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铝合金电缆在城市中压电网的适用性研究

文章来源:渤海电缆网 作者:【未知】 点击:次 时间:2016/11/24 10:42:07

摘要:“富铝缺铜”并不符合国情,“藏铜于国内”则更具有突出战略意义。铝合金电缆对比铜电缆在导电性、载流量、机械性能、耐腐蚀、耐高温等硬性指标上存在明显差距,在接头故障、通道资源占用、施工工艺等方面也存在对比劣势。综合资产全寿命周期和电网安全运行的需要,铝合金电缆并不适合在中压系统和城市配电网推广使用。

【关键词】以铝代铜 铝合金电缆 富铝缺铜

一、引言

随着我国经济步入发展新常态,铝合金电缆在电气市场中占据了一定份额。相关媒体和企业提出了在电力电缆领域全面推广“以铝代铜”,并冠之以未来“发展方向”,解决铜资源短缺的“战略举措”。本文主要对铝合金电缆和铜电缆进行八个方面横向对比,并结合实际应用情况,理性审慎地看待铜铝替代问题。

二、铜铝矿产资源的现实比较

我国铜资源相对短缺是客观事实,但铝资源其实并不富裕。所谓“富铝缺铜”更是不符合国情的误导宣传〔1〕。众所周知,国内铝加工行业由于产能严重过剩,早已列入国家限制淘汰落后生产序列。国产铝土矿石的铝硅比偏低,氧化铝生产成本偏高。铝矿的过度开采使国内储采比仅有6.6年,远低于石油工业10年的储采比〔2〕,显然储量不能满足经济快速增长的需要。然而为维持庞大的铝业产能,必须从海外大量采购铝矿资源,预计到“十三五末”铝矿的海外依存度将达到60%以上。从长期来看,客观上存在铝资源短缺的系统性风险。反观铜作为100%可循环使用的金属,国内储采比尚有16年之久,若能利用当前外汇储备和低价铜矿的优势,大量收购国外铜矿资源,“藏铜于国内”无疑更具有突出战略意义。

三、铝合金电缆与铜电缆的性能比较

铝合金电缆是在普通铝的基础上加入微量元素作为导体的电缆形式,虽然是纯铝电缆升级版本,但与铜电缆相比仍有明显的比较劣势。

(1)铝合金电缆的导电性较差。

铝合金电缆导电率只有铜电缆的61%。相同电缆截面下,偏大的电阻必然造成线损偏高,降低能源利用效率。相同载流量条件下,铝合金电缆电阻率总是略大于铜电缆。以负荷电流380A,年利用小时数4500h,运行寿命30年为例,铜电缆截面若采用150mm2,则铝合金电缆截面需240mm2,两者的电阻率分别是0.148/km和0.150/km,年能耗为288495kwh/km和292410kwh/km,全寿命周期内两者能耗差为117450kwh/km〔3〕。显然全寿命周期内铝合金电缆的损耗偏大,背离国家“节能减排”的发展方向。

(2)铝合金电缆载流量偏低。

城市电网供电可靠性要求达到99.99%,核心区需达到99.999%的更高水平。由于城市电缆网采用环网结构,故障情况下短时间内保护动作,迅速将负荷切转至对侧线路,确保不间断用户供电。但要实现电网高可靠性,完善的网络结构、优良的设备和线路都是必不可少的。电网中的供电线路必须具有较高的载流量,除自身负荷外还能承担临时切换负荷。同等截面的铜芯电缆比铝合金电缆的载流量高出30%以上,显然更能满足城市供电可靠性的要求。

(3)铝合金电缆机械抗拉强度低。

铝合金电缆的抗拉强度只有铜电缆的46%,允许牵引力比铜电缆低60%。城市配电网大量采用电缆环网结构,规划设计上考虑尽量减少电缆中间接头的使用。实际使用中,单根铜电缆敷设长度一般在600~800米区间。考虑在同等载流量条件下,单根普铝电缆的敷设长度仅为500米。考虑牵引力的影响,单根铝合金电缆的敷设长度只有350米。显然抗拉强度偏低必然导致单次牵引电缆的长度受限,需额外增加大量中间接头,增加后续运行维护风险。

(4)铝合金电缆耐腐蚀性能弱。

电缆导体的腐蚀主要是金属电化学腐蚀,即在金属表面发生原电池或杂散电流干扰引起的电解电池作用。铝合金电缆在生产工艺中为了改善抗蠕变性能加入了镁、铜、锌、硅等元素,并增加热处理工序。由于电缆运行工况复杂,在含有电解质的环境中,电极电位更低的铝与其他加入的金属元素存在电极差,从而形成电流通路,发生孔蚀和裂隙腐蚀等电化学现象。铝合金电缆热处理工艺还容易造成导体表面物理状态不均匀,增加电化学腐蚀的可能,继而发生应力腐蚀裂纹和晶间腐蚀。

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