趙京輝（中交第四公路工程局有限公司，北京 100125）

淺談稀土高鐵鋁合金電力電纜

趙京輝
（中交第四公路工程局有限公司，北京 100125）

本文主要介紹了稀土高鐵鋁合金電纜這種新型材料，并通過與傳統(tǒng)的銅、鋁電纜的對比分析，研究其性能特點及應用優(yōu)勢，以期對建筑業(yè)的發(fā)展有所裨益。

稀土高鐵；鋁合金電纜

電纜是當今輸電工程的主要載體，電力能源從發(fā)電廠輸送到千家萬戶，主要依靠架設在空中或者敷設在地下的電纜完成。所以說電纜的質量和造價，直接關系著輸電工程的質量和造價。

而電纜材料的選擇主要取決于金屬的導電性。物體傳導電流的能力叫做導電性。各種金屬的導電性各不相同，在常溫20℃下，金屬導電性排序前五位為：銀、銅、金、鋁、鈣。導電性好則電阻率低，在常溫20℃下，這五種金屬的電阻率依次為：15.86、16.78、24、26.548、39.1。因為金、銀高昂的價格，沒有成為電纜材料，而鈣在自然界很難以金屬的形態(tài)存在，所以電纜材料主要是銅和鋁。

銅的電阻率為16.78，鋁的電阻率為26.548，銅的導電性能優(yōu)勢明顯，銅芯電纜是當前優(yōu)先選擇的最安全的電纜。

但是，當前銅價約為6萬元/噸，鋁價約為1.8萬元/噸，銅、鋁的價格差別很大，鋁芯電纜的價格優(yōu)勢明顯。并且，鋁在空氣中能形成一層很薄的抗氧化層，有一定耐腐蝕能力。而且鋁的比重是2.7kg/m3，銅的比重為8.9kg/m3，鋁芯電纜重量輕，有利于線路的施工。所以鋁芯電纜也被廣泛用于電力輸送工程。

因為銅和鋁在價格和比重方面的差異，購買1m3銅的成本和購買10m3鋁的成本相當。這樣，就可以通過增大鋁芯電纜的截面積，來提高鋁芯電纜的導電能力，并減少電纜的重量。如何在小幅提高成本的基礎上，通過加入一定量的其他金屬，大幅改善鋁芯電纜的性能，得到性價比更高的電纜產品，在增大截面，降低成本的前提下，達到銅芯電纜的導電能力，一直以來都是各科研單位和電纜廠家關注和研究的核心課題。

稀土有“工業(yè)維生素”的美稱，可以改善金屬的某些性能。稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57 到71 的15種鑭系元素，以及與鑭系元素化學性質相似的鈧和釔共17 種元素。

圖1

稀土高鐵鋁合金電力電纜是在鋁芯電纜的基礎上，通過在鋁芯中添加一定量的鐵和稀土元素，經過融化、混合、退火、淬火等專業(yè)化的工藝流程，改善鋁芯電纜的導電性能，而得到的導電性能優(yōu)于鋁芯電纜的新型產品。以新型稀土高鐵鋁合金材料為導體，以阻燃硅烷交聯(lián)聚乙烯為絕緣，采用獨特的自鎖型鎧裝結構，實現(xiàn)了“以鋁代銅”技術飛躍。

稀土高鐵鋁合金電力電纜結構圖，如圖1所示。

在常溫20℃下條件下，將銅纜與稀土高鐵鋁合金電力電纜彎曲90°，應力釋放后，稀土高鐵鋁合金電力電纜反彈角度為銅纜的60%，其反彈性能優(yōu)于銅芯電纜，在安裝過程中，更有利于端子連接接頭處的緊密程度，易于壓緊提高連接的穩(wěn)定性。

稀土高鐵鋁合金電力電纜材料中加入一定量的鐵元素，經過退火處理后起到結構強化作用，抗蠕變性能相比于純鋁提高了300%，因而避免了因長期受到機械力的作用而出現(xiàn)蠕變引起的接觸電阻增大而導致事故的風險。

稀土高鐵鋁合金電力電纜導體中的合金成份大大改進了傳統(tǒng)鋁電纜的連接性能，這是它被批準為合金導體材料（ACW）的根本原因。尤其是當導體遇火時，添加的鐵元素產生高強度抗蠕動性能，即使在長時間過載和過熱，也能保證連接穩(wěn)定性。

鋁的抗腐蝕性能優(yōu)于銅。鋁在空氣中能夠很快形成一層致密氧化膜，防止內部的金屬被進一步腐蝕。而銅則不能形成氧化膜，所以污染物會進一步向里腐蝕。電位差越大，腐蝕會越嚴重，腐蝕會越來越快。鋁合金中加入的稀有金屬，在化學性能方面，進一步提高以鋁為導體的合金材料的耐腐蝕能力，減少了不同金屬之間的電位差。例如在含硫的環(huán)境中，如鐵路隧道和其它類似地方，稀土高鐵鋁合金電力電纜的抗腐蝕性能大大優(yōu)于銅芯電纜。

因稀土高鐵鋁合金電力電纜重量輕、機械強度高、轉彎半徑小及回彈量小等特點，它具有比銅芯電纜更靈活的安裝方式。當電纜數(shù)量較少、截面較小時，可以采用沿墻明敷的方式，只需電纜卡子等簡單的電纜固定材料，即使電纜數(shù)量較多、截面較大時，也只需使用價格較便宜的梯架而不必使用橋架。與銅芯電纜相比，節(jié)省了空間及使用橋架的費用。

另外，從安全角度來分析：鋁芯電纜的一個重要缺點是脆度高，在安裝時經過幾次一定角度的扭轉，鋁絲就會產生裂紋，增加局部電阻。因此，純鋁電纜彎曲性能很差，彎曲很容易發(fā)生斷裂、折斷，因而頻繁引發(fā)事故。使用稀土高鐵鋁合金電力電纜，電纜的最小彎曲半徑為7倍電纜外徑，遠遠優(yōu)于GB/T 12706的“電纜安裝時的最小彎曲半徑”中規(guī)定的10～20倍電纜外徑，因而稀土高鐵鋁合金電力電纜在安裝過程中更易彎折，有效的減少安裝成本，降低事故風險。由于它比傳統(tǒng)的銅芯電纜、鋁芯電纜具有更強的柔韌性，安裝時所需要的拉力比銅芯電纜、鋁芯電纜小很多。另外，由于他的韌性好，不會產生裂紋，使用更加安全。

稀土高鐵鋁合金電力電纜性能達到國際電工委員會（IEC）標準要求。主要產品優(yōu)勢有：同等導電能力下，價格比銅芯電纜低約20%；重量輕，1.5倍導體截面合金電纜的重量約為銅芯電纜的一半，但是導電能力兩者基本相同；機械性能優(yōu)異，彌補了鋁芯電纜的不足；電纜連接采用緊壓絞合技術，連接節(jié)點結實；使用壽命比銅芯電纜長；安裝更為高效、快捷，可以節(jié)省至少30%的安裝成本，也可縮短工期；使用年限長，不易老化。

表1彎折次數(shù)實測值

結語

綜上所述，稀土高鐵鋁合金電力電纜與銅芯電纜相比，在材料費用，安裝工藝、人工費用及工期方面，都具有明顯的優(yōu)勢。稀土高鐵鋁合金電力電纜導電性優(yōu)良，價格便宜，安裝方便，使用年限長，因此在未來很可能成為最主要的輸電材料，發(fā)展前景極為可觀。

稀土高鐵鋁合金電力電纜產品于2009年開始進入我國市場，獲得國家住建部、國家電網的權威部門的認可，目前已成功應用于很多工程，在北京、上海、重慶等多個城市進行了應用推廣，取得了很好的效果。如：北京首都機場邊檢勤務基地工程、上海人民廣場線路工程、天津市濱?？萍紙@二期道路照明及監(jiān)控系統(tǒng)工程、重慶川儀蔡家工業(yè)園項目、安徽電力長豐供電公司農網維護工程、淮南東華實業(yè)水電二期。

在工程中合理使用稀土高鐵鋁合金電力電纜，可以節(jié)約建筑成本、減少安全隱患，并減少對有色金屬銅的消耗，對行業(yè)發(fā)展非常有益。希望通過本文的介紹，加強建筑業(yè)同仁對這種新型產品的了解，以期有利于建筑材料的合理選用。

[1]張志新.稀土高鐵鋁合金的一些事實[J].中國有色金屬，2014（22）.

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