黃崇祺

（上海電纜研究所，上海200093）

“以鋁節(jié)銅”要澄清是非

黃崇祺

（上海電纜研究所，上海200093）

電纜工業(yè)“以鋁節(jié)銅”是國際性趨勢，其進程要按各國的實際情況有所不同，但只能隨著科技的發(fā)展、人們習慣勢力的改變而漸進式地發(fā)展。當前中國電纜工業(yè)擴大電工用鋁的應(yīng)用，其方向在電工用鋁合金，研究開發(fā)的實質(zhì)和基礎(chǔ)在具有真正自主創(chuàng)新的合金材料的桿材和線材；擴大應(yīng)用主要體現(xiàn)在材料的品種、性能和質(zhì)量的穩(wěn)定性上。我國電纜工業(yè)發(fā)展電工用鋁和鋁合金有技術(shù)潛力，但生產(chǎn)裝備急需升級換代，否則將影響產(chǎn)品的質(zhì)量和推廣應(yīng)用。

以鋁節(jié)銅；電工用鋁；鋁合金

0 引 言

（1）因為銅、鋁（鋁合金）導(dǎo)體各有自己的特性，不是簡單地“鋁代銅”就可以解決問題。所以導(dǎo)體“以鋁節(jié)銅”應(yīng)本著實事求是的精神，該用銅的線纜產(chǎn)品就用銅，對可用鋁作導(dǎo)體的產(chǎn)品，如經(jīng)科學實驗，試用成功，就應(yīng)推廣應(yīng)用，但反對盲目推行，否則會使產(chǎn)品質(zhì)量下降，甚至頻發(fā)安全事故。

（2）導(dǎo)體“以鋁節(jié)銅”是國際性的趨勢，但其進程按各國的國情、科學技術(shù)的進步和應(yīng)用的習慣勢力而有所不同，甚至走走停停出現(xiàn)反復(fù)，但“以鋁節(jié)銅”的前景大體上是明朗的［1］。

選用銅、鋁或鋁合金的電纜應(yīng)由設(shè)計和使用者根據(jù)綜合經(jīng)濟技術(shù)效果和運行安全的可靠性來決定。

（3）導(dǎo)體“以鋁節(jié)銅”對電纜而言，不僅銅導(dǎo)體和鋁合金導(dǎo)體是競爭者，而且鋁和鋁合金也是競爭者。

在中國，目前鋁合金導(dǎo)體無論在架空導(dǎo)線上或是在電纜上的應(yīng)用與銅、鋁導(dǎo)體相比都是比較少的。

（4）近年來，鋁合金電纜在電力工業(yè)中的應(yīng)用被炒得火熱，亂象凸顯。這主要是由于個別電纜制造企業(yè)夸大不實的宣傳、不了解實情的媒體的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)相傳以及電纜終端用戶和設(shè)計者的質(zhì)疑所致，從而影響了用戶，搞亂了市場和投資，反過來也損害了電纜生產(chǎn)廠。為了讓“以鋁節(jié)銅”健康穩(wěn)步前行，當務(wù)之急要澄清是非。概括起來說，主要有四個問題、四個誤導(dǎo)。

1 以鋁節(jié)銅中存在的幾個問題

（1）宣傳失實，擾亂了正常、有序地推進鋁及鋁合金電纜的應(yīng)用。

（2）誤導(dǎo)投資，使電纜行業(yè)中、低檔產(chǎn)品早已過剩的產(chǎn)能，進一步擴大。

（3）個別企業(yè)申報稀土高鐵鋁合金導(dǎo)體材料的專利。

這個問題的主要爭議點在于：

1）稀土在電工鋁和鋁合金中的應(yīng)用不是新技術(shù)，國內(nèi)早已用了三十多年，目前也在用。上海電纜研究所分別在1981、1985、1990、1991、1997和2006年獲得了機械工業(yè)部、國家科技部、上海市科技博覽會一等、二等、金獎等獎勵和授權(quán)發(fā)明專利。

2）稀土在電工鋁和鋁合金中的應(yīng)用，與在電線電纜導(dǎo)體制造中加鐵、加硼一樣，只是一種工藝處理的方法，不是去搞什么專用的合金。

3）對架空線用鋁和鋁合金線，由于要求高強度和高導(dǎo)電率，過去國產(chǎn)鋁原料普遍含硅高，不適宜作架空導(dǎo)線使用。為此加入少量鐵可增加強度，再加入少量稀土進行優(yōu)化處理，可增加導(dǎo)電率；對電纜線芯用鋁合金線，要求的技術(shù)門檻比較低，而且又是軟態(tài)線，導(dǎo)電率不成問題，且強度要求又不高，再加上現(xiàn)在國產(chǎn)鋁原材料普遍含硅較低，所以加稀土是沒有必要的。

在制訂“電纜導(dǎo)體用鋁合金線”國家標準時，有8個參與提供樣品的電線電纜廠送交了試驗樣品，上海電纜研究所在同一試驗條件下進行驗證對比試驗，其結(jié)果是：加稀土的電纜導(dǎo)體用鋁合金線的機械性能和導(dǎo)電率，沒有高人一籌之處，和未加稀土的電纜導(dǎo)體用鋁合金線一樣，只是都達到了標準的要求而已。在新制訂的“電纜導(dǎo)體用鋁合金線（GB/T 30552-2014標準）”和“額定電壓0.6/1 kV鋁合金導(dǎo)體交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜標準（NB/T標準）”中沒有專門談到稀土高鐵鋁合金線。

4）對電線電纜芯用的鋁合金線，為了提高它的抗壓蠕變性能，有利于電纜的連接安全，北美加鋁和南方線材公司分別在鋁中加入較高的鐵，他們在60年代就申請了專利，80年代又形成了8000的系列標準，一直沿用至今。在制訂GB/T 30552-2014時，為了驗證抗壓蠕變性能，有8個參與提供樣品的電線電纜廠（其中有一個廠因供樣原始條件不符要求，未進入試驗驗證行列），在上海電纜研究所同一試驗條件下進行對比試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，自認為質(zhì)量較好的電纜廠，其產(chǎn)品的抗壓蠕變性能（見圖1曲線3和4）反而較差。

歷史的教訓值得注意：幾十年前，當稀土優(yōu)化綜合處理技術(shù)在電工鋁導(dǎo)體（也可用于鋁合金導(dǎo)體）生產(chǎn)上推廣應(yīng)用之際，原電力部管理架空輸電線路的某領(lǐng)導(dǎo)也提出要制訂稀土鋁導(dǎo)線標準，目的在于控制壟斷這方面的業(yè)務(wù)，后經(jīng)與電纜行業(yè)溝通，終于作罷。后來在市場上有的生產(chǎn)企業(yè)根本不加稀土，卻以稀土鋁導(dǎo)線高價銷售。總之，要不要制訂標準，不能靠長官意志，要靠的是科學技術(shù)和市場的配置法則。

圖1 蠕變曲線［2］

（4）推進“以鋁節(jié)銅”在利潤刺激下似乎是制造方“熱”，而應(yīng)用方“溫”，實際上雙方都還缺乏充分準備。

雖然“以鋁節(jié)銅”是國際性的趨勢，但不應(yīng)是“高歌猛進”，而應(yīng)是“漸進式”的，要有“技術(shù)準備”和“市場準備”。

就電工用鋁和鋁合金而言，目前電工用鋁基礎(chǔ)較好，但從開發(fā)到穩(wěn)定應(yīng)用也花了10多年的時間；電工用鋁合金特別是架空導(dǎo)線用鋁合金（其技術(shù)門檻要比電纜導(dǎo)體用鋁合金高），到目前為止，國內(nèi)企業(yè)能真正實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)的也只是屈指可數(shù)的若干家。這里的問題涉及裝備現(xiàn)代化的步伐和工藝的穩(wěn)定性。

從應(yīng)用方而言，最關(guān)注的是在不同電壓等級下鋁和鋁合金電纜的連接和安全可靠運行問題。

為了擴大應(yīng)用，應(yīng)用方必須解決連接的技術(shù)及連接備件（鋁-鋁，銅-鋁連接備件），以及施工和人員培訓的問題。當然有關(guān)的標準和規(guī)范也必然是在充分論證的基礎(chǔ)上，通過實踐、總結(jié)，逐步出臺的。

2 “以鋁節(jié)銅”中的幾個誤導(dǎo)

（1）誤導(dǎo)一：鋁和鋁合金電纜是節(jié)能電纜，比銅電纜節(jié)能。

據(jù)國際銅業(yè)協(xié)會ICA調(diào)研報告［3］（2013年2月），從原生金屬材料生產(chǎn)和應(yīng)用的能耗比較：從生產(chǎn)金屬的單位能耗計算分析，原生鋁的單位能耗是陰極銅能耗的2.2倍；從綜合載流量等因素分析，1 t原鋁的能耗仍然比2 t陰極銅的能耗高出約10%；從行業(yè)技術(shù)進步及發(fā)展規(guī)劃計算分析，到2015年，原生鋁單位能耗是陰極銅單位能耗的約2.8倍，1 t原生鋁的能耗比2 t陰極銅的能耗高出約39%。

總之，至少在原生金屬材料階段，在等效可比的能耗方面，銅電纜要優(yōu)于鋁電纜；在相同條件下，銅的導(dǎo)電率明顯優(yōu)于鋁，更優(yōu)于鋁合金。因此，在應(yīng)用階段，產(chǎn)品的終端用戶，應(yīng)按綜合技術(shù)、經(jīng)濟效果和安全運行要求擇優(yōu)選用。

（2）誤導(dǎo)二：失實對比宣傳銅、鋁和鋁合金導(dǎo)體的性能，招致設(shè)計者質(zhì)疑，影響合理地選用電纜。

在相同條件下，通常導(dǎo)電率（軟狀態(tài)）銅（100%～102%IACS）＞鋁（63%～64%IACS）＞鋁合金（≥61.0%IACS）；軟狀態(tài)的柔軟性（彎曲性）特別在細線的情況下，銅＞鋁＞鋁合金。

導(dǎo)體制成電纜以后，它的柔軟性（彎曲性）還與電纜的結(jié)構(gòu)（絕緣、鎧裝等）有關(guān)，如果以聯(lián)鎖鋁合金鎧裝鋁合金電纜和鋼帶鎧裝鋁合金電纜相比，那前者當然為好；金屬導(dǎo)體材料耐蝕性的優(yōu)劣，與其在使用條件下接觸的介質(zhì)和材料密切相關(guān)。架空裸導(dǎo)線與電纜線芯用線的使用條件不同，不能混為一談。

一般而言，純鋁的耐蝕性比鋁合金好，人們試圖加入某種元素，開發(fā)耐蝕鋁合金，但到目前還未見進入工業(yè)性的應(yīng)用。在含鐵和硅比較低的電工用鋁中，如加入適量稀土，在鹽霧中（相當于在沿海地區(qū)架設(shè)的鋼芯鋁絞線線路）試驗證明，可改善其耐蝕性，但如果含鐵、硅較高的鋁，則其結(jié)果是相反的。

作為電纜線芯用的銅、鋁、鋁合金，一般而言，其耐蝕性應(yīng)為銅＞鋁＞鋁合金，但必須指出，電纜線芯用的銅線，如果絕緣材料中有硫，則銅表面就會產(chǎn)生“發(fā)粘發(fā)黑”的腐蝕產(chǎn)物。因此銅線表面要鍍一層錫，其原因就是要使錫起到隔離的作用；銅包鋁線的耐蝕性，一旦銅表面出現(xiàn)“針孔”（露鋁），將產(chǎn)生加速的電化腐蝕，從而導(dǎo)致脆斷。

（3）誤導(dǎo)三：媒體報道國外鋁合金電纜的應(yīng)用已達到了80%～90%，夸大了這個市場的潛力。

據(jù)ICA 2013年10月的調(diào)研報告［4］，對北美、歐洲等主要的電力電纜市場的調(diào)研，其基本的結(jié)論是在世界范圍內(nèi)每年生產(chǎn)的用于傳輸電能的電線電纜，包括裝備用電纜、工業(yè)用電纜、建筑用電纜、電力系統(tǒng)用電纜和裸導(dǎo)線（BOHC，架空導(dǎo)線），所用的導(dǎo)體量是23.12百萬噸銅當量（2012年），銅的份額是42.6%；而電力電纜，只包括工業(yè)用和電力系統(tǒng)用，所用的導(dǎo)體量為7.01百萬噸銅當量（2012年），銅份額為50.6%。報告所采用的數(shù)值是以銅當量來計算的，即1 t鋁的銅當量是2 t；報告所采用的分類方法和國內(nèi)不同，但應(yīng)可供參考。

歐洲是用鋁（其中包括架空導(dǎo)線用鋁合金）比較多的地區(qū)，使用于電纜和架空線的鋁約為51.5%，其中架空導(dǎo)線用鋁（包括鋁合金）為74%，電纜用鋁為26%。

在歐洲，電力電纜用導(dǎo)體只用鋁，不用鋁合金?，F(xiàn)在8000鋁合金的主要使用地在北美和中國，8000鋁合金在北美也只是用于建筑用低壓電纜。據(jù)英國商品研究所（CRU）2013年9月報告［5］：①2012年鋁芯絕緣電力電纜消費增速為6.4%，在金屬絕緣線纜中表現(xiàn)最強勁，但凈增長量不大。②鋁芯電纜在印度應(yīng)用最普遍，在日本應(yīng)用最少。按導(dǎo)體重量計算，全球36.8%的電力電纜使用了鋁導(dǎo)體，其中日本使用鋁芯電力電纜最少，只有4.3%，而印度使用鋁芯電力電纜占了整個市場份額的85%。鋁芯電纜主要應(yīng)用在電力傳輸領(lǐng)域，而工業(yè)用電力電纜還主要用銅芯電纜。③盡管銅價很高，但鋁的替代進程還不是很迅速，鋁芯電力電纜的比例，從2004年的28%到2011年的37%，在7年間只增長了9%。④架空絕緣電纜在電力傳輸領(lǐng)域中的應(yīng)用已越來越大了（這種電纜的結(jié)構(gòu)主要是鋁導(dǎo)體或鋼芯鋁絞線加絕緣），中國2012年的用鋁量已達17萬噸。

（4）誤導(dǎo)四：據(jù)報道，某企業(yè)已在幾個地區(qū)投資了幾個制造稀土高鐵鋁合金電纜的工廠，總計投入幾十個億，幾年后每個新建企業(yè)產(chǎn)值可達100億；甚至還有報道說“預(yù)計未來5年內(nèi)我國鋁合金電纜市場將高速發(fā)展，形成2000億元以上的市場規(guī)?！?。

現(xiàn)在電纜行業(yè)內(nèi)外已掀起瘋狂的投資鋁合金風，有的說有100家，也有說200家，眾說紛紜。

現(xiàn)在電纜行業(yè)最擔心的是產(chǎn)能過剩以及鋁合金電纜產(chǎn)品質(zhì)量如何保證，不要再把這個新興的市場搞濫了?，F(xiàn)在已有鋁電纜當鋁合金電纜出售，以獲取高額利潤。值得警惕！

在我國，即使是最大的電纜廠，在幾年內(nèi)鋁合金電纜的年產(chǎn)值要達到100億元，這只能騙騙不知情的投資者；如果在未來5年內(nèi)我國鋁合金電纜市場規(guī)模能達到2 000億元，那么這相當于2012年整個行業(yè)產(chǎn)值的16%，僅此一個鋁合金電纜產(chǎn)品，能達到如此高的產(chǎn)值，簡直是天方夜譚。

［1］ 黃崇祺.電工用鋁和鋁合金在電纜工業(yè)中的應(yīng)用與前景［M］.電線電纜，2013（2）：4-9.

［2］ 電纜線芯用鋁合金導(dǎo)體抗壓蠕變性能（8個電線電纜廠供樣）驗證對比試驗報告［R］.上海電纜研究所，2014年8月.

［3］ 國際銅業(yè)協(xié)會（ICA）調(diào)研報告（內(nèi)部）［R］.2013年2月.

［4］ 國際銅業(yè)協(xié)會（ICA）調(diào)研報告（內(nèi)部）［R］.2013年10月.

［5］ 英國商品研究所報告.CRU全球絕緣線纜市場分析［C］//中國電線電纜行業(yè)大會論文集.2013.33-47.

Saving Copper by Using Alum inum

HUANG Chong-qi
（Shanghai Electrical Cable Research Institute，Shanghai200093，China）

Although the process is different for different countries，saving copper by using aluminum is theworldwide trend now.The progress is step by step as the development of technology and the change of people’s usage habit. The direction of aluminum usage in Chinese cable industry is the expansive application of aluminum alloy.The essential research and development is how to get the new alloy rod and wire.The expansive application of aluminum alloy is depended by the category，performance and steady quality of new alloymaterials.There is a technical potential for development of aluminum alloy in Chinese cable industry.Now there is demand for the equipmentupgrade in China，or there will be negative situation for the quality and expansive application.

Saving copper by using aluminum；aluminum for electrical purpose；aluminm alloy

TM241

A

1672-6901（2014）06-0042-03

2014-08-08

黃崇祺（1934-），男，中國工程院院士.

作者地址：上海市軍工路1000號［200093］.