铝合金电缆应用可行性分析报告V

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报告编号:禍华国华研穽啧SHENHUA GUOHUA ROWER RESEARCH INSUTUTE铝合金电缆应用可行性分析报告(初稿)神华国华(北京)电力研究院有限公司2015年1月目录1. 前言 52. 铝合金电缆的发展概况 52.1. 铝用作导体的历史 52.2. 纯铝导体在电力电缆应用中的问题 62.3. 铝合金导体的诞生 62.4. 铝合金分类及用作导体的铝合金牌号 72.5. 铝合金导体在国内的发展 93. 铝合金电缆的应用现状 93.1. 国标对铝合金电缆应用的规定 93.2. 国际国内铝合金电缆的应用情况 113.2.1. 铝合金电缆在民用建筑领域的应用情况 113.2.2. 铝合金电缆在工业领域的应用情况 123.2.3. 铝合金电缆在电力行业的应用情况 123.3. 铝合金电缆及附件国内供应商现状 123.3.1. 铝合金电缆国内供应商现状 123.3.2. 铝合金电缆附件国内供应商现状 133.3.3. 铝合金电缆行业小结 144. 铝合金电缆的技术性能 144.1. AA8000系列铝合金导体的化学成分 144.2. 铝合金导体与纯铝(AA1350)导体比较 154.2.1. 机械强度 174.2.2. 蠕变性能 174.3. 铝合金导体与铜导体比较 174.3.1. 导电率 184.3.2. 涡流损耗 184.3.3. 蠕变性能 194.3.4. 抗拉强度 214.3.5. 弯曲性能 214.3.6. 回弹性能 214.3.7. 耐腐蚀性能 224.3.& 化学腐蚀 224.3.9. 电化学腐蚀 224.3.10. 铠装性能 234.3.11. 环保性能 234.3.12. 安装重量 234.3.13. 安装体积 234.3.14. 循环利用 244.3.15? 铝合金电缆性能总结 245. 铝合金电缆存在的问题和风险及应对措施 245.1. 铝合金电缆存在的问题 245.1.1. 铜铝连接问题 255.1.2. 特殊系统供电问题 305.13 导体化学成分分歧 305.1.4. 国家及行业标准缺失 315.2. 铝合金电缆应用风险 315.3. 铝合金电缆使用应采取的措施 326. 铝合金电缆的经济分析 326.1. 价格因素分析 326.2. 工程造价对比 337. 结论 36附件一铝合金电缆与铜芯电缆的生命周期评价 39附件二铜铝连接研究摘要 42附件三铜、铝资源状况 471. 从世界范围看铜铝资源 472. 国内铜铝资源状况 47关键词:铝合金导体;铜导体;铝导体;低压电力电缆;铜、铝资源;铜铝过渡1?前言电缆广泛地应用于电力行业,用来连接变压器、电动机等用电设备。由于铜的导电性 仅次于银,导热性仅次于金、银;耐腐蚀,无磁性,塑性好,易于焊接,常用作电缆的载 流导体。但铜作为一种稀缺资源,价格攀升较快,电线电缆行业出现了 “以铝代铜”的变 革,并取得了一定的应用成果。而铝材的蠕变性、连接可靠性较差,安装时弯折常有损伤, 与铜导体或铜端子的连接常导致接触电阻过大,使得铝导体电缆的应用受到了一定程度的 制约;谡庵肿纯,性能介于铜芯电缆及铝芯电缆Z间的铝合金电缆应运而生。铝合金电缆的理化性能是否达到发电行业的要求,使用铝合金电缆是否会带来其他问 题和隐患,铝合金电缆的工程造价和基建成本相比铜芯电缆能否降低,这些都需要开展调 查和研究。为解决上述三个问题,国华电力研究院早在2013年开始接触铝合金电缆技术, 于2014年分别和安徽太平洋电缆公司、广东电力设计研究院、浙江电力设计院、华东电力 设计院开展了相关技术交流,2014年底派员实地调研了安徽欣意电缆、安徽双诚电缆公司, 为铝合金电缆的使用积极储备技术经验。此外,研究院还和柳州、九江、寿光项目部开展 合作研究,分析铝合金电缆在具体工程中使用的经济性优势。2?铝合金电缆的发展概况铝用作导体的历史铝作为一种年轻的金属,在19世纪中期,它被称作“银色的金子”,比黄金还珍贵, 直到1886年由美国科学家霍尔独立研究出电解铝法,才开始能够后工业化生产。铝用作导 体从1896年开始,英国人科利在博尔顿架设了世界上第一根架空铝绞线。1910年美国铝业 协会胡普斯发明了钢芯铝绞线,架设于尼亚加拉大瀑布上空。此后,架空高压输电线逐步 被钢芯铝绞线取代。另外,欧美工业发达国家于1910年开始使用铝导体替代铜导体作为配 电线。现在,全世界生产的铝约14 %用作电工材料,世界上在电线屮,使用铝比例最高的 是美国,低压达到35 %左右。我国电工部门的用铝量约占全国铝消耗总量的三分之一,主 要用于高压输电,而配电使用铝导体的比例低于5%o用作导体的铝合金是在六七十年代由 于铜价的高速攀升的背景下才飞速发展起来的。纯铝导体在电力电缆应用中的问题六七十年代,全球铜价高速攀升,由于政治因素,铜材作为战略物资受到贸易管制, 国内大量采用铝作为输电电缆的主要导体材料,“以铝代铜”成为电气行业普遍遵循的技术 政策,选用铜导体电缆需要报告申请。所以民用建筑的干线,支线都采用纯铝线缆。纯铝 导体(AA1350)的缺点主要体现在如下几个方面:1) 机械强度差,容易折断;2) 易蠕变,需要经常紧固螺丝;3) 容易过载发热,存在安全隐患;4) 没有很好的解决铜铝过渡连接问题。注:金属在温度、外力和自重的作用下,随吋间推移,将缓慢产生不能复原的永久变形,这种现象称为 蠕变。图1铝的蠕变情况示意硬态纯铝电 缆在装配铁 制螺丝时的 高温蠕变情 况铝合金导体的诞生这些问题不仅仅是国内面临的问题,世界电缆行业也面临同样的问题。随着国际形势的好转,中国改革开放的实施,我们能够方便的从国外大量进口铜资源,而且铜铝之间的 价差不大,以铝代铜在国内逐步淡化;与此同时,国外积极研发新的铝合金导体,解决合 金导体和端子的连接问题。1968年,美国南方电缆公司率先发明了铝合金电缆,并大量用 于民用建筑领域。随后美国以及欧洲在配电线路上大量应用铝合金导体。在美国国家电气 规范 NEC330.14 规定:“8, 10, 12AWG 截面(相当于国内 8.37 mm2,5.26 mm2,3.332 mm2)的 实心导体应由AA8000系列电工级铝合金材料制造。绞合型导体从8 AWG(相当于国内8.37 mm2)至U 1 000 kcmil(相当于国内 506.7 mm2)标识为 Type RHH, RHW, XHHW, THW, THHW, THWN, THHN, service-entrance Type SE Style U and SE Style R 应由 AA-8000 系列电工级铝 合金导体材料制造! 铝合金分类及用作导体的铝合金牌号铝合金有很多种类,各有各的用途,根据纯铝中添加元素的不同在国际上可以分为下列几个系列:1000—纯铝(铝含量
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