铝合金在电力传输领域的应用

铝合金在电力传输领域的应用

白凯范国敬

（山东兖矿轻合金有限公司273515）

摘要：随着我国电力事业不断发展，电力系统不论是规模还是覆盖率，均得到了长足的发展。输电线路规模扩张，相应增加了对输电线材料的需求，就现阶段电力输送系统而言，铝合金导线承担着重要的输电作用，在输电性能、综合经济效益等方面表现优异，应用极为广泛。笔者从铝合金材质在电力传输领域的发展入手，就其实际应用，阐述几点看法。

关键词：铝合金；电力传输；实际应用；电缆

自电力能源开始应用以来，人们便开始对输电材质的研究，希望寻找到输电损耗小、价格适宜的输电材料。铝材凭借自身优良的导电性能及相对经济的价格，在电力事业发展初期，即受到输电领域的广泛关注。随着现代材料制造业的发展，人们发现在铝中掺加一定量的Fe、Cu、Zr等元素制成铝合金，其伸长率、抗拉强度等均会得到较为明显的提升，并且可以降低其电阻率。因此，针对铝合金材质在电力输送领域的实际应用进行分析，具有其相应的现实意义。

一、铝合金输电电缆的发展概述

铝与铜一样是良性金属导体，但与铜相比其密度更小，仅为2.7g/cm3左右，价格更加低廉，并且加工方便，是较为传统的输电电缆制作原材料之一，在电缆制造领域拥有较为广泛的应用。在铝制电缆制造应用初期，人们习惯用纯铝材质制作电缆，但纯铝材质缺点明显，如熔点低、机械强度差、柔韧性差等，在实际使用过程中，遇到较大电流时，纯铝导线易产生大量热，并且经过一段时间的使用后，还会出现“蠕变”问题，此外，纯铝导线脆化、折断问题同样严重，限制了纯铝导线的实际输电性能。

基于纯铝导线在实际应用中出现的种种问题，由美、日两国科研人员率先尝试，通过在纯铝导线中掺入约为0.1%的Zr元素，以解决纯铝导线的输电软化问题，即耐热铝合金电缆，其中以TACSR（耐热铝合金钢芯绞线）最具代表县，TACSR与常规ACSR绞线相比，连续运行温度可达到150℃、短时允许温度可达180℃，平均提升了60.0℃左右。

我国关于铝制导体的研究可大致分为两个阶段。第一个阶段结束于上世纪八十年代，起因是经相关研究表明，硅含量超标是导致国内电工铝电阻率偏高的根本原因，从而推动了深脱硅技术的发展。这一技术的发展促使我国电工铝的导体电阻率标准与国际标准接轨，达到2.83*10-8Ω·m。第二个阶段由第一阶段末至今，由于我国稀土资源相对丰富，国内的电工铝导体研发创新意识明显，其中高导电耐热铝合金导线、高导电稀土铝合金导线、以及高强度稀土铝导线，以及得到了相对广泛的应用。

二、铝合金材质在输电领域中的实际应用分析

（一）铝合金电缆基本规格分析

随着铝合金电缆不断发展，其实际应用规格经历也发生过几次变化，就现阶段市场需求及生产条件而言，输电铝合金导线应全面满足一下几点标准：一，铝合金电缆相对导电率不得低于50.0%LACS，抗拉强度不应低于206.0MPa；二，电缆应符合热稳定性好、载流量大、焊接性能良好、使用可靠等要求；针对不同应用线路，电缆本身物理常数，具体包括线膨胀系数、弹性模量等符合相应的使用需求。

（二）铝合金材质在输电领域中的实际应用分析

就电缆输送架空导线材质而言，铜和铝均是常见的导体原料，铜材料的优势在于其金属导电率更高、导电性能更加优良、伸长率高、材质抗拉强度大、加工工艺更为成熟。但铜的密度大，铝合金材料的密度大概只有铜材料的1/3左右，故而铝合金在拉力单重比、载流量单重比等指标方面，更具有材料优势，具体差异如下表所示。

就我国铝合金材料在输电领域的整体应用比重而言，与国外差距较大，仅能达到1.4%左右。国内铝合金材料以6201铝合金和1120铝合金性能较为突出，前者的优势在于力学性能优良，后者的优势在于传导效率更高，均是架空铝导线制造的理想原料。除基本的力学、电学性能外，选择架空导线材料时，还需综合考虑架空线路实际运行环境因素影响，尤其需考虑到裸露部件的腐蚀问题，现阶段常见的铝合金导线种类主要包括，钢芯铝绞线、钢芯铝包钢绞线、钢芯铝合金绞线等。

铝及其合金材质在民用建筑供电领域，主要被应用于用电需求相对较大的民用建筑设施，具体包括飞机场、火车站、大型体育馆等，针对此类民用建筑设施铝合金供电电缆的研究，可追溯到上世纪中叶，如1350硬态纯铝电缆，在1970年之前就有较为广泛的应用。但这种电缆有两个问题，其一是安装性能及力学性能较差；其二是连接状态不稳定，火灾风险较大。针对以上问题进行深入探究后，科研人员发现，问题的根本原因在于，电缆在其机械连接处发生了蠕变，降低了连接压紧力，从而影响接触电阻变大，当电流通过时，即会产生大量的热，最终影响电缆的使用安全性。针对此类建筑用电需求制造的8***系列铝合金，抗蠕变性能、抗拉性能均得到了有效增强，且在等长等截面条件下，载流量可达到铜材质的78.0%左右，导电率可达到铜的62.0%左右，如相应扩大铝合金电缆截面积至1.5倍铜电缆截面积，则二者载流量基本一致。

铝制导线在居民住宅中的应用发展较为缓慢，主要是由于经相关科研人员调查研究后，得出铝制导线不适用于住宅室内布线的结论导致的。围绕这一问题，胡大伟等一干学者在研究后，提出采用区分布线的形式，完成居民住宅电气系统布线，即明确区分室内布线和干线布线区域，前者优先选用铜制电线，后者优先选用符合其使用标准的铝质导线。

结语：

综上所述，铝合金材质经过多年的发展，其综合性能已经得到了明显的提升，与传统铜制导线相比，其导线能力并不相差，且兼顾柔软、轻便、损耗低等特性，经济效益及环境效益交高，值得在电力传输领域大力推广，从而促进现代电力系统的进一步发展。

参考文献：

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[2]龚宁涛.浅析输电线路增容改造的导线选择[J].低碳世界，2015（08）.

[3]秦君，杜欣慧.新型节能导线在500kV输电线路设计中的选型方法[J].现代工业经济和信息化，2014（16）.