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鋁合金電纜之五大性能

日期:2014-10-20 21:59:02
鋁合金電纜之五大性能


     東莞成天泰電纜公司科研室博士在线讲解,在讲《鋁合金電纜之五大性能》之前,首先先讲铝合金电缆的安全性能,如下:
  1、鋁合金成分作用;

  ◆鋁合金導體成分加入稀土和鐵等成分後,大大地提高了其導電性能和連接性能,尤其是當導體退火時添加鐵産生了高強度的抗蠕變性能,在電流過載時,鐵發揮持續的連接作用,使鋁合金導體不會發生蠕變。

  ◆蠕變對電纜危害極大,若電纜發生蠕變,其接觸點原來壓不夠緊,壓力減小使得接觸電阻迅速增大,電流流過後造成接頭處過熱,如果不定期檢修,就會出現安全隱患。解決電纜蠕變問題非常重要。

  ◆蠕變:金屬在溫度,外力和自重的作用下,隨著時間的推移,將緩慢的産生不能複原的永久變形,這種現象爲蠕變。

  2、阻燃性能

  鋁合金電纜的絕緣材料采用阻燃矽烷交聯聚乙烯(XLPE),工藝上采用自鎖铠裝結構,散熱性能遠遠優于PVC材料的護套,可以迅速散熱,火焰消失後火苗能迅速熄滅,不會延然其它材料,阻燃性能極爲優異。鋁合金電纜采用新型材料和新工藝,可確保其使用更加安全。

  3、曆史實踐證明;

  鋁合金電纜自1968年美國研發、使用至今已43年,該産品使用已相當普遍,北美國家市場占有率達到80%。經過43年的實踐證明,鋁合金電纜使用從未發生任何故障,是安全的。

  4、檢測及認證;

  铝合金电缆通过美国的UL,加拿大的CUL,澳大利亚的SAI GLOBAI国际权威机构检测认证和中国国家电缆电线检测中心,国网武汉高压研究所,国家防火建筑材料质量监督检验中心等权威机构检测认证,铝合金导体符合CSA标准C22.2第38条款关于ACM合金导线的要求,和GB12706.1--2008和IEC60502.1最新版的性能要求,以及UL对AA8000系列相关的标准。

  鋁合金電纜的電氣性能

  1、電纜載流量

  ◆合金導體的截面積是銅1.5倍時,合金導體和銅導體電氣性能一樣,實現了相同的載流量、電阻、和壓損。

  ◆鋁合金的電阻率介于鋁與銅之間,略高于鋁,而低于銅,在相同截流量前提下,同等長度的鋁合金導體的重量僅爲銅的一半。如果按銅的電導率是100%計算,合金導體的電導率約爲61.2%,合金的比重爲2.7,銅的比重爲8.9,則(8.9/2.7)×(0.612/1)=2,即2單位重量的銅的電阻與1單位質量的合金的電阻相同,因此,當合金導體的截面積是銅的1.5倍是,其電氣性能相同,即實現了和銅相同的截流量,電阻,和電壓損失。

  ◆影響電力電纜截流量的因素很多,如;線路特性(如工作電,電流類型,頻率,負荷因素);電線電纜的結構(如導電線芯的結構,芯數,絕緣材料的種類,屏蔽層及內外護層的結構和材料,總外徑);敷設條件(如空氣中敷設,管道中敷設,直接埋地敷設,地下溝道中敷設,水底中敷設);導電線芯最高允許工作溫度和周圍環境條件(如空氣和土壤溫度,土壤熱阻系數,周圍熱源的鄰近效應)等。

  2、減少電纜外截面

  铝合金电缆生产过程中,德国最先进的紧压技术,使其导体的填充系数能达到93%。并且铝合金电缆采用的是硅烷交联聚乙烯,这种绝缘只需聚氯乙烯的2/3的厚度就能远远超过常规的绝缘性能。 而铜的填充系数一般只能达到80%,常用的绝缘采用的是聚氯乙烯,所以铝合金电缆外径仅在铜缆的基础上增加11%以内,就能有铜相同的电气性能。可见,使用铝合金电缆不需更改原使用铜电缆的管道设计。(一般设计师设计的敷设管道尺寸为铜缆的150%,最近考虑增容的问题,敷设管道的尺寸增加到铜缆的200%,所以穿管不成问题。)

  3、減少電纜線損

  非磁性材料,不會産生渦流,能減少線路的損耗。鋁合金帶連铠鎖裝材料是非磁性材料,即使存在三相不平衡電流,也不會産生渦流,能夠減少線路的損耗。

  鋁合金電纜的機械性能

  1、鋁合金電纜的延伸性能;

  伸長率是導體機械性能重要指標,是産品優劣和能承受外力大小的重要標志。也是檢驗電纜導體機械性能的一個重要指標。鋁合金電纜退火處理後的延伸率能達到30%,而銅纜的伸長率爲25%,普通鋁杆的伸長率爲15%,是能取代鋁芯電纜與銅纜的重要指標。

  2、鋁合金電纜的柔韌性能;

  扭转试验:主要检验金属线材的韧性,韧性愈好,能承受的扭转次数愈多。 普通铝丝的一个重要缺点是脆度高,在安装时只要若干次一定角度的扭转,导体就会产生裂纹,裂口就会发热、腐蚀,是出现火灾的重要原因。使用铝合金电缆,由于它的韧性好,不会产生裂纹,在安装中出现的安全隐患减少。

  3、鋁合金電纜的彎曲性能

  彎曲試驗:主要檢驗金屬的抗彎曲性能。材質不均或性脆的材料,抗彎曲性能差。

  根據GB/T12706中對銅纜安裝時彎曲半徑的規定,銅纜的彎曲半徑是10-20倍電纜直徑,鋁合金電纜的彎曲半徑最小爲7倍電纜直徑,使用鋁合金電纜能減小布局空間,更易于敷設,減少安裝成本。

  4、鋁合金電纜的反彈性能;

  實踐證明:在室溫條件下將銅纜與鋁合金電纜彎曲90度,應力釋放後,鋁合金電纜反彈角度爲銅纜的60%。因鋁合金電纜具有無記憶力,所以反彈的性能優于銅芯電纜,在安裝過程中端子連接接頭易于壓緊,增加其緊密程度,提高連接的穩定性。

  鋁合金電纜的使用壽命

  1、絕緣部分

  ◆电力电缆的载流量是指在最高允许温度下,电缆导体允许通过的最大电流。在设计选用电缆时,应使电缆各部分损耗产生的热量不会超过电缆允许最高温度,在大多数情况下,电缆的传输容量是由电缆温度最高限度所确定,电缆的最高允许温度,主要取决于所用绝缘材料的热老化性能,因为电缆工作温度过高,绝缘材料老化会加速,电缆寿 命大缩短。如果电缆在最允许温度以上运行,电缆将30年安全工作。

  ◆XLPE是交聯聚乙烯英文名稱的縮寫,聚乙烯是一種線性分子結構,在高溫下極易變形。交聯聚乙烯過程使其變成一種網狀結構。這種結構即使在高溫下也一樣具有很強的抗變形能力。
  ◆交聯聚乙烯極佳的抗老化特性及超強的耐熱變形決定了在正常運行溫度(90C)短時故障(130C)及短路(250C)條件下可允許大電流通過。正因爲它的運行溫度比聚氯乙烯高20C,具有優異的抗熱化性能,增加絕緣的抗老化性能,壽命大大增加。

  2、導體部分腐蝕主要有兩種:化學腐蝕與電化學腐蝕;

  ◆化學腐蝕:指金屬在大氣中與氧、氯、二氧化硫、硫化氫等氣體做用下發生腐蝕。

  金屬表面與氧發生作用後,生成不同的金屬氧化物。

  鋁的氧化物能構成致密的有一定硬度的表面保護膜。

  鐵的氧化物結構松,易于脫落,並繼續不斷的向金屬內部滲入、擴散,破壞材料。

  銅的氧化物俗稱銅綠,介于以上兩者之間,是一種有毒物質。

  ◆電化學腐蝕:指由金屬和介質組成原電池後,形成了金屬的腐蝕過程,當兩種不同電極電位的金屬相連接,其間又有水或其它電解質時,兩種金屬之間就會産生電流形成一個原電池,其中一種金屬處于正電位,另一種處于負電位,處于負電位的金屬就不斷地以離子狀態經電解液向處于正電位的金屬聚積。使處于負電位的金屬逐漸損失破壞,形成電化學腐蝕。兩種金屬的電極電位之差愈大,電化學腐蝕就愈強烈。溫度愈高,金屬的腐蝕也愈嚴重。

  不同的金属有不同电极电位。常用的几种金属的电极电位次序为;金属 Ag(银) Cu(铜) Pb(铅) Sn(锡)Fe(铁)Zn(锌) A1(铝)。电位+0.8+0.334-0.122-0.16-0.44-0.76-1.33电极电位负值越大的金属,转入电解质中成为离子的趋势越强,即越易受到腐蚀。铝的电极电位的负值较大,但由于其表面经常有一层氧化膜保护层,能改善其耐腐蚀性能。

  稀土鋁合金材料是在鋁中加入稀土元素,它能夠起到淨化,提高純度,填補表層缺陷,細化晶粒。減少偏析,消除顯微不均而導致局部腐蝕的作用,同時也帶來鋁的電極電位負移,具有了牲陽極效應和優異的導電性能,從而大大提高了鋁的耐腐蝕性能。對于海洋環境中C1-和石油,化工環境中的S,H2S+C02等腐蝕問題,這種材料有獨特的防腐機理。稀土金屬的強還原性可以與S,H2S,C1-的強氧化性有效結合,相互作用,生成穩定的化合物(C1-與稀土鋁合金生成穩定配位化合物),將化學反應中的氧化和還原過程有機統一,相互作用,從根本上截止了S,H2S,C1-等腐蝕介質的氧化活動造成的腐蝕破壞,從而徹底解決了在全球範圍包括美國在內的發達國家未能很好解決的問題,經北京有色金屬研究總院等國家級檢測部門的檢測和工程實例數據分析表明,在氯離子,海水,海洋大氣,鹽霧環境(幹濕交替),飽和HzS,硫以及高溫,高壓環境條件下,稀土鋁合金的年腐蝕率爲零或幾乎爲零。

  鋁合金電纜的經濟性能

  ◆直接采購成本

  鋁合金電纜與銅芯電纜的價格比較:鋁合金電纜具備優越的安全性能、電氣性能、機械性能和更長的使用壽命前提下,鋁合金電纜的價格只有銅電纜的75%左右。

  ◆ 安装成本降低

  節約安裝成本:由于鋁合金電纜的彎曲性能好和重量輕,易于安裝。

  鋁合金電纜安裝敷設不需橋架,不用穿管,可以節約大量的安裝材料,安裝成本可以減少20%--50%。


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