五金電線電纜銅包鋁電纜的特性及應(yīng)用

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對(duì)于機(jī)電安裝行業(yè)，電線電纜在機(jī)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(chǎn)品總成本的70%~80%，銅電纜的價(jià)格隨著銅價(jià)的上漲而急劇增長，對(duì)投資方和施工方在工程造價(jià)控制方面帶來極大的困難，為此，銅包鋁電纜研究和應(yīng)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(hào)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(jìn)行以下的比較。
　　
　　一、銅包鋁通訊電纜
　　
　　機(jī)械特性。純銅導(dǎo)體強(qiáng)度、伸長率比銅包鋁導(dǎo)體大，也就是說純銅在機(jī)械性能方面比銅包鋁好。從電纜設(shè)計(jì)的角度來看，純銅導(dǎo)體比銅包鋁導(dǎo)體機(jī)械強(qiáng)度好的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中不一定需要。銅包鋁導(dǎo)體比純銅輕很多，因此銅包鋁的電纜在整體重量上比純銅導(dǎo)體電纜要輕，這樣會(huì)給電纜的運(yùn)輸和電纜的架設(shè)施工帶來方便。另外銅包鋁比純銅軟一點(diǎn)，用銅包鋁導(dǎo)體生產(chǎn)的電纜在柔軟性方面比純銅的電纜好一點(diǎn)。
　　
　　電氣性能。因?yàn)殇X的導(dǎo)電性比銅差，使得銅包鋁導(dǎo)體的直流電阻比純銅導(dǎo)體大，這點(diǎn)有無影響主要看電纜是否會(huì)被用來供電，如給放大器提供電源，如果被用來供電的話，銅包鋁導(dǎo)體將會(huì)導(dǎo)致額外的電力消耗，電壓降低較多。當(dāng)頻率超過5MHz時(shí)，此時(shí)的交流電阻衰減在這兩種不同的導(dǎo)體下沒有明顯的區(qū)別。當(dāng)然，這主要是因?yàn)楦哳l電流的集膚效應(yīng)，頻率越高，電流的流動(dòng)就越接近導(dǎo)體表面，在銅包鋁導(dǎo)體的表面實(shí)際上純銅材料，當(dāng)頻率高到一定時(shí)候，整個(gè)電流鍍?cè)阢~材質(zhì)里面流動(dòng)了。在5MHz情況下，電流在近表面的約0.025毫米厚度中流動(dòng)，而銅包鋁導(dǎo)體的銅層厚度比此厚度多約一倍。對(duì)于同軸電纜，因?yàn)閭鬏數(shù)男盘?hào)是在5MHz以上，因此銅包鋁導(dǎo)體和純銅導(dǎo)體傳輸效果是相同的。在實(shí)際測(cè)試電纜的衰減可以證明這一點(diǎn)。銅包鋁較純銅導(dǎo)體軟，在生產(chǎn)過程中容易進(jìn)行矯直處理，因此在一定程度上可以說用銅包鋁的電纜要比用純銅導(dǎo)體的電纜回波損耗指標(biāo)好。
　　
　　經(jīng)濟(jì)性。銅包鋁導(dǎo)體是按重量出售的，純銅導(dǎo)體也是按重量出售的，銅包鋁導(dǎo)體的價(jià)格要比相同重量的純銅導(dǎo)體貴一些。但是同樣重量的銅包鋁要比純銅導(dǎo)體長度長很多，而電纜是按長度計(jì)算的。相同重量，銅包鋁線是銅線長度的2.5倍，價(jià)格僅僅是每噸多幾百元。綜合下來，銅包鋁就很有優(yōu)勢(shì)。由于銅包鋁電纜比較輕，電纜的運(yùn)輸成本、安裝架設(shè)成本都會(huì)有所降低，會(huì)給施工帶來一定的方便性。
　　
　　二、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(shí)，銅包鋁線重量約為純銅線的1/2。根據(jù)集膚效應(yīng)計(jì)算，在5MHz以上高頻時(shí)，與相同截面的銅導(dǎo)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(dǎo)體的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)在150mm2以上就逐漸顯得突出，同時(shí)由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生高次諧波電流和能源會(huì)注入到供電系統(tǒng)中，在系統(tǒng)的阻抗上產(chǎn)生出相應(yīng)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(dǎo)體發(fā)熱增加；此外，電纜使諧波放大，在接頭處產(chǎn)生過電壓而損壞電纜頭。采用銅包鋁導(dǎo)體會(huì)起到降低高次諧波產(chǎn)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(yīng)的工藝措施，使銅包鋁/銅復(fù)合導(dǎo)體在現(xiàn)有同規(guī)格導(dǎo)體的外徑尺寸上限內(nèi)，滿足導(dǎo)體直流電阻要求。
　　
　　接駁方式。采用銅包鋁導(dǎo)體可滿足目前待續(xù)多年的電線電纜在產(chǎn)品選型、設(shè)計(jì)、使用、安裝等方面的習(xí)慣，還對(duì)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(yīng)的原理，單根導(dǎo)線的表面，其單位面積通過的電流比導(dǎo)線的圓心單位面積通過的電流要大，也就是說，大截面導(dǎo)體的圓心在相同導(dǎo)體相成的圓面積內(nèi)，圓心比圓周通過的電流要小，所以把圓心導(dǎo)體與圓周導(dǎo)體用不同的金屬組成是最合理、最經(jīng)濟(jì)的。影響交流電阻指標(biāo)除直流電阻、集膚效應(yīng)外，還有鄰近效應(yīng)，與相同直流電阻的銅導(dǎo)體相比，采用銅復(fù)合導(dǎo)體后，單根導(dǎo)體內(nèi)，鋁在園心，銅在外緣；在絞合導(dǎo)體內(nèi)，內(nèi)層是銅包鋁，外層是純銅，而鋁對(duì)集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)都沒有銅敏感，同時(shí)銅復(fù)合導(dǎo)體會(huì)使導(dǎo)體總截面增加一部份，因此也增加了導(dǎo)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(dǎo)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(biāo)要經(jīng)濟(jì)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(jīng)完全冶金化，鋁完全被銅所覆，不會(huì)被水、空氣接觸，完全達(dá)到與銅一樣的性能。銅包鋁/銅復(fù)合導(dǎo)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(dǎo)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(shì)差，加速電化腐蝕，造成電纜端部燒毀的隱患。對(duì)于鋁導(dǎo)體，特別是在沿海地區(qū)，大氣中鹽霧所含有的氯離子會(huì)凝聚在鋁的表面，易在表面的雜質(zhì)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(dǎo)體的腐蝕。
　　
　　成本低重量輕。與相同技術(shù)指標(biāo)的銅芯電纜相比，銅包鋁導(dǎo)體電纜可節(jié)約成本40%以上，銅包鋁/銅復(fù)合導(dǎo)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，方便生產(chǎn)。
　　
　　雖然銅包鋁電纜已經(jīng)誕生，并正逐步得到應(yīng)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國家、行業(yè)的應(yīng)用依據(jù)，難以得到設(shè)計(jì)單位的認(rèn)可。銅包鋁電纜尚有相當(dāng)多的產(chǎn)品還沒有3C認(rèn)證，行業(yè)尚停留在產(chǎn)品鑒定，制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的階段，不同品牌之間的產(chǎn)品規(guī)格、特性、使用標(biāo)準(zhǔn)差異較大，工程設(shè)計(jì)者應(yīng)用時(shí)難以把握，投資方暫時(shí)也不樂意接受。
　　
　　但是，隨著國家的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的逐步完善和認(rèn)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(diǎn)，帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。
東莞市金鱗羽電線電纜有限公司

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