一個(gè)大型的公共建筑中,電氣投資約占工程總投資的10%,而電纜在電氣投資中,幾乎占了預(yù)算的一半以上。使用低煙無鹵銅電纜會(huì)使本來已居高不下的電纜成本大幅度增加。從國家層面上看,中國是一個(gè)貧銅國家,銅礦資源存量約2600萬噸,精銅礦進(jìn)口依存度超過70%,高于鐵礦石和石油的對(duì)外依賴程度,銅價(jià)的大幅度上漲造成社會(huì)成本的增加。另一方面,大體量公共建筑的用電量很大,用電等級(jí)高,電纜選型的時(shí)候經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)多根185mm2、240mm2的大電纜,對(duì)于高層建筑來說,在垂直豎井中敷設(shè)大截面的電纜難度大。在施工預(yù)算定額中,垂直敷設(shè)電纜所需的費(fèi)用是水平敷設(shè)電纜的2.6~4倍。因此怎樣選用電纜,選擇何種材質(zhì)的電纜是一個(gè)大問題。尋找一種安全可靠、可替代的產(chǎn)品是業(yè)主、承包商和設(shè)計(jì)人員的共同愿望。 在美國、加拿大等發(fā)達(dá)國家,一種以鋁合金為導(dǎo)體、交聯(lián)聚乙烯絕緣、連鎖式鋁合金帶鎧裝低壓電纜被大量使用,這種金屬鎧裝電纜在北美市場(chǎng)安裝運(yùn)行了將近40年,由于其連接可靠、重量輕、彎曲半徑小、安裝方便、散熱好、節(jié)省橋架、節(jié)約資源、低煙無鹵且與WDZR—YJY相比價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯而被廣泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、軍事基地、辦公室、住宅、酒店、超市、院校、體育場(chǎng)館、醫(yī)院、工業(yè)廠房、數(shù)據(jù)處理中心、監(jiān)獄等場(chǎng)所。
下面就鋁合金電力電纜的優(yōu)勢(shì)簡(jiǎn)單分析如下:
一、導(dǎo)體材料 現(xiàn)在市場(chǎng)上常見電纜導(dǎo)體有銅和鋁兩種材質(zhì)。很多人的觀點(diǎn)認(rèn)為鋁導(dǎo)體的電阻率比銅導(dǎo)體的電阻率大,則用鋁作為電纜的導(dǎo)體在傳輸過程中能量損耗就應(yīng)該會(huì)比銅材料大。其實(shí),這種觀點(diǎn)沒有理論依據(jù)。因?yàn)閭鬏斶^程中的能量損失取決于導(dǎo)體電阻而不是電阻率。根據(jù)GB/T 3956-2008《電纜的導(dǎo)體》,在20℃時(shí),某一銅導(dǎo)體截面的直流電阻值與對(duì)應(yīng)于一個(gè)或兩個(gè)規(guī)格的鋁導(dǎo)體直流電阻值相當(dāng)。也就是說,從傳輸過程中的能量損失考慮,某一銅導(dǎo)體電力電纜完全可以由對(duì)應(yīng)大兩個(gè)規(guī)格的鋁導(dǎo)體電纜所替代,此時(shí)鋁電纜的載流量是大于銅纜的。 早在60年代,我國就開始實(shí)行“以鋁代銅”的國策,鋁芯電纜大量應(yīng)用,從高壓輸電線到居民入戶線,全部采用鋁芯。GB50217《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》94版的條文解釋第3.1.4條中明確說明“顯然宜繼續(xù)采取以鋁代銅的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策”。但實(shí)際應(yīng)用中,鋁線的機(jī)械強(qiáng)度差,易于折斷,長期使用的鋁線會(huì)脆化,不利于維修。早期的住宅入戶鋁線截面較小,不能滿足用電增長,居民自己新買的銅線直接與鋁線擰在一起,在潮濕的空氣里會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕,造成接觸電阻變大,久而久之發(fā)生短路、斷路等現(xiàn)象,再加上原來的電線電纜絕緣材料差,熔點(diǎn)低、火災(zāi)發(fā)生的概率增大。根據(jù)公安部消防局統(tǒng)計(jì)顯示,電氣線路引發(fā)的火災(zāi)一直比例較高,占火災(zāi)總數(shù)的15%左右。(電氣火災(zāi)主要三個(gè)原因:一、電氣設(shè)計(jì)圖紙不滿足防火安全要求;
二、施工不尊重圖紙,施工人員不按規(guī)章操作;
三、電氣制造廠家使用了假冒偽劣材料。) 同樣的經(jīng)歷也發(fā)生在北美,硬態(tài)純鋁線的接觸點(diǎn)處理不到位引發(fā)大量的火災(zāi)、斷路等事故。經(jīng)過長達(dá)兩年的細(xì)致研究和分析,發(fā)現(xiàn)問題主要出在導(dǎo)體材料和連接點(diǎn)處。住宅用線的鋁導(dǎo)體采用硬態(tài)純鋁(AA1350),其在機(jī)械式連接中,在壓力作用下,長期運(yùn)行后會(huì)發(fā)生不可恢復(fù)形變,即所謂的“蠕變”。蠕變產(chǎn)生后,原來的壓緊不夠,接觸點(diǎn)的壓力減小使得接觸電阻迅速增大,電流流過造成接頭處過熱,如果不定期維修,那么出現(xiàn)事故的風(fēng)險(xiǎn)大增。 針對(duì)鋁電纜在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題,美國上世紀(jì)60年代初就研究開發(fā)出鋁合金導(dǎo)體,并陸續(xù)開發(fā)出系列鋁合金材料,形成了AA8000系列鋁合金材料;我國于2005年開始研制這種合金,并獲得專利技術(shù)、通過美國UL 認(rèn)證,各項(xiàng)性能指標(biāo)符合AA8000系列鋁合金材料性能要求。
這些鋁合金導(dǎo)體材料解決純鋁的眾多不足并擁有由于銅導(dǎo)體的一些特性。下面就這些性能作具體分析。
1、電氣性能 鋁合金與銅相比,在同等截面等長度的情況下,電導(dǎo)率是銅的61.8%,載流量約為銅的78%。根據(jù)電纜截面的規(guī)格分布,將鋁合金電纜的截面增加1.5倍左右,載流量與電壓降等電氣參數(shù)與銅相當(dāng)。正如美國國家電氣規(guī)范NEC330.14規(guī)定:“8、10、12AWG截面(相當(dāng)于國內(nèi)8.37mm2、5.26mm2、3.332mm2)的實(shí)心導(dǎo)體應(yīng)由AA8000系列電工級(jí)鋁合金材料制造。絞合型導(dǎo)體從8AWG(相當(dāng)于國內(nèi)8.37mm2)到1000kcmil(相當(dāng)于國內(nèi)506.7mm2)應(yīng)由AA8000系列電工級(jí)鋁合金導(dǎo)體材料制造。 使用大一個(gè)或兩個(gè)規(guī)格的鋁合金電纜替代銅纜,人們會(huì)擔(dān)心,加大導(dǎo)體是否過多增加導(dǎo)體外徑,因而影響安裝連接。為了解決因增加截面導(dǎo)致導(dǎo)體外徑增大的這一問題,我們可采用先進(jìn)的緊壓技術(shù),緊壓系數(shù)達(dá)到0.93,使替代后的鋁合金電纜的外徑相比于銅纜只增加10%左右,因而根本不會(huì)影響到安裝連接。
2、連接性能 鋁合金材料由于加入了鐵、鎂、稀土等多種元素,大大改進(jìn)了其連接性能。尤其是當(dāng)導(dǎo)體退火時(shí)添加的鐵元素產(chǎn)生了高抗蠕變性能,即使在長時(shí)間過熱時(shí),也能保證連接穩(wěn)定性。 在過去的經(jīng)驗(yàn)積累和認(rèn)知中,銅鋁連接一直是最為關(guān)鍵的問題。銅和鋁(或鋁合金)如果直接;連接接觸,有金屬材質(zhì)不同,存在電位差,在潮濕的空氣中會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕。在電力系統(tǒng)中,這種腐蝕會(huì)增加接觸電阻,使接頭處發(fā)熱,是系統(tǒng)安全運(yùn)行的隱患。 電化學(xué)腐蝕是以下因素共同作用的結(jié)果: (1)、不同的電極電位(>0.5V)、金屬間的不同電阻、金屬的極化特性。 (2)、電解液的電導(dǎo)率、陰陽極表面的接觸面積(電流密度)。 另外,銅和鋁(或合金)的膨脹系數(shù)不同,如果采用剛性連接會(huì)造成金屬疲勞,長時(shí)間使用后會(huì)造成連接處松弛,也會(huì)增加接觸電阻。這是人們普遍擔(dān)心的問題。 鋁合金電力電纜對(duì)于終端的處理,主要依靠以下幾個(gè)手段: 第一、鍍錫。銅排鍍錫或鋁端子鍍錫都是可行的。用銅排鍍錫和鋁端子鍍錫來解決銅鋁過渡問題已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于電力行業(yè),被證明是安全可靠的。 第二、采用特制的過渡墊片,這種墊片介于銅鋁之間,有效地防止銅鋁接觸帶來的腐蝕問題。 第三、涂抹抗氧化劑。當(dāng)用電設(shè)備的銅觸頭沒有鍍錫,而鋁端子也沒用鍍錫時(shí),可以采用涂抹抗氧化劑的方法。抗氧化劑介于銅鋁之間,可以有效地防止電解質(zhì)的進(jìn)入,從而避免了電化學(xué)腐蝕。 采用以上第一、第三種方法接線時(shí),需要加裝碟形墊片來吸收銅/鋁膨脹系數(shù)不同帶來的松弛,用扭力扳手?jǐn)Q緊后,無需對(duì)整個(gè)連接系統(tǒng)進(jìn)行任何維修和二次擰緊。
3、力學(xué)性能
(1)極佳拉伸性能:鋁合金相比于純鋁,由于加入了特殊成分和特殊的加工工藝,極大的提高了抗拉強(qiáng)度,且延伸率提高到30%。
(2)超強(qiáng)的彎曲性:鋁合金電纜安裝時(shí)的最小彎曲半徑大于7倍電纜外徑即可,遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于GB12706的“電纜安裝時(shí)的最小彎曲半徑”——12倍至20倍電纜外徑
(3)優(yōu)異的低反彈性能:鋁合金電纜比銅纜反彈性能少40%。
(4)優(yōu)異的抗蠕變性能:鋁合金導(dǎo)體的特殊合金與熱處理工藝大大減少了金屬在受熱和壓力下的“蠕變”傾向,相對(duì)于純鋁,抗蠕變性能提高300%。
4、抗腐蝕性能 鋁在空氣中很快的生成一層厚度約為2×10-4mm的致密氧化膜。防止內(nèi)部的金屬被進(jìn)一步腐蝕。而銅不能生成氧化膜,所以污染物會(huì)停留在表面,進(jìn)一步向里腐蝕,腐蝕一段時(shí)間后,雨水沖刷,將氧化物都沖走,新的污染物又積聚,重新腐蝕新的金屬,而銅沒有氧化膜,導(dǎo)致銅的氧化很快,金屬流失很多。 鋁合金導(dǎo)體中由于加入了稀土金屬,在化學(xué)性能方面,進(jìn)一步提高單純以鋁為導(dǎo)體的金屬材料的耐腐蝕性能,減少了不同金屬之間的電位差,因?yàn)殡娢徊钤酱?,腐蝕會(huì)越嚴(yán)重。加入的其他金屬元素均是可允許的金屬配對(duì),減少由于電位差而引起的接觸腐蝕。
二、阻燃性能 現(xiàn)在高層建筑的火災(zāi)發(fā)生時(shí),濃煙是火災(zāi)中致命的殺手,大量的濃煙吸入人體內(nèi)會(huì)造成死亡,吸入少量的濃煙可能會(huì)導(dǎo)致昏厥,影響逃生,所以國家相關(guān)消防部門、建筑管理部門明文規(guī)定使用低煙無鹵阻燃電纜。 YJHL8、YJHL8Y型(鋁合金帶連鎖鎧裝電纜)鎧裝電纜采用鋁合金導(dǎo)體、阻燃硅烷交聯(lián)聚乙烯絕緣、鋁合金帶連鎖鎧裝結(jié)構(gòu)(或增加低煙無鹵聚烯烴護(hù)套),能實(shí)現(xiàn)阻燃IA級(jí)、耐火IA級(jí),且低煙無鹵。具有極佳安全性能和經(jīng)濟(jì)效益。
三、安裝特性 鋁合金帶連鎖鎧裝電纜和銅纜相比,更像是將金屬導(dǎo)管和電纜集成了在一起。實(shí)際應(yīng)用時(shí)省去了穿管的工作,在電氣設(shè)計(jì)明敷,可以省去橋架,這樣給業(yè)主方降低造價(jià),給總包方節(jié)省工時(shí)、縮短工期,給國家節(jié)約鋼材,減少污染和能源浪費(fèi)。 由于鋁的密度約是銅的1/3,所以在同等載流量下,鋁合金電纜比銅纜重量輕一半。對(duì)于高層建筑來說,垂直敷設(shè)的難度和工作量大大降低,給施工人員減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,能夠縮短工期,節(jié)省人工成本,同時(shí)也減少由于電纜過重造成的本體潛在損失。 鋁合金鎧裝使得電纜的彎曲更容易。鎧裝電纜的彎曲半徑可以達(dá)到7倍的電纜外徑。如此之小的彎曲半徑使得建筑內(nèi)部布線非常方便,轉(zhuǎn)彎靈活,尤其對(duì)于一些舊建筑改造等工程,原有空間非常狹窄的情況下,能很容易的將電力輸送到更多房間。而對(duì)于PVC護(hù)套的鎧裝外線電纜,可以輕易繞開障礙物,較小的彎曲半徑施工更容易,節(jié)省電纜長度。而鋁合金鎧裝是非磁性材料,即使存在三相不平衡電流,也不會(huì)產(chǎn)生渦流,能減少線路的損耗。
四、節(jié)能環(huán)保性能 節(jié)能減排是推進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整,轉(zhuǎn)變?cè)鲩L方式的必由之路,是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇。采用鋁合金為導(dǎo)體材料,同樣載流量下,電纜的重量只是銅纜的一半,運(yùn)輸、安裝過程中的碳排放量減少,YJHL8、YJHL8Y型鎧裝電纜敷設(shè)不用橋架、鋼管,節(jié)約大量的鋼材。 另一方面,鋁合金的回收率非常高。再生鋁是節(jié)能、環(huán)保型產(chǎn)業(yè),再生鋁的綜合能耗只是電解鋁的5%,而再生銅的綜合能耗則是冶煉銅的18%。 ??五、材料成本及安裝成本的比較 在實(shí)現(xiàn)同樣性能的前提下,鋁合金電纜的直接成本即電纜本身的成本比銅纜節(jié)約約35%,由于鋁合金電纜的彎曲性能更好和重量更輕,可以免橋架或減少橋架用量,安裝成本能節(jié)約20%~50%。
通過以上對(duì)比可以看出,鋁合金電纜彌補(bǔ)了純鋁的不足,在電氣性能達(dá)到銅的基礎(chǔ)上,更輕便、更柔韌、更節(jié)能、機(jī)械性能、安全性能及經(jīng)濟(jì)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過銅纜。國內(nèi)銅芯電纜的設(shè)計(jì)使用壽命是30年,而鋁合金電纜的使用壽命為40年,國外應(yīng)用40年的產(chǎn)品和經(jīng)驗(yàn),完全可以復(fù)制到我們國家。利用我國豐富的鋁資源制造鋁合金電纜,以滿足工業(yè)與民用配電的需求,是符合科學(xué)發(fā)展的需要,是利國利民的好事。
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