稀土高铁铝合金电缆在建筑电气工程中的应用

稀土高铁铝合金电缆在建筑电气工程中的应用上海光华勘测设计院有限公司苏州分公司卢补堂安徽欣意电缆有限公司华东办事处呙钰杰摘要通过对稀土高铁铝合金电缆的性能及应用前景的介绍及与铜电缆的性能对比，提出稀土高铁铝合金电缆的节能减排量分析。在建筑电气系统中推广稀土高铁铝合金电缆也是顺应国际大趋势，实现“以铝代铜”的重大转变，也是建立资源节约型社会的选择；随着国家节能减排政策的深入实施，在电力工程实践中，广大电力工作者应充分响应国家节能政策，增加社会责任感，选用更加经济节能的稀土高铁铝合金电缆，以减少对能源的过度损耗。关键词稀土高铁铝合金电缆节能减排碳排放以铝代铜国际大趋势1.引言铜，作为一种稀缺资源，随着人类的不断开采，日渐稀少。据美国地质勘探局（USGS）提供的数据，2003年全球可开采的铜储量达4.7亿吨，2004年全球精炼铜消费量达1647.8万吨，按此计算，全球现有的可开采铜资源在未来30年内就将被耗尽。在中国，人们长久以来都青睐于使用铜做为低压电力电缆的导体材料。然而从成本、环境、生态等诸多因素考虑，大部分欧洲和美洲国家早在40多年前就已经开始使用铝合金作为导体材料，80%以上的建筑低压电力电缆采用铝合金电缆。铝合金电缆的出现，在很大程度上缓解了原材料供求紧张的矛盾，降低了投资使用成本。全球四大专业铝合金电缆生产商中的唯一的中资企业安徽欣意电缆有限公司创新性研发出了具有完全自主知识产权的稀土高铁铝合金电缆以新型的铝合金材料为导体、以阻燃硅烷交联聚乙烯为绝缘、采用独特的铝合金自锁型铠装结构，具有“低烟无卤、阻燃耐火、安全稳定、经济节约、安装方便、节能环保”等优势，突破了国内多年没有攻破的“以铝代铜”的技术难题。并申请了100多项产品相关技术专利，现已获得了30多项专利授权。该产品的各项技术指标均符合国家相关标准，已获得国家住房和城乡建设部科技发展促进中心颁发的科技成果推广证书，通过了中国电力企业联合会认证、国家3C强制性认证、美国UL认证、澳大利亚SAIGIOBAL认证、马来西亚SIRIM、俄罗斯GOST认证等，填补了国内多项空白。产品连续9年出口至美国23个州。2009年产品进入国内市场，并获得了国家住建部、国家消防总局、国家电网、南方电网、中国铁路、中国石化、中海油、大唐集团、中国水利水电等权威认证和推广使用，现已成功应用到国内4000多个工程项目，并也得到了使用客户的一致好评。由欣意电缆主导编撰的《电工用稀土高铁铝合金杆》的国家标准（GB/T29920-2013）及《35KV以下铝合金电力电缆工程设计规范》（J12421-2013DB34/T1921-2013）也于2013年年底正式颁布实施使用了。2012年4月1日正式实施的《住宅建筑电气设计规范》JGJ242-2011第6.4.2条规定，敷设在电气竖井内的封闭母线、预分支电缆、电缆电源线等供电干线，可选用铜、铝或铝合金材质的导体，为铝合金电缆的应用提供了设计依据。中国设备管理协会发布《关于成立中国设备管理协会稀土高铁铝合金电缆技术中心的通知》中设【2011】47号文，在中国设备管理协会成立了稀土高铁铝合金电缆技术中心。中心的宗旨为，大力提高稀土高铁铝合金电缆的技术水平，实现“以铝代铜”的转变，缓解国家资源消耗压力、科学保护开发铜资源，加快经济增长方式的转变，以服务国民经济为中心，推动建立资源节约型社会。中心的成立为稀土高铁铝合金电缆的推广应用提供了技术保障。2.稀土高铁铝合金电缆的性能稀土高铁铝合金电缆，采用AA-8176铝合金（在国外铝合金电缆导体AA-8030基础通过自主研发添加稀土及其它元素，通过复杂的熔炼及退淬火工艺制成，得到的稀土高铁铝合金导体在导电性能上稍优于国外普通铝合金导体的性能，在耐腐蚀性、延展性、抗疲劳性等机械性能方面也好于普通铝合金导体的性能），目前主要有YJHLV8[AC90(-40)]、YJHLV82[ACWU90(-40)]、YJHLV[TC-90(-40)]、YJHLV22等型号系列产品，分别适用于不同的安装环境。YJHLV8、YJHLV82两种产品均带联锁铠装，铠装材料使用的是AA-5000系列铝合金。相对于传统的钢带铠装，稀土高铁铝合金电缆的铠装更加轻便、环保、且易于弯曲，耐腐蚀性及抗侧压能力更是优于传统电缆。同时稀土高铁铝合金电缆在绿色环保上也作出了杰出的努力。在生产运输过程中，通过对生产工艺及生产设备的改进，库存及运输流程的周密安排，极大程度地降低了能源消耗。相比铜缆，铝合金电缆的生产工序耗水量减少了80%，天然所使用量节省了20%，废品废料率为最低等级，对人体有害物质的使用减少超过60%。同时，由于铝合金电缆比铜缆的重量轻很多，在运输过程中，燃油的消耗降低了30%-40%。由于稀土高铁铝合金电缆具有出色的弯曲性能及较轻的重量，在安装过程中更加便捷，节约人工及辅料，大幅降低了施工成本。经过国家相关专业机构检测，稀土高铁铝合金电缆在耐低温、阻燃、抗紫外钱等方面，测试数据均大幅度领先于国内同类产品。在工程应用中，稀土高铁铝合金电缆的优势也是十分明显的：①稀土高铁铝合金电缆是世界上最优秀的铝合金电缆之一。在发达国家已经安全运行近40年，是非常先进的、成熟的产品。世界上许多著名的工程项目和企业都是铝合金电缆的用户，如亚特兰达奥运会场、纽约机场、BP石油、通用集团、沃尔玛等②在实现同样的电气性能的前提下，稀土高铁铝合金电缆（含专用连接端子）直接采购成本（价格）比国内铜电缆有着更高的性价比。③稀土高铁铝合金电缆具有卓越的机械物理性能：同等载流量下重量仅为铜缆的一半，弯曲半径只需电缆直径的7倍（相应铜电缆弯曲半径为12~15倍电缆直径）其反弹性能也比铜缆少40%。使用铝合金电缆，可直接降低施工单位的安装成本，如果是大跨度的钢结构建筑项目（比如体育场馆、大型厂房等），由于铝合金电缆可以大大减轻对建筑钢结构的负重，（铝合金电缆可以最大承受4000米的自身重量，而铜缆只能承受2750米的自身重量）。自然可以为客户节约大量建筑结构的承重钢材。④目前国内低烟无卤阻燃A级电缆比普通电缆价格高20%以上，如果使用稀土高铁铝合金电缆YJHLV8系列产品，可以在达到低烟无卤阻燃A级的同时，也大大降低了成本。同时YJHLV8可以沿墙面或屋顶明敷，直接节省占电缆工程总费用20%以上的桥架，管道的材料费和施工费用。⑤目前国内铝合金电缆各项技术指标满足规范要求的只有为数不多的几家企业，安徽欣意电缆有限公司生产的稀土高铁铝合金电缆为完全自主知识产权，产品充分利用中国稀土资源大国的资源优势和稀土材料良好的导电性能，产品的各项技术性能指标均满足国家标准并优于国外同类产品。稀土高铁铝合金电缆的推广应用是建立资源节约型社会的选择，目前国内铜矿资源基本接近枯竭，而且开采成本过高。目前国内80%的铜耗量要依靠进口，加之现在国际上铜价高启。因此，采用国内资源丰富，性价比高的稀土高铁铝合金电缆，是顺应建设资源节约型社会的大趋势，符合中国“建设节约型社会“的基本国策，符合建筑工程的“四新”原则；随着国家节能减排政策的深入实施，如何在电气工程设计中更加合理地选择电缆，应引起广大电力工程人员的关注；应充分响应国家节能政策，增加社会责任感，减少能源损耗，在工程实践中采用更合理，更节能的电缆选择方案，同时减少建设项目的初始投资和施工费用。因此，推广应用铝合金电缆实际是与社会共赢，与用户共赢的“多赢”解决方法。3.稀土高铁铝合金电缆与铜芯电缆的性能比较①导电性能：在相同载流量下，稀土高铁铝合金电缆的重量仅为铜电缆的一半，如果按铜的电导率100%计算，稀土高铁铝合金的电导率约为61.8%，比重为2.7T/M3,铜的比重为8.9T/M3。则（8.9/2.7）*（0.618/1）=2，即2KG铜的电阻与1KG铝合金的电阻相当。因此稀土高铁铝合金电缆的截面积是铜电缆的约1.5倍时（严格来讲应该是1.29倍），其电气性能相同，又由于稀土高铁铝合金电缆采用特殊的紧压工艺，紧压系数达到95%以上，而铜电缆填充系数一般仅能达到80%，所以其达到相同电气性能的稀土高铁铝合金电缆的外径仅比铜电缆大1%-10%（1-12MM）(如：3*50的铜电缆外径在约是28MM，而达到相同载流量的稀土高铁铝合金电缆3*70的电缆外径也只有33MM)由此可知稀土高铁铝合金电缆略大外径下电导率与铜电缆相当，并且稀土高铁铝合金电缆性能达到国际电工委员会（IEC）标准要求。因此在施工中设计成铜电缆的穿线管道也不影响稀土高铁铝合金电缆的穿管施工。②抗腐蚀性能：当铝合金表面与空气接触时产即形成薄而坚固的氧化层。这种氧化层特别耐受各种形式的腐蚀。铝合金具有能承受最恶劣环境的特性，所以铝合金导体作为电缆的导体可以被广泛使用。而铜导体在与空气接触中会产生铜锈。时间长了会腐蚀到导体内部。影响电流的通过，有发生灾害的危险。因此铜电缆需要定期维护。而稀土高铁铝合金电缆不需要维护。所以稀土高铁铝合金电缆在抗腐蚀能力上也要强于铜电缆。③机械性能：铝合金电缆的反弹性能比铜电缆小40%；铝合金电缆的柔韧性能比铜电缆高30%；铝合金电缆的延展性能比铜电缆高40%；铝合金电缆的弯曲半径仅为7倍电缆外径；铝合金电缆有很好的弯曲性能，因此更容易进行端子连接；铝合金电缆特殊配方与热处理工艺大大减少了金属在受热压力下的“蠕变”倾向。④安全性能：在中国上海电缆研究所，通过了《按照长期运行（大于30年）所制定的IEC1000次连接头热循环测试标准》⑤经济性能：实现同样的电气性能，铝合金电力电缆（含专用连接端子）直接采购成本比铜电缆低20%左右，在我国城镇化建设、城乡电网改造加速之日，我国因铜资源的溃乏而且逐渐枯竭、在电缆的需求量不断加大之时使用新型稀土高铁铝合金电缆，对创建节约型社会和国家也将产生不可估量的影响。铝合金电缆和铜、铝电缆性能对照表型号YJV4×150YJLV4×240合金电缆4×240材质CuAlAl、Mn、Cu、Mg、Ti、Cr、Zn、Fe、Si电缆直径47.2mm59.87mm59.1mm设计使用年限=30年聚乙烯=30年聚乙烯=40年交联聚乙烯给客户提供的是产品（电缆）产品（电缆）系统标准的解决方案：电缆+专用端子+专用安装工具+工程师的现场安装指导铠装非自锁型铠装非自锁型铠装高柔韧性自锁铠装减少施工难度、降低人力成本弯曲半径=15d=15d=7d抗疲劳强度优差比铜电缆高25%优于铜电缆柔软性能优差比铜电缆高25%优于铜电缆相同载流量的对比406Amp419Amp418Amp相同等级普通普通低烟无卤、阻燃A类电缆总重量6605(kg/km)4290(kg/km)3545(kg/km)经济性能需要加装外铠、桥架、穿管更多的安装时间，更多的安装人力等需要加装外铠、桥架、穿管重量轻、高效安装、无需外铠、无需桥架、节约时间、节约人力电压降0.290.290.29相同抗拉强度优差优防腐性能优差优反弹性能高高比铜电缆低40%优于铜电缆铝合金电缆与铜缆的重量比较合金电缆（kg/km）铜缆（kg/km）电缆规格重量重量扇形缆型号4×256861076YJV22-4×164×358541519YJV22-4×254×5011511957YJV22-4×354×7015032759YJV22-4×504×12023323678YJV22-4×704×15028414832YJV22-4×954×18534365906YJV22-4×1204×24042917186YJV22-4×1504×30052178807YJV22-4×1854×400680011268YJV22-4×240在相同的电气性能条件下，合金电缆的重量是铜电缆的46%~63%4.稀土高铁铝合金电缆节能减排量分析①原材料生产能耗铝和铝合金为160GJ/T9（折合约4000万大卡/T,约合标煤8吨，CO2排放量约29吨）及5%的再循环能源需求。铜为100GJ/T9（折合约2500万大卡/T,约合标煤5吨，CO2排放量约18吨）及10%的再循环能源需求。②型号对比以4芯185MM铝合金电缆替代120MM