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国内电缆行业应正面使用低价法宝

http://www.electric.hc360.com2013年12月31日10:38 来源:工业电器网T|T

    电缆行业的“铜铝之争”持续了很多年,尤其在铜价居高不下,电缆生产企业利润率急剧下滑的情况下,“以铝节铜”甚至是“以铝代铜”的呼声尤为高涨。但是对于“以铝节铜”是否行得通却是各有说法。有的以欧美为例,证明铝合金电缆的可靠性;而另外一方面却在通过另外一些证明材料,来说明铝合金与铜芯电缆才存在一定的差异性。因此,“铜铝之争”一直难以分出高低,铝合金电缆的发展也一直止步不前。

    到了2006年,国家质量技术监督局和建设部发布了《住宅建设设计规范》,给铝合金电缆可谓是浇了冷水,在《住宅建设设计规范》有关电气的章节中,明确出现了“导线应采用铜线的规定”。自此,铜芯电缆继续占据上风,而“以铝节铜”则又变成了一种行业的呼吁,但未能有相关政策保驾护航。

    但这样的情况在最近终于发生了改观。日前,在国家质检中心与安徽省政府等联合举办的电线电缆峰会上,工信部可谓给铝合金电缆正了名,工信部表示,将引导企业积极开展关键技术、前沿技术和基础技术研究,通过技术创新加快产业结构调整。推进自然交联线缆工序,促进循环水冷或气冷技术应用,加速高效电缆料设备研发、硅烷交联乙丙橡胶电缆研发、硅烷交联聚乙烯电缆绝缘的再生利用研究。

    而在不久前的“以铝节铜研讨会”上,工信部以及国家发改委都表示,将扩大铝材在电力行业的应用,并由此取代铜材。据悉,以铝合金为芯线的电缆在低压建筑物、构筑物及其附属设施配套等场合可以大量利用。以此可缓解铜价居高不下而造成国内电缆行业产品价格高、利润率低的问题。根据工信部提供的数据显示,2012年,国内电线电缆行业用铜量逐渐升高,其中电网行业用铜量超过500万吨,占国内铜消耗的60%以上。由此可见,铝合金电缆技术以及铝包铜技术在未来将迎来极大的发展,对于整个电缆行业发展的带动或许也是功不可没。

    而之所以电缆铜导体和铝导体会有那么大的分歧,其实很大一部分原因在于铜销售方和铝销售方,并非全部站在电缆行业发展的角度考虑。铜开发、制造和销售方自然希望电缆行业多选用铜材,相反的,铝开发、制造和销售方又希望电缆行业能够使用铝材。但是对于电缆行业来说,那种材料性能稳定、成本低、自然才是被选用的根本条件。

    从成本方面来看,铝材的价格自然要远低于铜材,那么问题的关键就出在两者的性能对比上。由于铜的比重为8.96克/立方厘米,是铝(2.7克/立方厘米)的3.65倍,而铜的电阻率为0.01851Ωmm2/m,是铝(0.0294Ω"mm2/m)的63%。根据国家推荐标准,在20℃时,铜的某截面直流电阻值与对应大两个规格的铝相当,从理论上来说,用铝作为电线电缆的原料比铜划算的多。

    在实际应用中,由于绕组线对体积的要求相对较高,铝对铜的替代作用不是特别明显;但在电力线和通信线领域,情况则要严重的多。在射频信号传输领域,CCA(CooperCladAluminum,铜包铝)材料对铜的替代能力相当强。铜包铝是在铝或铝钢合金芯材表面同心包覆铜层,按规格的不同,铜重量占比主要在15%-25%之间。由于高频信号传输的趋肤效应,有线电视信号在0.008mm以上的铜层表面传递,铜包铝内导体能完全满足信号传输要求,其信号的传输特性与相同直径线铜体相一致。

    随着近年来铝合金电缆以及以铝代铜技术不断优化,其性能也大为改观。在此,以市面上比较成熟而普遍的铜包铝电力电缆和电气装备用电线电缆为例,我们看到优势十分明显。

    1.直流电阻率:铜包铝线的电阻率比纯铜线大,约为纯铜线的1.5倍,在阻值相同时(截面积比铜大),铜包铝线重量约为纯铜线的1/2。根据集肤效应计算,在50MHz以上高频时,与相同截面的铜导体相比,其电阻率相等。在50Hz频率的电力电缆的使用中,其铜导体的集肤效应和邻近效应在150mm2以上就逐渐显得突出,同时由于工矿企业设备动力(如高频炉、大功率电机等)起动、运行时的故障,产生高次谐波电流的能源会注入到供电系统中,在系统的阻抗上产生相应频率的高次谐波电压,致使电压的波形发生畸变,增加供电系统的损耗,使导体发热增加。

    此外,电缆使谐波放大,在接头处产生过电压而损坏电缆头。采用铜包铝导体会起到降低高次谐波产生的交流阻抗(电阻)的作用。在其他使用场合,通过采取提高铜包铝单丝中铜的体积和相应的工艺措施,使铜包铝导体在现有同规格导体的外径尺寸上限内,满足导体直流电阻要求。

    2.采用铜包铝导体可满足目前延续多年的电线电缆在产品选型、设计、使用、安装等方面的习惯,还对电缆的接线端子紧压、锡焊接有利。

    3.降低交流电阻:交流电阻是电流载流量的主要依据,根据集肤效应的原理,单根导线的表面,其单位面积通过的电流比导线的圆心单位面积通过的电流要大。也就是说,大截面导体的圆心在相同导体组成的圆面积内,圆心比圆周通过的电流要小,所以把圆心导体与圆周导体用不同的金属组成是最合理、最经济的。

    此外,影响交流电阻指标除直流电阻、集肤效应外,还有邻近效应,与相同直流电阻的铜导体相比,应采用截面放大的铜包铝导体,在单根导体内,铝在圆心,铜在外圆;放大后的铜包铝导体由于导体总截面增加一部分,因此也增加了导体的表面积,改善了电缆的散热条件,增加了散热面积,而铝的导热系数与铜相近,在同等的材料成本条件下,交流电阻的指标要经济得多。

    4.具有良好的耐腐蚀性:铝比铜易腐蚀,但由于铜包铝材料已经完全冶金化,铝完全被铜所包覆,不会被水、空气接触,完全达到和铜一样的性能。对于铝导体,特别是沿海地区,大气中盐雾所含有的氯离子会凝聚在铝的表面,易在表面的杂质和缺陷周围引起局部腐蚀,形成孔洞、裂纹和微电池,加剧铝导体的腐蚀。

    5.成本低,重量轻:与相同技术指标的铜芯电线相比,铜包铝导体电缆可节约成本40%以上。铜包铝线的比重仅为纯铜线的37%-40%,在线径、重量相等的情况下,其长度是纯铜线的2.5倍。

    6.良好的焊接性:铜包铝线由于其表面同心包覆了一层纯铜,因此具有跟纯铜线一样的可焊性,方便生产。

    可见,通过工艺的不断成熟和新技术的不断研发,“以铝节铜”将更加卓有成效,而铝合金电缆或许将引领国内电缆行业迈向更大的发展。此外,随着“以铝代铜”事业的推进,国内电缆产品将价格更低、性能更加稳定,有利于国际竞争,从而正面使用低价法宝(物廉价美),而不是以降低质量为代价。

责任编辑:张丽丽

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