高频信号传输是完全在导线外层运行,所以铜包铝线可以代替相同规格的铜线。
在低频应用中,铜包铝的安载容量是同规格铜线的65%。因其重量轻,在需要大线规格尺寸时也比铜更为柔软,铜包铝用于电瓶电缆,焊接电缆,楼宇电缆和电磁导线。由于铜包铝是优化了两种金属的**特性于一体的复合线材。铜占线材截面的10%,其厚度最小为线材的3.5%。铜包铝线的密度每立方英寸为12磅(每立方厘米3.32克)是铜线的37%。由于铜包铝线具有经济,质轻,易于操作和安装等优点,在实际应用中是取代铜线的**制品。据悉,近年来我国通讯行业的CATV同轴电缆生产企业为了提高产品质量,降低成本,实现与国际技术接轨,已经采用铜包铝线作为CATV同轴电缆的更新换代产品,且用量逐年增加。
铜包铝线与铜线比,成本下降20%~40%,且具有良好的耐腐蚀性,良好的焊接性及比重小,易于加工,便于安装运输,传输性能好等诸多优点,必将成为铜线的替代品。铝芯电缆替代铜芯电缆。由于铜线缆的制造成本比铝线缆要高出59%,因此,电力行业将更多地使用铝制造线缆。
在国外,欧美和日本都在推广应用铝芯电力电缆。据MBR预计,2006年北美铝线缆的发货量将提高8%至10%。特别是在英联邦国家,铝芯电缆使用得很普遍。发展中国家的电缆工程招标书中,很多都提出用铝芯电力电缆。但是在我国,除铝占有中低电压电缆18%的市场份额外,其他基本上都是铜芯电缆,随着铜价的升高,我国铝芯电缆和铜芯电缆的使用比例必定发生结构性变化。
由于铝芯电缆造价较低(在同等载流量的情况下,铝导体电缆的金属导体原材料成本较铜导体约低四分之一),另据国际铝协副秘书长ChristopherBaylissc称,1公斤的铝电缆能够输送的电量相当于1公斤铜输电量的两倍,因此,铝芯电缆将以较快的发展速度替代铜芯电缆。我国2000多家电机生产企业和7000余家电线电缆生产企业将为铝芯电缆创造一个庞大的市场。电力供应部门已经得到授权,指定在中低电压电缆业使用铝。
在这一领域,铜的总体消费量约60多万吨将被铝替代。据《中国电力报》报道:常州供电公司**成功使用了铝芯电缆,此批规格为500平方毫米、长1640米的10千伏铝芯电缆替代铜芯电缆后,可节约工程投资189万元,只相当于铜芯电缆费用的23%。另外,从国外电缆行业的发展情况看,铝制电缆将应用于航空业,空中客车(Airbus)基于重量因素已经决定部分采用铝制电缆制造A380客机。汽车行业铝制电缆应用也正在研究之中。
变压器绕组的铝材替代一个370kVA变压器约使用33吨铜。因为铝只有铜一半的导电性,但是同样只有其重量的三分之一,只需要60%铝的重量能达到同样的导电性。在国外,铜和铝的变压器都有供应。然而在中国,目前只有铜变压器。如果铜铝价差继续保持目前的水平或进一步拉大,那么相关产业界将有足够的动力来研制铝变压器,实现对铜制变压器的替代,一旦这种替代变成现实,铝材在此领域的消费份额将较铜具有更大的发展潜力。电子材料行业的铝材替代在功率模块中铝材替代铜材。
美国加州的功率半导体和集成电路的供应商IXYS公司近日宣布一项新型的铝基基片技术。该项技术也称为直接铝材连接(directaluminumbonded简称DAB)技术,已经用于集成功率半导体模块的生产中,例如:马达驱动、DC/DC转换器和功率模块中。该项技术是一项替换直接铜材连接(directcopperbonded简称DCB)的先进技术,在直接铜材连接(DCB)技术中铜作为主要的导体被连接到铝或者氮化铝陶瓷上。
在直接铝材连接(DAB)技术中,铝材作为主要的导体与陶瓷形成非常坚固和可靠的连接。这样就可以形成良好的热循环性能,以满足在汽车、工业、航空和航天等应用中对功率控制技术标准的要求。铝材层的安置所采用的方法绝大多数与在标准的DCB和PC板中铜材层的安置方法相同,为了能够方便使用,表面镀覆了一层具有可焊性的材料。DAB基片也比DCB要轻得多,通常情况下可以节省下37%至64%的重量。
铜包铝线的应用
欧美的美国、英国等国家早在20世纪60年代就开始研究和应用铜包铝材料，日本等国家也一直开发相关材料，并进入了实用阶段，使铜包铝成为继铜、铝后的第三种导体。由于铝表面极容易氧化，产生氧化膜又极难除去造成接触电阻大和不能焊锡焊接，严重影响了铝代铜的普及率，而铜包铝的开发成功，开创了铝代铜的转机。早在开发初期，铜包铝在国外仅使用在建筑电线的布线以及广播电视通讯的高频电缆和屏蔽线上。由于铜包铝导体材料生产的产业化，目前国内已可以满足逐步实现大批量的产能，加之铜包铝具有重量轻、相对成本低、价格稳定等优点，克服了铜成本高、价格大起大落等弊端，其应用范围越来越广，已逐步大量应用在电动机、变压器的漆包线、母线、电线电缆上，而且深受广大用户和制造商的欢迎。铜包铝作为导体，与铜、铝一样，理论上可应用在很多场合，例如：
（1）铜包铝扁线或母线可用于电力与电器工业，例如汇流排。
（2）音频、高频、视频用线，例如CATV导线与屏蔽线。
（3）各种电动机、整流器绕组线、变压器绕组线。
（4）工程用电线电缆导线。
（5）电力电缆用导体等等 但是真正**使用场合是音频、高频、视频用线领域，另外有些工程机械电线电缆中也得到广泛应用。
“铜包铝”使电缆盗贼“失业”
用铜包铝取代纯铜电线，可减少70％的铜耗，降低电缆总造价40％。由于“铜包铝”有良好的防盗性能，业已成为光明工程的专用电缆。
据了解，我国建设工程线缆用铜量占全国的20％，铜包铝电线电缆除了可**用于建设工程外，其最突出的优势是用于高频通信（有线电视电缆）和电焊机等，因为有比纯铜更优越的性能，已成上述产品的专用电缆。
但最让人想不到的是铜包铝电缆还有更为优异的防盗性。据不完全统计，我市每年被盗电缆价值几百万元，间接损失更为惨重，尤其是一些光明工程“屡换屡盗”令人头疼。换上铜包铝电缆，最近虽然也有被盗，但发案率大为降低。由于是铜铝复合材料，回收利用都需要专门设备加工。盗贼无处销赃。最近有偷了“铜包铝”的小偷抱怨，早知（铜包铝）不能卖钱，何必冒这么大风险，触电，被捉都不好受。
铜包铝电力电缆早已在国内制造和使用，并且逐步获得供电部门的认可。全国已有30多家电缆企业在按照自己的企业标准制造铜包铝电力电缆，并且还有继续扩大的趋势。目前，郑州电缆公司、上海盛华电缆集团公司、武汉电缆集团公司、兴乐集团和青岛汉缆集团等，都在批量制造铜包铝电力电缆，并且被用户接受。 |
