銅包鋁電力電纜的技術(shù)與應(yīng)用

（1）銅包鋁廢線(xiàn)回收利用問(wèn)題

銅包鋁作為一種資源有限的銅、鋁復(fù)合金屬，如不解決其回收利用問(wèn)題，則不僅是對(duì)資源的浪費(fèi)，還會(huì)成為金屬垃圾。

我國(guó)現(xiàn)階段銅包鋁廢線(xiàn)回收利用技術(shù)已趨成熟，無(wú)需大量人力和額外大量耗能就能處理。目前采用銅包鋁廢線(xiàn)再生利用技術(shù)方法主要有兩種：一種方法是用兩段法將廢線(xiàn)（銅、鋁）與添加的鋁溶成汽車(chē)行業(yè)所需的AL—Mg—Cu和AL—Zn—Mg-Cu合金原料；如在硬鋁合金、超硬鋁合金及鍛鋁合金中都是需加入2.5%～7%的銅，且上述合金鋁在工業(yè)中需求量很大；另一種方法是由常州工學(xué)院推廣的專(zhuān)利技術(shù)（專(zhuān)利號(hào)：200810019972X），利用化學(xué)方法，使用硝酸、硫酸與雙氧水兩組反應(yīng)試劑分別處理銅包鋁廢線(xiàn)，使廢線(xiàn)外層銅轉(zhuǎn)化為可溶性銅鹽，而鋁因鈍化作用不參與反應(yīng)或反應(yīng)速度慢，從而達(dá)到廢導(dǎo)線(xiàn)中銅鋁分離的目的。

即使在銅包鋁電纜經(jīng)過(guò)若干年因壽命期到出現(xiàn)大量銅包鋁廢線(xiàn)情況下，也不用擔(dān)心回收利用問(wèn)題。例如，我國(guó)生產(chǎn)鎳的骨干企業(yè)——甘肅金川銅鎳，在早期由于技術(shù)不成熟，使得鎳礦中大量的銅成為鎳生產(chǎn)的有害元素。但從上世紀(jì)九十年代中期，開(kāi)始該公司突破了從鎳礦中將銅分離與提純技術(shù)后，不僅大大提高了鎳的生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量，還使其公司本身成為國(guó)內(nèi)電工用銅的主要供應(yīng)商之一，銅成為了該公司主要贏利的副產(chǎn)品。因此，同樣具有豐厚經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)的銅包鋁廢線(xiàn)回收行業(yè)，必將在回收利用技術(shù)方面拓展出更寬更廣的道路。銅包鋁廢線(xiàn)也必定不會(huì)成為推廣銅包鋁產(chǎn)品的阻礙因素。

銅是國(guó)家重要的戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備資源，按目前對(duì)銅資源消費(fèi)水平，我國(guó)已探明的銅礦僅能滿(mǎn)足全國(guó)5年的用量。因此，我國(guó)銅消費(fèi)量的60%以上依賴(lài)進(jìn)口，其中，電纜行業(yè)用銅量占工業(yè)用銅量的60%以上。我國(guó)現(xiàn)階段尋找銅代用材料已是關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略可持續(xù)發(fā)展的重要課題。我國(guó)從20世紀(jì)50年代起就打算以鋁代銅來(lái)解決銅資源緊缺的問(wèn)題，但因鋁導(dǎo)體有表面易氧化、連接性能和耐磨性能差、導(dǎo)體不易焊接、蠕變量大等缺陷，這使得人們考慮把銅和鋁的優(yōu)點(diǎn)集合起來(lái)利用，充分發(fā)揮兩者的性能優(yōu)勢(shì)，銅包鋁導(dǎo)體技術(shù)便是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)品。

銅包鋁是一種古老而新穎的導(dǎo)體材料，之所以稱(chēng)它為古老，是因?yàn)閿?shù)十年前在國(guó)外就已經(jīng)制造出來(lái)并應(yīng)用于通信、電子和建筑布線(xiàn)上；之所以稱(chēng)它為新穎，是因?yàn)閺?span lang="EN-US">2001年起，我國(guó)大連的金屬制造企業(yè)引進(jìn)美國(guó)銅包鋁先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備，使銅包鋁的技術(shù)在我國(guó)得到了迅速的發(fā)展，與過(guò)去的技術(shù)相比，新的銅包鋁生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的變化，它的特性是使銅包鋁線(xiàn)具有與銅一致的表面抗氧化性和導(dǎo)體的連接性能，與鋁相比，它易焊接、蠕變量小，其機(jī)械性能又介于銅鋁二者之間。新技術(shù)條件下生產(chǎn)的銅包鋁導(dǎo)體具備了作為電線(xiàn)電纜選用導(dǎo)體的技術(shù)條件。

2 技術(shù)依據(jù)

(1）國(guó)外依據(jù)

以美國(guó)為代表的先進(jìn)工業(yè)國(guó)家對(duì)銅包鋁導(dǎo)體和銅包鋁電纜的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用規(guī)范已形成了幾十年。

①《美國(guó)電氣安裝規(guī)范》2008版（NEC）中第310條《通用導(dǎo)線(xiàn)要求》規(guī)定了導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)體材料為銅、銅包鋁或鋁（合金）導(dǎo)線(xiàn)。同時(shí)該章節(jié)規(guī)定了銅包鋁和銅、鋁（合金）導(dǎo)線(xiàn)的最小尺寸、導(dǎo)線(xiàn)的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用條件和各種條件下的載流量。在NEC標(biāo)準(zhǔn)緒論第90.2條《適用范圍》中給定了規(guī)范涉及導(dǎo)線(xiàn)如下的適用范圍： 

1）公共和私人房屋；

      2）庭院、場(chǎng)地、停車(chē)場(chǎng)、會(huì)場(chǎng)和工業(yè)變電站；

      3）連接到供電系統(tǒng)的導(dǎo)線(xiàn)和設(shè)備的安裝；

      4）電力設(shè)施使用的電氣安裝，例如發(fā)電廠、變電站或控制中心附屬的辦公樓，倉(cāng)庫(kù)、車(chē)庫(kù)、車(chē)間和休閑建筑。

      《美國(guó)電氣安裝規(guī)范》（NEC）是由美國(guó)消防協(xié)會(huì)（NFPA）制定和出版的，NEC為安全用電和電氣安裝的標(biāo)準(zhǔn)，并是全球建筑業(yè)最為廣泛使用和接受的規(guī)范。

②美國(guó)ASTM B566-1993（2004再次確認(rèn)）《銅包鋁線(xiàn)》為電氣用銅層體積比10%和15%的祼圓銅包鋁線(xiàn)制定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)成為UL 1581《電線(xiàn)電纜和軟線(xiàn)》、UL 4《鎧裝電纜》和UL 44《橡皮絕緣電纜》等標(biāo)準(zhǔn)涉及的電纜用銅包鋁導(dǎo)體的技術(shù)依據(jù)。

③美國(guó)《電線(xiàn)電纜和軟線(xiàn)》UL 1581-2001是橡皮絕緣電線(xiàn)電纜(UL 44)、熱塑性料絕緣電線(xiàn)電纜（UL 83）等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于絕緣、導(dǎo)體、護(hù)套及其它護(hù)層等要求的細(xì)則依據(jù)。在UL 1581標(biāo)準(zhǔn)第11條《銅包鋁導(dǎo)體的要求》中規(guī)定了銅層體積比10%以上、銅層厚度不小于線(xiàn)直徑2.56%的銅包鋁線(xiàn)為電線(xiàn)電纜和軟線(xiàn)的導(dǎo)體材料。

④美國(guó)UL 4《鎧裝電纜》標(biāo)準(zhǔn)的概述中明確規(guī)定了銅包鋁和銅、鋁合金是標(biāo)準(zhǔn)涉及電纜的選擇導(dǎo)體。在該標(biāo)準(zhǔn)的第17.8條和第17.9條中還規(guī)定了銅包鋁電纜絕緣層標(biāo)簽和包裝上的標(biāo)記要求。

⑤美國(guó)UL 44《橡皮絕緣電纜》標(biāo)準(zhǔn)第4.1條《導(dǎo)體》中也明確了銅包鋁和銅、鋁（合金）是標(biāo)準(zhǔn)涉及電纜的導(dǎo)體選擇。在該標(biāo)準(zhǔn)附錄D還規(guī)定了銅包鋁導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、性能與標(biāo)記要求。

⑥日本電線(xiàn)工業(yè)協(xié)會(huì)制定了《600V銅包鋁導(dǎo)體聚乙烯絕緣電線(xiàn)》JCS 351-1974和《銅包鋁線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)》JCS 346A-1992行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，英國(guó)制定了《絕緣電纜用銅包鋁導(dǎo)體》BS 4990-1973的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

在國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中，銅包鋁與銅、鋁合金導(dǎo)體是電線(xiàn)電纜導(dǎo)體的三種選擇之一。在NEC規(guī)范第110條《電氣安裝要求》中提出按規(guī)范要求使用的導(dǎo)線(xiàn)材料不是銅而是其它材料（銅包鋁或鋁合金）時(shí)，其導(dǎo)線(xiàn)規(guī)格應(yīng)進(jìn)行換算。因此，國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家對(duì)銅包鋁或鋁合金導(dǎo)體與銅導(dǎo)體一樣，都是在標(biāo)準(zhǔn)化的導(dǎo)體技術(shù)條件和科學(xué)、安全的使用規(guī)范條件下電纜采用的通用導(dǎo)體。

（2）國(guó)內(nèi)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)銅包鋁電纜是從二十一世紀(jì)初開(kāi)始發(fā)展的，目前我國(guó)已制定的銅包鋁線(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和銅包鋁電纜地方標(biāo)準(zhǔn)如下：

①我國(guó)電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T 11223-2000《銅包鋁線(xiàn)》標(biāo)準(zhǔn)為非等效采用了ASTM B566-1993《銅包鋁線(xiàn)》標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了適用于電氣裝備用電線(xiàn)電纜用銅包鋁導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)性能要求；

②由東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院編寫(xiě)、遼寧省2008年頒發(fā)的地方標(biāo)準(zhǔn)：DB21/T 1622-2008 J11218-2008《銅包鋁電線(xiàn)電纜技術(shù)規(guī)程》；

③新疆自治區(qū)2009年頒發(fā)的地方標(biāo)準(zhǔn)：DB65/T 3032-2009《額定電壓450/750V銅包鋁復(fù)合芯聚氯乙烯絕緣電纜》和DB65/T 3033-2009《額定電壓0.6/1kV及以下銅包鋁復(fù)合芯擠包絕緣電力電纜》；

④成都康達(dá)電纜有限公司、成都市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院、四川省機(jī)械研究設(shè)計(jì)院以及上海電纜研究所馬國(guó)棟共同起草的四川省地方標(biāo)準(zhǔn)：DB51/T 1168-2010《額定電壓1kV（Um=1.2kV）銅包鋁導(dǎo)體擠包絕緣電力電纜》。

3 技術(shù)關(guān)鍵與應(yīng)用原理

（1）技術(shù)關(guān)鍵

銅包鋁導(dǎo)體的銅、鋁復(fù)合技術(shù)是保證銅包鋁導(dǎo)體性能和銅包鋁電纜推廣應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵。我公司引進(jìn)消化國(guó)外（以美國(guó)德州儀器公司為代表）先進(jìn)的銅包鋁導(dǎo)體“包覆焊接拉制法”生產(chǎn)技術(shù)，突破了過(guò)去國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的“電鍍法”生產(chǎn)工藝方法技術(shù)缺陷，生產(chǎn)出符合ASTM B566-2004和UL 1581-2001標(biāo)準(zhǔn)要求銅包鋁線(xiàn)和電線(xiàn)電纜用銅包鋁導(dǎo)體。

“包覆焊接拉制法”中銅、鋁復(fù)合技術(shù)機(jī)理與金屬冷壓焊接原理相同，即清除銅、鋁金屬表面氧化層并產(chǎn)生新的活性表面，當(dāng)銅帶包覆在鋁桿表面經(jīng)過(guò)逐級(jí)拉伸（壓縮）和熱處理后，使兩種金屬活性表面形成最穩(wěn)定的固相原子鍵和冶金結(jié)合。

（2）應(yīng)用原理

銅包鋁電纜應(yīng)用設(shè)計(jì)按照其導(dǎo)體直流電阻與銅芯電纜直流電阻相等的條件進(jìn)行。在此條件下，銅包鋁電纜的導(dǎo)體截面積與銅芯電纜導(dǎo)體截面積之比為：

S銅包鋁/S銅=P銅包鋁/P銅

已知：銅包鋁的最大電阻率P銅包鋁為0.02676Ω•mm2/m,銅的最大電阻率P銅為0.017241Ω•mm2/m，則：S銅包鋁/S銅=1.53

因此，按與銅芯電纜的直徑電阻相同條件選擇銅包鋁電纜，銅包鋁電纜的導(dǎo)體最大截面積應(yīng)比銅芯電纜導(dǎo)體截面積增大53%、線(xiàn)徑增大24%.在直流電阻相等的情況下，銅包鋁電纜的主要技術(shù)性能達(dá)到與銅芯電纜的相同和一致。

4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)型式

銅包鋁電纜的導(dǎo)體規(guī)格，絕緣的類(lèi)別、結(jié)構(gòu)和水平，護(hù)層的類(lèi)別和結(jié)構(gòu)等均參照GB/T 12706.1-2008《額定電壓1kV（Um=1.2kV）到35kV（Um=40.5kV）擠包絕緣電力電纜及附件第1部分:額定電壓1kV（Um=1.2kV）和3kV（Um=3.6kV）電纜》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證了銅包鋁電纜結(jié)構(gòu)型式與銅芯電纜的一致性。

根據(jù)我國(guó)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JCJ 16-2008）第7.4.1條第2款規(guī)定“對(duì)一類(lèi)高層建筑以及重要的公共場(chǎng)所等防火要求高的建筑物，應(yīng)使用阻燃低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜”的要求，并依據(jù)GB/T 12706.1-2008標(biāo)準(zhǔn)對(duì)阻燃無(wú)鹵低煙電力電纜的技術(shù)要求，公司設(shè)計(jì)了符合GB/T 19666-2005《阻燃和耐火電線(xiàn)電纜通則》性能試驗(yàn)要求的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣聚烯烴護(hù)套無(wú)鹵低煙A類(lèi)阻燃銅包鋁電力電纜。

由于銅包鋁導(dǎo)體中鋁的熔點(diǎn)為660℃，因此銅包鋁電纜不適用于火災(zāi)發(fā)生時(shí)可持續(xù)供電的耐火電纜的型式設(shè)計(jì)。

5 產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)和主要性能指標(biāo)

（1）使用特性

銅包鋁電纜（除導(dǎo)體選材外）的結(jié)構(gòu)性能均按GB/T 12706.1-2008《額定電壓1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)擠包絕緣電力電纜及附件 第1部分：額定電壓1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)電纜》標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造。其產(chǎn)品使用特性（見(jiàn)表1）與銅、鋁芯電纜保持了相同性和一致性。

（2）導(dǎo)體主要指術(shù)指標(biāo)

銅包鋁電纜導(dǎo)體的主要技術(shù)指標(biāo)符合ASTM B566-2004《銅包鋁線(xiàn)》和SJ/T 11223-2000《銅包鋁線(xiàn)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。其指標(biāo)見(jiàn)表2.

（3）絕緣和護(hù)層性能

銅包鋁電纜的絕緣和護(hù)層的性能符合GB/T 12706.1-2008《額定電壓1kV(Um=1.2kV)到35kV (Um=40.5kV)擠包絕緣電力電纜及附件 第1部分：額定電壓1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)電纜》的規(guī)定。

（4）導(dǎo)體連接性能

銅包鋁導(dǎo)體的連接性能與銅導(dǎo)體的連接性能一樣優(yōu)異。

上海電纜研究所（文獻(xiàn)查證）提供了銅/銅、銅包鋁/銅包鋁、銅/鋁、鋁/鋁四種導(dǎo)體連接電阻測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)圖1）表明：銅包鋁/銅包鋁和銅/銅兩種連接電阻是一致的，而其它形式的連接電阻要大許多。

（5）電纜線(xiàn)損（有功損耗）

銅包鋁導(dǎo)體的導(dǎo)電率比銅導(dǎo)體差，但比鋁和鋁合金好，在銅包鋁電纜實(shí)際應(yīng)用中，是按銅包鋁導(dǎo)體電阻與銅芯導(dǎo)體電阻相同條件下進(jìn)行的，在此條件下，用三相電路有功損耗計(jì)算公式W=3I2Rt可得：在相同運(yùn)行條件下，銅包鋁導(dǎo)體單位電流密度的的線(xiàn)損值與銅芯導(dǎo)體是相同的。即使在電纜導(dǎo)體最高工作溫度條件下運(yùn)行，因銅包鋁導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)（0.00405）與銅導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)（0.00393）差異只有3%，兩者線(xiàn)損值也是相當(dāng)?shù)摹?/p>

（6）電纜載流量和電壓損失

銅包鋁電纜在實(shí)際應(yīng)用中（比銅芯電纜）增大導(dǎo)體截面后，銅包鋁電纜安全載流量大于銅芯電纜安全載流量，銅包鋁電纜的電壓損失與銅芯電纜電壓損失相當(dāng)。

（7）電纜的敷設(shè)安裝

銅包鋁電纜的彎曲性能和柔順性能與銅芯電纜是一致的，即使將導(dǎo)體截面增大53%后，銅包鋁電纜仍比銅芯電纜輕許多，為敷設(shè)安裝提供便利條件。

銅包鋁電纜的敷設(shè)安裝方法與銅芯電纜是相同的，電纜連接附件也采用與銅芯電纜相同材質(zhì)的銅質(zhì)連接附件。

對(duì)銅包鋁電纜的安裝和連接方式，英國(guó)BICC公司認(rèn)為銅包鋁電纜的施工方法和使用連接附件與銅芯電纜是相同的。美國(guó)GC公司的結(jié)論是：銅包鋁電纜導(dǎo)體與純銅導(dǎo)體連接方法是相同的。

6 產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性

在實(shí)際應(yīng)用中，銅包鋁電纜導(dǎo)體截面積比銅芯電纜增大43%～53%（銅包鋁電阻率在0.02462～0.02676Ω•mm2/m范圍），在使用長(zhǎng)度相同的情況下，銅包鋁電纜導(dǎo)體的重量?jī)H是銅芯電纜導(dǎo)體的58%～62%，銅包鋁線(xiàn)單位重量?jī)r(jià)格卻只有銅線(xiàn)單位重量?jī)r(jià)格的50%，因此，銅包鋁電纜有非常優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)性。

目前，在替代銅芯電纜時(shí)，銅包鋁電纜的市場(chǎng)價(jià)格比銅芯電纜價(jià)格低30%～40%，鋁合金電纜價(jià)格比銅芯電纜低20%～30%。

7 產(chǎn)品創(chuàng)新性和先進(jìn)性

（1）產(chǎn)品的創(chuàng)新性

①銅包鋁導(dǎo)體采用美國(guó)為代表的“包覆焊接拉制”法工藝，使銅、鋁金屬?gòu)?fù)合界面形成最穩(wěn)固的冶金化結(jié)合，消除了我國(guó)過(guò)去傳統(tǒng)工藝方法（電鍍法）生產(chǎn)銅包鋁線(xiàn)存在的導(dǎo)體表面易氧化，銅層易起層、脫落，銅層厚度及均勻性達(dá)不到要求等缺陷。

②銅包鋁導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)中銅重量占導(dǎo)體重總量30%，節(jié)約了大量的戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備銅資源和材料成本，同時(shí)產(chǎn)品的技術(shù)性能實(shí)現(xiàn)了與銅芯電纜“等效”的條件。

（2）產(chǎn)品的先進(jìn)性

①在已經(jīng)制定的銅包鋁導(dǎo)體技術(shù)指標(biāo)中，導(dǎo)體中主要結(jié)構(gòu)性能（見(jiàn)表3）均達(dá)到或優(yōu)于美國(guó)ASTM B566和UL 1581標(biāo)準(zhǔn)要求。

②相同規(guī)格時(shí)，銅包鋁電纜導(dǎo)體的散熱性能優(yōu)于鋁合金電纜；在直流電阻相同時(shí)，銅包鋁電纜導(dǎo)體的散熱性能比銅芯電纜好許多。

對(duì)銅包鋁電纜與銅芯電纜、銅包鋁電纜與鋁合金電纜進(jìn)行持續(xù)通電溫升試驗(yàn)（見(jiàn)圖2、圖3）驗(yàn)證了銅包鋁電纜優(yōu)異的散熱性能。

③銅包鋁電纜因其導(dǎo)體表面是銅層，具有與銅芯導(dǎo)體相同比鋁和鋁合金導(dǎo)體更優(yōu)異的焊接性能。

④銅包鋁電纜導(dǎo)體的電氣連接采用與其表面銅層材料相同的銅質(zhì)連接器，使銅包鋁導(dǎo)體與銅包鋁導(dǎo)體之間的電氣連接性能比鋁合金導(dǎo)體與鋁合金導(dǎo)體之間的電氣連接更優(yōu)異。

相同規(guī)格的銅包鋁電纜和鋁合金電纜的中間連接部進(jìn)行持續(xù)通電溫升試驗(yàn)（見(jiàn)圖4）的結(jié)果表明，銅包鋁電纜導(dǎo)體電氣連接部通電溫升值和導(dǎo)體連接前后通電溫升增加值均比鋁合金電纜導(dǎo)體的溫升值和溫升增加值低。

⑤銅包鋁電纜（除導(dǎo)體材料外）的結(jié)構(gòu)性能完全符合依據(jù)IEC 60502-1：2004標(biāo)準(zhǔn)起草的GB/T 12706.1-2008《額定電壓1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)擠包絕緣電力電纜及附件 第1部分：額定電壓1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)電纜》標(biāo)準(zhǔn)要求。使銅包鋁電纜的導(dǎo)電性能、絕緣介電性能、電纜使用特性和電纜型式等均與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電力電纜實(shí)現(xiàn)了一致性。

8 市場(chǎng)應(yīng)用情況

美、英、日三國(guó)從20世紀(jì)70年代就開(kāi)始生產(chǎn)和使用銅包鋁線(xiàn)和電纜。其中日本日立電線(xiàn)株式會(huì)社和關(guān)東電線(xiàn)株式會(huì)社主要是將銅包鋁用于室內(nèi)布線(xiàn)，英國(guó)BICC公司對(duì)銅包鋁電纜的應(yīng)用于電力工程上已有十多年歷史。據(jù)上海電纜研究所公布的文獻(xiàn)提供，在國(guó)外銅包鋁導(dǎo)體用于布線(xiàn)和電力電纜的產(chǎn)品已進(jìn)入使用化階段。

我國(guó)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用銅包鋁電力電纜起始于2004~2006年，此期間全球銅供應(yīng)非常緊張，使得電工用銅價(jià)格漲到7～8萬(wàn)元/噸。我國(guó)銅包鋁電纜最早一批生產(chǎn)和投入市場(chǎng)的企業(yè)有大連付氏國(guó)際、鄭纜集團(tuán)、上海勝華電纜、浙江興樂(lè)電纜、武漢電纜集團(tuán)和成都康達(dá)電纜。其中興樂(lè)電纜和勝華電纜在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用業(yè)績(jī)較為突出，2009年國(guó)網(wǎng)山東電力配網(wǎng)工程簽訂了興樂(lè)銅包鋁電纜2000多萬(wàn)元合同；上海勝華在全國(guó)十多個(gè)省、市有超過(guò)300個(gè)主要工程項(xiàng)目應(yīng)用銅包鋁電纜業(yè)績(jī)，如上海市政協(xié)工程、天津海逸國(guó)際工程、重慶電業(yè)局配網(wǎng)工程、浙江蘭華九堡R21-03地鐵1～8號(hào)樓工程、大連英特爾（中國(guó)）工程、福建高速公路隧道工程、武漢鋼鐵公司基建工程、南方鋁業(yè)（中國(guó)）有限公司基建工程和江蘇沃爾瑪商城等項(xiàng)目。

成都康達(dá)電纜有限公司的線(xiàn)纜獲得廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用。如：湖北省電力（武漢、宜昌、襄樊、黃崗）迎峰渡夏工程、四川省電力（德陽(yáng)、眉山、攀枝花）配網(wǎng)工程、西南大學(xué)（教學(xué)樓）工程、重慶通信學(xué)院（住宅）工程、德陽(yáng)外國(guó)語(yǔ)學(xué)校（住宅樓）工程、成都普天熱縮廠遷建工程、四川北方紅光化工（廠房）工程、攀枝花鈦都（5萬(wàn)噸/年化纖鈦白粉）工程、貴州高速公路遂道工程、成都杜鵑花園、成都SBI創(chuàng)業(yè)街EF樓工程、成都戛納濱江花園、重慶萬(wàn)州國(guó)際大夏、重慶萬(wàn)州國(guó)貿(mào)大夏、宜賓市鼎業(yè)興城、綿陽(yáng)市長(zhǎng)興太陽(yáng)城、德陽(yáng)電力明源國(guó)際大夏、廣元市鳳臺(tái)國(guó)際酒店、眉山市凱旋廣場(chǎng)、眉山市領(lǐng)袖東方花園等項(xiàng)目。

應(yīng)該說(shuō)，與傳統(tǒng)的銅芯電纜工程應(yīng)用的普及性相比，銅包鋁電纜在工程應(yīng)用方面還只是冰山一角。造成銅包鋁電纜應(yīng)用與推廣不力的原因有：

①?lài)?guó)內(nèi)用戶(hù)（包括制造廠）對(duì)銅包鋁技術(shù)應(yīng)用原理不了解，特別是在銅包鋁初期推廣時(shí)，大多制造廠給用戶(hù)和設(shè)計(jì)院提供的產(chǎn)品應(yīng)用原理是由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)作用，使銅包鋁的交流電阻和載流量堪與銅芯比美。這種理論是夸大和誤導(dǎo)，而沒(méi)有從銅包鋁電纜等效銅芯電纜性能設(shè)計(jì)和銅包鋁電纜工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范上提供科學(xué)依據(jù)和方法。因此，很難讓用戶(hù)和設(shè)計(jì)部門(mén)采信。

②銅包鋁電纜至今沒(méi)有國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，電纜行業(yè)在引進(jìn)和采用國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)方面的工作力度和深度不足。而國(guó)內(nèi)銅包鋁導(dǎo)體技術(shù)引領(lǐng)企業(yè)付氏國(guó)際（大連）集團(tuán)（收購(gòu)美國(guó)銅包鋁生產(chǎn)企業(yè)、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備）對(duì)銅包鋁電纜技術(shù)的推廣更多地局限于地區(qū)性，而沒(méi)有大力在行業(yè)中推動(dòng)。

③銅包鋁電纜過(guò)去在工程上應(yīng)用規(guī)模小還緣于產(chǎn)品推廣的時(shí)間不長(zhǎng)，在2005年前，銅與鋁的價(jià)格差距不大（電工用銅價(jià)為2.2～2.8萬(wàn)元/噸，電工用鋁價(jià)為1.5～1.7萬(wàn)元/噸），銅包鋁的經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)勢(shì)不突出。從2005年～2007年期間，銅價(jià)格一路攀升到7～8萬(wàn)元/噸以上，此時(shí)，銅包鋁的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)已非常突出，加之此階段國(guó)際上銅資源供應(yīng)日趨緊張，國(guó)內(nèi)的電纜行業(yè)開(kāi)始了銅包鋁的積極推廣，也得到了一些用戶(hù)的認(rèn)同。

綜上所述，我國(guó)對(duì)銅包鋁電纜的推廣應(yīng)用采取科學(xué)務(wù)實(shí)而不是急功近利的態(tài)度，而應(yīng)該借鑒和引進(jìn)先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的技術(shù)與應(yīng)用規(guī)范，進(jìn)一步發(fā)展銅包鋁技術(shù)，推動(dòng)銅包鋁電纜的市場(chǎng)應(yīng)用，為創(chuàng)建“資源節(jié)約型社會(huì)”做出努力。

9 產(chǎn)品的應(yīng)用問(wèn)題和質(zhì)量保證措施

（1）產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題

與許多電線(xiàn)電纜新產(chǎn)品一樣，目前銅包鋁電纜產(chǎn)品尚無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)各企業(yè)制定的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也存在不統(tǒng)一的問(wèn)題，但是，這并不影響產(chǎn)品的選用。因?yàn)閲?guó)內(nèi)銅包鋁電纜主要生產(chǎn)企業(yè)都是統(tǒng)一按與銅芯電纜電阻相同條件推廣應(yīng)用銅包鋁電纜。其中，一些企業(yè)是按與銅芯電纜電阻相同條件設(shè)計(jì)銅包鋁電纜結(jié)構(gòu)；一些企業(yè)是以提高電纜規(guī)格達(dá)到與銅芯電纜電阻相同條件應(yīng)用，以上兩種情況都能滿(mǎn)足銅包鋁電纜性能的設(shè)計(jì)和使用要求。

另外，國(guó)內(nèi)銅包鋁電纜生產(chǎn)的主要企業(yè)，都能提供工程設(shè)計(jì)銅包鋁電纜選擇參數(shù)，為設(shè)計(jì)部門(mén)提供電纜選用設(shè)計(jì)依據(jù)。

（2）銅包鋁導(dǎo)體復(fù)合質(zhì)量穩(wěn)定性問(wèn)題

目前，銅包鋁線(xiàn)“包覆焊接拉制法”生產(chǎn)技術(shù)已在我國(guó)相當(dāng)普及，全國(guó)已有超過(guò)200多條“包覆焊接拉制法”生產(chǎn)線(xiàn)。“包覆焊接拉制法”生產(chǎn)方法是以美國(guó)為代表采用的銅包鋁線(xiàn)復(fù)合技術(shù)，該生產(chǎn)方法是使銅鋁之間達(dá)到固相冶金化結(jié)合的一種可靠而易于推廣的技術(shù)，并得到國(guó)內(nèi)外業(yè)界的應(yīng)用與認(rèn)同。

采用“包覆焊接拉制法”生產(chǎn)的銅包鋁線(xiàn)，其導(dǎo)體的銅、鋁復(fù)合質(zhì)量完全能達(dá)到電纜用銅包鋁線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，在該生產(chǎn)線(xiàn)上還配備了紅外線(xiàn)探傷檢測(cè)銅帶包覆過(guò)程中出現(xiàn)的脫層、開(kāi)裂等質(zhì)量缺陷，按SJ/T 11223-2000《銅包鋁線(xiàn)》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)銅包鋁線(xiàn)進(jìn)行檢驗(yàn)把關(guān)，完全能保證產(chǎn)品質(zhì)量。

國(guó)內(nèi)有對(duì)銅包鋁線(xiàn)銅層質(zhì)量提出異議，主要是由于一些生產(chǎn)企業(yè)為追求利潤(rùn)采用“電鍍法”生產(chǎn)銅包鋁線(xiàn)，造成銅層厚度達(dá)不到要求、厚薄不均勻、表面易氧化和脫落，給銅包鋁產(chǎn)品技術(shù)造成負(fù)面影響，但這畢競(jìng)不是銅包鋁生產(chǎn)的主流，即使是銅芯電纜生產(chǎn)，也存在為追求利潤(rùn)、減少用銅量、降低質(zhì)量的現(xiàn)象存在。

因此，銅包鋁電纜的導(dǎo)體生產(chǎn)采用“包覆焊接拉制法”技術(shù)，銅層體積比達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，其產(chǎn)品質(zhì)量就可得到保證。

（3）導(dǎo)體表面銅層受壓損傷問(wèn)題

關(guān)于銅包鋁導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程導(dǎo)體緊壓和安裝過(guò)程導(dǎo)體連接受外力緊壓是否會(huì)造成其表面銅層損傷的問(wèn)題，在多年的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用實(shí)踐中已得到驗(yàn)證；

銅包鋁導(dǎo)體壓接時(shí)導(dǎo)體表面是與連接器內(nèi)表面面接觸，除非對(duì)導(dǎo)體表面直接使用尖銳和鈍器沖擊外，導(dǎo)體表面承受均勻緊壓或正壓力，不會(huì)導(dǎo)致表面銅層損傷，這是因?yàn)殂~包鋁導(dǎo)體銅層是與中心層鋁實(shí)現(xiàn)了固相冶金化結(jié)合，而不是銅鋁界面之間簡(jiǎn)單的粘合，銅包鋁線(xiàn)銅層表面與純銅表面一樣具有良好的耐磨性和機(jī)械性能。

出現(xiàn)銅包鋁線(xiàn)表面銅層受壓損傷的情況是在銅鋁復(fù)合拉拔線(xiàn)徑在Φ5.0以上時(shí)會(huì)發(fā)生，因?yàn)閺?fù)合導(dǎo)體在Φ5.0以上時(shí)，銅鋁之間未形成固相結(jié)合。還處于“分層”狀態(tài)，但是電線(xiàn)電纜用銅包鋁線(xiàn)均在Φ3.0以下，故不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)體受壓損傷表面銅層的現(xiàn)象。

在用戶(hù)安裝電纜過(guò)程中，推薦用薄銅帶將電纜端頭包覆，以防止壓接附件時(shí)操作不當(dāng)造成銅包鋁導(dǎo)體表面銅層損傷。

（4）導(dǎo)體單線(xiàn)接頭處理問(wèn)題

銅包鋁導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合的銅、鋁界面上形成了一種銅鋁化合物（CuAl2）的硬脆相，而這種銅鋁混合層既是判斷銅鋁是否實(shí)現(xiàn)冶金化結(jié)合的重要依據(jù)，又對(duì)復(fù)合導(dǎo)體的質(zhì)量產(chǎn)生影響，在銅包鋁線(xiàn)包覆后各道次拉拔中，如控制不好各道具次變形量或在冷壓焊接線(xiàn)頭時(shí)損傷表面銅層都是會(huì)使脆化層暴露在空氣中，使銅包鋁線(xiàn)很快斷裂。

我國(guó)銅包鋁線(xiàn)生產(chǎn)企業(yè)都在積累包覆焊接拉拔道次和變形量的優(yōu)化方案，進(jìn)一步改進(jìn)了冷壓焊接線(xiàn)頭的工藝，并取得了很大成效。

采用液壓數(shù)字顯示冷壓焊接機(jī)焊接銅包鋁單線(xiàn)接頭，使導(dǎo)體接頭實(shí)現(xiàn)均勻受力，完全解決了銅包鋁單線(xiàn)接頭技術(shù)，獲得了良好的焊接效果和質(zhì)量。

（5）導(dǎo)體電氣連接問(wèn)題

為防止不同特性的金屬發(fā)生實(shí)際接觸，銅包鋁導(dǎo)體電氣連接使用的連接器應(yīng)采用與其表面銅層材料相同的銅質(zhì)連接器，且連接導(dǎo)體只能是銅包鋁和銅包鋁之間進(jìn)行，而不能在不同材質(zhì)（如銅包鋁與銅、銅包鋁與鋁）之間進(jìn)行連接。同時(shí)，連接所使用的焊錫、防腐劑和凃覆導(dǎo)體和絕緣材料均應(yīng)是專(zhuān)用的且不能對(duì)導(dǎo)體或連接裝置有損害作用。

銅包鋁導(dǎo)體端子采用的壓接連接器壓接模具，按導(dǎo)體規(guī)格外徑尺寸相對(duì)應(yīng)選擇并合理使用，就能使導(dǎo)體與連端子可靠連接�！睹绹�(guó)電氣施工規(guī)范》2008版（NEC）第110.4條《電氣連接》規(guī)定對(duì)導(dǎo)體電氣連接物理性能要求和連接技術(shù)要求，對(duì)銅包鋁導(dǎo)體、銅導(dǎo)體和鋁合金導(dǎo)體都是一致的和通用的規(guī)定。因此，銅包鋁導(dǎo)體的電氣連接與銅導(dǎo)體和鋁合金導(dǎo)體一樣，只要按照規(guī)范的連接與施工方法進(jìn)行，就能獲得安全保障。

日立電線(xiàn)株式會(huì)社經(jīng)過(guò)6個(gè)月的試驗(yàn)驗(yàn)證：銅包鋁線(xiàn)和銅線(xiàn)完全相同的操作條件下，能適用銅的連接器。美國(guó)GC公司的可靠性結(jié)論是銅包鋁線(xiàn)適用于銅線(xiàn)連接器，采用與銅線(xiàn)相同的連接方法。

（6）銅包鋁線(xiàn)兩種不同金屬產(chǎn)生電化腐蝕問(wèn)題

由于銅包鋁線(xiàn)端頭是暴露在大氣中，如大氣中濕度較大，端面吸附水分子，就使得銅與鋁兩電極電位發(fā)生電化反應(yīng)（產(chǎn)生腐蝕電池），在這腐蝕電池中，鋁由于電位較低而被腐蝕，這會(huì)造成銅包鋁電纜接頭質(zhì)量逐步下降，留下供電質(zhì)量和安全隱患。

大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)都是是采用防腐快干漆或防腐快干油涂在銅包鋁端頭和冷壓焊接裸露鋁的部位上，這種防腐快干漆和防腐快干油在幾分鐘之內(nèi)就干涸，且在電纜運(yùn)行溫度條件下不分解。這種原理與銅包鋁漆包線(xiàn)行業(yè)采用漆包線(xiàn)絕緣漆保護(hù)導(dǎo)體的原理是一致的。據(jù)了解，防腐快干漆和防腐快干油在工程安裝電線(xiàn)電纜導(dǎo)體防腐蝕、防氧化措施上都得到普遍應(yīng)用，其目的是將空氣和水分子與導(dǎo)體隔離，防止導(dǎo)體腐蝕和氧化。

另外，電纜制造企業(yè)為防止電纜端頭腐蝕和氧化，在產(chǎn)品出廠前都將電纜端頭用端帽密封。如果將銅包鋁導(dǎo)體的連接附件使用電纜熱縮件采用的密封膠密封起來(lái)，便可將銅包鋁導(dǎo)體端頭與大氣和水分子隔離。

（7）電纜阻燃性和安全性的提升解決方案

在包鋁鎧裝電纜的設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮到傳統(tǒng)銅、鋁芯鎧裝電纜的雙鋼帶螺旋繞包裝鎧結(jié)構(gòu)的彎曲性能和電纜彎曲時(shí)絕緣層的安全可靠性能都較低的因素，我公司采用了UL 4《鎧裝電纜》標(biāo)準(zhǔn)推薦的金屬帶聯(lián)鎖鎧裝結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了鍍鋅鋼帶和鋁合金帶聯(lián)鎖鎧裝銅包鋁電纜系列產(chǎn)品。聯(lián)鎖鎧裝結(jié)構(gòu)的銅包鋁電纜，不僅改善了電纜的彎曲性能和彎曲時(shí)絕緣層的安全可靠性能，更極大提升了電纜阻燃性能，降低了電纜燃燒時(shí)炭化長(zhǎng)度（燒焦部分距上夾具下緣的范圍）。

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