1、什么是電纜導體的“以鋁代銅”?
顧名思義是電纜導體原來用銅,現在用鋁代替銅。我國從上一世紀五十年代始,由于朝鮮戰爭開打,因銅是重要的戰略物資而遭資本主義國家的禁運。國人還記得響應號召將家里的銅器捐獻給國家的愛國熱情。以鋁代銅是全方位的,生活中銅的水壺、洗臉盆、痰盂、銅暖鍋等等,全部不再有了,生活的方方面面凡是能用鋁的統統用鋁代替。在電工領域“以鋁代銅”也作為一項技術政策頒布實施。凡是能用鋁的不再用銅。用鋁電線、鋁電纜代替銅電線、銅電纜,用鋁排代替銅排。在一些對安全和可靠性不太嚴格的場所,都用鋁導體了。一來是形勢所迫,二來是矯枉過正,在一些本來應該關注安全的場所,也只能將就。這就是“以鋁代銅”,這個過程一直延續到改革開放,根深蒂固影響了一代人。
2.后“以鋁代銅”時期
改革開放以來,國際銅材料大量進口,人們不再為缺銅發愁。大家都知道銅的導電性能和機械性能都優于鋁,如20℃的直流電阻率,鋁比銅大1.64倍,人們反思--干嘛不用銅導體?于是從一個極端走到另一個極端,東南部經濟較發達地區,重新回到從前,電線、電纜不再使用鋁導體。
3.重提“以鋁節銅”
前幾年銅價飆漲,導致電線、電纜價格節節攀升,一定程度影響到電氣工程的投資。于是根深蒂固的印象重新泛起,但改頭換面提出“以鋁節銅”,其實質是一樣的。主要理由是我國銅資源貧乏而鋁資源豐富。其次,鋁較輕,比重約為銅的三分之一,因此可以放大截面,使鋁電纜電阻小于銅電纜。還有鋁電纜價格低。
那么現在這樣提是否恰當呢?國務院發展研究中心經過全國范圍調研,提出報告認為并不恰當、是誤導,并針對性做了回答。第一,我國銅、鋁礦產資源稀缺,未來10~15年面臨缺銅少鋁,銅礦資源可開采19年而鋁礦只能開采7年。銅和鋁同樣大量進口。所以,口號并不符合國情。
4.銅鋁損耗哪個大?
銅導體20℃的直流電阻1.72×10ˉ6 Ω·cm,鋁或鋁合金 2.82×10ˉ6 Ω·cm,大約是銅的1.64倍。因為使用在交流系統,電纜通電后溫度大約在70℃左右,所以要用70℃交流電阻來作比較。工程上銅、鋁纜不能等截面直接比較,因為銅電纜通電能力(也稱載流量),大約是鋁的1.39倍,對于同樣大小的電流,鋁電纜截面要選擇大一點,也就是實際電阻比要小一點。比較合理的是以銅、鋁電纜相同(或相當)的通電能力為條件作對比。從下表1可見當銅電纜截面95 mm2及以下時,鋁電纜要放大一級截面;當大于95 mm2時要放大兩級截面,這時候再來比較二者的電阻值,見表2.
表1 銅、鋁或鋁合金電纜載流量(A)
注:1.表中數據是交聯聚乙烯電纜,導體允許溫度90 ℃,環境溫度30℃。
2敷設方式為E,即在能夠自由流動的空氣中。
表2 電纜導體電阻值 Ω/km
注:R20 R70 -分別為20℃和 70℃的直流電阻-。 R70j- 70℃的交流電阻。
舉例說明:
例1:負荷電流380A,銅電纜選150mm2,鋁或鋁合金電纜則選240 mm2
根據表2,銅、鋁或鋁合金電纜的R70j分別為0.148和0.150Ω/km。
例2:若負荷電流140A,銅電纜選擇35 mm2,按載流量相當條件,鋁或鋁合金電纜應該選擇50 mm2,此時銅電纜電阻0.6274Ω,鋁電纜0.770Ω。
從表2可見例2是銅、鋁電阻最接近的一對;還可以看出銅、鋁電纜無論怎樣替代,鋁或鋁合金電纜的電阻總是略大于銅電纜,也就是鋁或鋁合金電纜損耗值稍大一些。
5.電阻差異不容小覷
進一步量化以上兩個例子的損耗值。首先要確定例1、例2各自統一的運行方式,見表3,電纜壽命為30年。
表3 案例負荷運行方式
根據導體損耗計算方法,結果如表4.
表4 案例每km電纜損耗計算結果
6.銅包鋁母線和鋁合金電纜的損耗小于銅的說法由來
上面已經分析了銅鋁損耗之比其實是電阻比,那么將鋁母線或鋁電纜截面再放大,比如將鋁電纜截面比銅放大三級,鋁或鋁合金及銅包鋁的電阻和損耗就比銅小了。的確這樣可以使鋁電纜損耗比銅電纜低,但是工程上往往不允許這樣做。首先技術層面,加大截面后占用敷設通道多,城市電網對此特別敏感,浙江電網就有因通道不夠將鋁電纜改為銅電纜的案例。對工業與民用建筑,也會遇到類似問題。其次,經濟上也未必可取,采用鋁或鋁合金電纜主要理由是節約投資。優質鋁合金電纜造價僅比銅省20%~30%,如果再放大截面將無利可圖,何必再犧牲可靠性而采用鋁或鋁合金電纜呢!所以我們以載流量相當作對比,相對比較合理。節能銅包鋁母線也是用加大截面來與銅母線比較。技術人員通常不會這樣做,而往往是商家的過度宣傳。
7.談談可靠性
很多資料都表明,鋁或鋁合金電纜應使用在對可靠性不太強調的場合,的確,由于鋁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。所謂蠕變就是在接頭溫度超過70℃和螺栓壓緊的壓力下,隨時間而增長的熱塑變形。它是電線電纜接頭可靠性降低、甚至損壞的主要原因。鋁合金較電工鋁有較大改進,但與銅相比,銅仍然略勝一籌。
8.正確把握銅、鋁和鋁合金電纜應用
事物總存在兩面性,由于鋁導體電線電纜的價格較低、重量輕,可大大減輕了施工勞動強度而受到歡迎,從北美引進了鋁合金導體電纜技術,近年鋁合金電纜在中國大地蓬勃發展也說明這一點。
鋁和鋁合金電纜有它的用武之地,但不是“替代”銅電纜。三者應各司其職,共同發展。
來源:電纜網