电缆导体应用历程及理性选择

摘要:文章回顾了我国电缆导体的演变历程，以科普讲座形式分析铜、铝和铝合金电缆损耗差不容小觑，讨论了如何正确选择。

   关键词:导体  铜  铝  铝合金  以铝代铜  损耗

1、什么是“以铝代铜”？

顾名思义是原来用铜，现在用铝代替铜。我国从上一世纪五十年代始，由于朝鲜战争开打，因铜是重要的战略物资而遭资本主义国家的禁运。国人还记得响应号召将家里的铜器捐献给国家的爱国热情。以铝代铜是全方位的，生活中铜的水壶、洗脸盆、痰盂、铜暖锅等等，全部不再有了，生活的方方面面凡是能用铝的统统用铝代替。在电工领域“以铝代铜”也作为一项技术政策颁布实施。凡是能用铝的不再用铜。用铝电线、铝电缆代替铜电线、铜电缆，用铝排代替铜排。在一些对安全和可靠性不太严格的场所，都用铝导体了。一来是形势所迫，二来是矫枉过正，在一些本来应该关注安全的场所，也只能将就。这就是“以铝代铜”，这个过程一直延续到改革开放，根深蒂固影响了一代人。

2.后“以铝代铜”时期。

改革开放以来，国际铜材料大量进口，人们不再为缺铜发愁。大家都知道铜的导电性能和机械性能都优于铝，如20℃的直流电阻率，铝比铜大1.64倍，人们反思--干嘛不用铜导体？于是从一个极端走到另一个极端，东南部经济较发达地区，重新回到从前，电线、电缆不再使用铝导体。。

3.重提“以铝节铜”

前几年铜价飙涨，导致电线、电缆价格节节攀升，一定程度影响到电气工程的投资。于是根深蒂固的印象重新泛起，但改头换面提出“以铝节铜”，其实质是一样的。主要理由是我国铜资源贫乏而铝资源丰富。其次，铝较轻，比重约为铜的三分之一，因此可以放大截面，使铝电缆电阻小于铜电缆。还有铝电缆价格低。

那么现在这样提是否恰当呢？国务院发展研究中心经过全国范围调研，提出报告认为并不恰当、是误导，并针对性做了回答。第一，我国铜、铝矿产资源稀缺，未来10~15年面临缺铜少铝，铜矿资源可开采19年而铝矿只能开采7年。铜和铝同样大量进口。所以，口号并不符合国情。

4.铜铝损耗哪个大？

铜导体20℃的直流电阻1.72×10ˉ⁶ Ω·cm，铝或铝合金 2.82×10ˉ⁶ Ω·cm，大约是铜的1.64倍。因为使用在交流系统，电缆通电后温度大约在70℃左右，所以要用70℃交流电阻来作比较。工程上铜、铝缆不能等截面直接比较，因为铜电缆通电能力（也称载流量），大约是铝的1.39倍，对于同样大小的电流，铝电缆截面要选择大一点，也就是实际电阻比要小一点。比较合理的是以铜、铝电缆相同（或相当）的通电能力为条件作对比。从下表1可见当铜电缆截面95 mm²及以下时，铝电缆要放大一级截面；当大于95 mm²时要放大两级截面，这时候再来比较二者的电阻值，见表2.

表1   铜、铝或铝合金电缆载流量（A）

注：1.表中数据是交联聚乙烯电缆，导体允许温度90 ℃，环境温度30℃。

    2敷设方式为E，即在能够自由流动的空气中。

表2   电缆导体电阻值 Ω/km

注：R₂₀  R₇₀ -分别为20℃和 70℃的直流电阻_-。      R_70j- 70℃的交流电阻。

举例说明：

例1：负荷电流380A，铜电缆选150mm²，铝或铝合金电缆则选240 mm²

根据表2，铜、铝或铝合金电缆的R_70j分别为0.148和0.150Ω/km。

例2：若负荷电流140A，铜电缆选择35 mm²，按载流量相当条件，铝或铝合金电缆应该选择50 mm²，此时铜电缆电阻0.6274Ω，铝电缆0.770Ω。

从表2可见例2是铜、铝电阻最接近的一对；还可以看出铜、铝电缆无论怎样替代，铝或铝合金电缆的电阻总是略大于铜电缆，也就是铝或铝合金电缆损耗值稍大一些。

5.电阻差异不容小觑。

进一步量化以上两个例子的损耗值。首先要确定例1、例2各自统一的运行方式，见表3，电缆寿命为30年。

表3  案例负荷运行方式

根据导体损耗计算方法，结果如表4.

表4  案例每km电缆损耗计算结果

如果取平均电价1元/kWh,那么例1在电缆寿命终止前早就将铜电缆多于铝合金电缆的投资因损耗低而省回来了。而例2更是早就将电缆的全部投资省回来了。相应折成标准煤41吨和212吨，对减少碳排放也有益。

6.铜包铝母线和铝合金电缆的损耗小于铜的说法由来。

    上面已经分析了铜铝损耗之比其实是电阻比，那么将铝母线或铝电缆截面再放大，比如将铝电缆截面比铜放大三级，铝或铝合金及铜包铝的电阻和损耗就比铜小了。的确这样可以使铝电缆损耗比铜电缆低，但是工程上往往不允许这样做。首先技术层面，加大截面后占用敷设通道多，城市电网对此特别敏感，浙江电网就有因通道不够将铝电缆改为铜电缆的案例。对工业与民用建筑，也会遇到类似问题。其次，经济上也未必可取，采用铝或铝合金电缆主要理由是节约投资。优质铝合金电缆造价仅比铜省20%~30%,如果再放大截面将无利可图，何必再牺牲可靠性而采用铝或铝合金电缆呢！所以我们以载流量相当作对比，相对比较合理。节能铜包铝母线也是用加大截面来与铜母线比较。技术人员通常不会这样做，而往往是商家的过度宣传。

7.谈谈可靠性。

    很多资料都表明，铝或铝合金电缆应使用在对可靠性不太强调的场合，的确，由于铝的脆性使接头容易断裂，还由于蠕变特性，使接头的可靠性降低。所谓蠕变就是在接头温度超过70℃和螺栓压紧的压力下，随时间而增长的热塑变形。它是电线电缆接头可靠性降低、甚至损坏的主要原因。铝合金较电工铝有较大改进，但与铜相比，铜仍然略胜一筹。

8.正确把握铜、铝和铝合金电缆应用

   事物总存在两面性，由于铝导体电线电缆的价格较低、重量轻，可大大减轻了施工劳动强度而受到欢迎，从北美引进了铝合金导体电缆技术，近年铝合金电缆在中国大地蓬勃发展也说明这一点。

铝和铝合金电缆有它的用武之地，但不是“替代”铜电缆。三者应各司其职，共同发展。（耿润民  上海建筑设计院）

参考文献：

1.铜芯电缆与铝合金电缆的损耗比较：上海《电世界》2016第3期。

2.我国铜铝资源在电力电缆市场应用战略规划研究：国务院发展研究中心2016.1.

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