對于機電安裝行業(yè),電線電纜在機電安裝工程中占據(jù)了重要的地位,作為其主要原材料的銅,占了電纜產品總成本的70%~80%,銅電纜的價格隨著銅價的上漲而急劇增長,對投資方和施工方在工程造價控制方面帶來大的困難,為此,銅包鋁電纜研究和應用迅速增長。
銅包鋁線纜是指以鋁芯線代替銅成為線纜主體,外面包一定比例的銅層的電線電纜。銅包鋁電纜就其用途來分,基本可分為兩類:一類是信號或通訊用途的銅包鋁電纜,另一類是供電用的銅包鋁電纜。就其特性,將銅包鋁和純銅電纜進行以下的比較。
銅包鋁電力電纜
直流電阻率。銅包鋁線的電阻率比純銅線大,約為純銅線的1.5倍,在陰值相同時,銅包鋁線重量約為純銅線的1/2。根據(jù)集膚效應計算,在5MHz以上高頻時,與相同截面的銅導體相比,其電阻率相等。在50Hz頻率的電力電纜的使用中,其銅導體的集膚效應和鄰近效應在150mm2以上就逐漸顯得突出,同時由于科學技術的不斷發(fā)展,產生高次諧波電流和能源會注入到供電系統(tǒng)中,在系統(tǒng)的阻抗上產生出相應頻率的高次諧波電壓,致使電壓的波形發(fā)生畸變,增加供電系統(tǒng)的損耗,使導體發(fā)熱增加;此外,電纜使諧波放大,在接頭處產生過電壓而損壞電纜頭。采用銅包鋁導體會起到降低高次諧波產生的交流阻抗(電阻)的作用。在其他使用場合,通過采取提高銅包鋁單絲中銅的體積和相應的工藝措施,使銅包鋁/銅復合導體在現(xiàn)有同規(guī)格導體的外徑尺寸上限內,滿足導體直流電阻要求。
接駁方式。采用銅包鋁導體可滿足目前待續(xù)多年的電線電纜在產品選型、設計、使用、安裝等方面的習慣,還對電纜的接線端子緊壓、錫焊接有利。
降低交流電阻。交流電阻是電流載流量的主要依據(jù),根據(jù)集膚效應的原理,單根導線的表面,其單位面積通過的電流比導線的圓心單位面積通過的電流要大,也就是說,大截面導體的圓心在相同導體相成的圓面積內,圓心比圓周通過的電流要小,所以把圓心導體與圓周導體用不同的金屬組成是合理、經濟的。影響交流電阻指標除直流電阻、集膚效應外,還有鄰近效應,與相同直流電阻的銅導體相比,采用銅復合導體后,單根導體內,鋁在園心,銅在外緣;在絞合導體內,內層是銅包鋁,外層是純銅,而鋁對集膚效應和鄰近效應都沒有銅敏感,同時銅復合導體會使導體總截面增加一部份,因此也增加了導體的表面積,改善了電纜的散熱條件,增加了散熱面積,而鋁的導熱系數(shù)與銅相近,在同等的材料成本條件下,交流電阻的指標要經濟得多。
具有良好的耐腐蝕性:鋁比銅易腐蝕,但由于銅包鋁材料已經完全冶金化,鋁完全被銅所覆,不會被水、空氣接觸,完全達到與銅一樣的性能。銅包鋁/銅復合導體還更用利于避免電纜在長期使用過程中由于腐蝕、碰傷或因緊壓、錫焊接不好使導體與接線端子接觸不良、發(fā)熱引起銅層脫落和銅鋁兩種金屬之間形成電勢差,加速電化腐蝕,造成電纜端部燒毀的隱患。對于鋁導體,特別是在沿海地區(qū),大氣中鹽霧所含有的氯離子會凝聚在鋁的表面,易在表面的雜質和缺陷周圍引起局部腐蝕,形成孔洞、裂紋和微電池,加劇鋁導體的腐蝕。
成本低重量輕。與相同技術指標的銅芯電纜相比,銅包鋁導體電纜可節(jié)約成本40%以上,銅包鋁/銅復合導體電纜可節(jié)約成本20%以上。銅包鋁線的比重僅為純銅線的37%-40%。在線徑、重量相等的情況下,其長度是純銅線的2.5倍。
良好的焊接性。銅包鋁線由于其表面同心包覆了一層純銅,因此具有跟純銅線一樣的可焊性,方便銷售。
雖然銅包鋁電纜已經誕生,并正逐步得到應用,但尚有不小阻力,主要表現(xiàn)為銅包鋁電纜尚比較難找到、行業(yè)的應用依據(jù),難以得到設計單位的認可。銅包鋁電纜尚有相當多的產品還沒有3C認證,行業(yè)尚停留在產品鑒定,制定企業(yè)標準的階段,不同品P之間的產品規(guī)格、特性、使用標準差異較大,工程設計者應用時難以把握,投資方暫時也不樂意接受。
但是,隨著的標準和法規(guī)的逐步完善和認可,銅包鋁電纜必將走向規(guī)范化,無疑將成為了未來幾年電線電纜的亮點,帶動整個行業(yè)的發(fā)展。