銅包鋁電纜的可靠性研究
實際上早在20世紀60年代，歐美一些國家就開始研究和應用銅包鋁材料，并最早制定了導體標準，而今美國、英國、日本等國家已把銅包鋁作為繼銅、鋁之后的第三代導體。我國近十年來銅包鋁導體得到了廣泛的應用，主要用于大容量信號傳輸線，信息產業部并于2000年制定了銅包鋁導體行業標準SJ/T11223-2000。國內生產技術也日趨成熟，且形成批量，銅包鋁導體在電力電纜中的應用這幾年也得到嘗試性的成功，在浙江樂清、武漢、上海、青島、江蘇、河南、河北、湖南等省市的一些著名電力電纜企業都建立了銅包鋁電纜相關參數標準，為銅包鋁電纜普及及使用起了重要的作用。
事實也證明，銅包鋁電纜在全國多處工程實例運用中，已經完全能代替了銅電纜的性能。我公司借鑒國內外現有成果的基礎上進行研究和試驗，取得了大量的數據，還對導體的截面、導體在各種有害、腐蝕溶液中，在焊接的接頭上，在耐高溫中、在拉拔退火工藝上進行試驗，同時對其在高頻下的交流電阻、載流量、集膚效應、鄰近效應等進行了測試，得出結論與在國外研究結果的結論一致，進一步確認銅包鋁導體與銅導體直流電阻相同時（截面積比銅的約大28%）具有以下優點：
（1）、其導體間與接線端子的熱循環指標要比銅好；
（2）、其交流電阻、載流量要比銅好，從而線損要比銅低；
（3）、其與錫的可焊性和銅相同；
（4）、其接觸電阻與銅相同；
（5）、連接容易，可靠繞性好；
（6）、重量輕、價格經濟；
（7）、通電運行與銅線同樣安全可靠；
國外銅包鋁主要生產企業及標準代號
美國科普威公司（GC）；UL1581-2001
美國TI公司；ASTMB13566-2002
英國BICC公司；IE4673-2000
日本電線株式會社；CCAJ1240-1998
在美國銅包鋁線已成為同軸電纜的標準材料
來源:輸配電設備網 作者:中國國家電纜網
銅包鋁線是一種雙金屬線材,是在鋁線外表包復一層一定厚度的銅層,使該線材成為一種高性能的雙金屬線材,其銅的厚度大約是在最小半經的3.5%。其導電率大約是銅線的62.9%。而同樣重量的銅包鋁線的長度是純銅線長度的2.7倍。銅包鋁線廣范應用于有線電視工業中,在美國銅包鋁線已成為同軸電纜的標準材料。因為高頻信號傳輸是完全在導線外層運行,所以銅包鋁線可以代替相同規格的銅線。
在低頻應用中,銅包鋁的安載容量是同規格銅線的65%。因其重量輕,在需要大線規格尺寸時也比銅更為柔軟,銅包鋁用于電瓶電纜,焊接電纜,樓宇電纜和電磁導線。由于銅包鋁是優化了兩種金屬的最佳特性于一體的復合線材。銅占線材截面的10%,其厚度最小為線材的3.5%。銅包鋁線的密度每立方英寸為12磅(每立方厘米3.32克)是銅線的37%。由于銅包鋁線具有經濟,質輕,易于操作和安裝等優點,在實際應用中是取代銅線的最佳制品。據悉,近年來我國通訊行業的CATV同軸電纜生產企業為了提高產品質量,降低成本,實現與國際技術接軌,已經采用銅包鋁線作為CATV同軸電纜的更新換代產品,且用量逐年增加。
銅包鋁線與銅線比,成本下降20%~40%,且具有良好的耐腐蝕性,良好的焊接性及比重小,易于加工,便于安裝運輸,傳輸性能好等諸多優點,必將成為銅線的替代品。鋁芯電纜替代銅芯電纜。由于銅線纜的制造成本比鋁線纜要高出59%,因此,電力行業將更多地使用鋁制造線纜。
在國外,歐美和日本都在推廣應用鋁芯電力電纜。據MBR預計,2006年北美鋁線纜的發貨量將提高8%至10%。特別是在英聯邦國家,鋁芯電纜使用得很普遍。發展中國家的電纜工程招標書中,很多都提出用鋁芯電力電纜。但是在我國,除鋁占有中低電壓電纜18%的市場份額外,其他基本上都是銅芯電纜,隨著銅價的升高,我國鋁芯電纜和銅芯電纜的使用比例必定發生結構性變化。
由于鋁芯電纜造價較低(在同等載流量的情況下,鋁導體電纜的金屬導體原材料成本較銅導體約低四分之一),另據國際鋁協副秘書長ChristopherBaylissc稱,1公斤的鋁電纜能夠輸送的電量相當于1公斤銅輸電量的兩倍,因此,鋁芯電纜將以較快的發展速度替代銅芯電纜。我國2000多家電機生產企業和7000余家電線電纜生產企業將為鋁芯電纜創造一個龐大的市場。電力供應部門已經得到授權,指定在中低電壓電纜業使用鋁。
在這一領域,銅的總體消費量約60多萬噸將被鋁替代。據《中國電力報》報道:常州供電公司首次成功使用了鋁芯電纜,此批規格為500平方毫米、長1640米的10千伏鋁芯電纜替代銅芯電纜后,可節約工程投資189萬元,只相當于銅芯電纜費用的23%。另外,從國外電纜行業的發展情況看,鋁制電纜將應用于航空業,空中客車(Airbus)基于重量因素已經決定部分采用鋁制電纜制造A380客機。汽車行業鋁制電纜應用也正在研究之中。
變壓器繞組的鋁材替代一個370kVA變壓器約使用33噸銅。因為鋁只有銅一半的導電性,但是同樣只有其重量的三分之一,只需要60%鋁的重量能達到同樣的導電性。在國外,銅和鋁的變壓器都有供應。然而在中國,目前只有銅變壓器。如果銅鋁價差繼續保持目前的水平或進一步拉大,那么相關產業界將有足夠的動力來研制鋁變壓器,實現對銅制變壓器的替代,一旦這種替代變成現實,鋁材在此領域的消費份額將較銅具有更大的發展潛力。電子材料行業的鋁材替代在功率模塊中鋁材替代銅材。
美國加州的功率半導體和集成電路的供應商IXYS公司近日宣布一項新型的鋁基基片技術。該項技術也稱為直接鋁材連接(directaluminumbonded簡稱DAB)技術,已經用于集成功率半導體模塊的生產中,例如:馬達驅動、DC/DC轉換器和功率模塊中。該項技術是一項替換直接銅材連接(directcopperbonded簡稱DCB)的先進技術,在直接銅材連接(DCB)技術中銅作為主要的導體被連接到鋁或者氮化鋁陶瓷上。
在直接鋁材連接(DAB)技術中,鋁材作為主要的導體與陶瓷形成非常堅固和可靠的連接。這樣就可以形成良好的熱循環性能,以滿足在汽車、工業、航空和航天等應用中對功率控制技術標準的要求。鋁材層的安置所采用的方法絕大多數與在標準的DCB和PC板中銅材層的安置方法相同,為了能夠方便使用,表面鍍覆了一層具有可焊性的材料。DAB基片也比DCB要輕得多,通常情況下可以節省下37%至64%的重量。
銅包鋁線的應用
歐美的美國、英國等國家早在20世紀60年代就開始研究和應用銅包鋁材料，日本等國家也一直開發相關材料，并進入了實用階段，使銅包鋁成為繼銅、鋁后的第三種導體。由于鋁表面極容易氧化，產生氧化膜又極難除去造成接觸電阻大和不能焊錫焊接，嚴重影響了鋁代銅的普及率，而銅包鋁的開發成功，開創了鋁代銅的轉機。早在開發初期，銅包鋁在國外僅使用在建筑電線的布線以及廣播電視通訊的高頻電纜和屏蔽線上。由于銅包鋁導體材料生產的產業化，目前國內已可以滿足逐步實現大批量的產能，加之銅包鋁具有重量輕、相對成本低、價格穩定等優點，克服了銅成本高、價格大起大落等弊端，其應用范圍越來越廣，已逐步大量應用在電動機、變壓器的漆包線、母線、電線電纜上，而且深受廣大用戶和制造商的歡迎。銅包鋁作為導體，與銅、鋁一樣，理論上可應用在很多場合，例如：
（1）銅包鋁扁線或母線可用于電力與電器工業，例如匯流排。
（2）音頻、高頻、視頻用線，例如CATV導線與屏蔽線。
（3）各種電動機、整流器繞組線、變壓器繞組線。
（4）工程用電線電纜導線。
（5）電力電纜用導體等等 但是真正最佳使用場合是音頻、高頻、視頻用線領域，另外有些工程機械電線電纜中也得到廣泛應用。
“銅包鋁”使電纜盜賊“失業”
用銅包鋁取代純銅電線，可減少70％的銅耗，降低電纜總造價40％。由于“銅包鋁”有良好的防盜性能，業已成為光明工程的專用電纜。
據了解，我國建設工程線纜用銅量占全國的20％，銅包鋁電線電纜除了可全面用于建設工程外，其最突出的優勢是用于高頻通信（有線電視電纜）和電焊機等，因為有比純銅更優越的性能，已成上述產品的專用電纜。
但最讓人想不到的是銅包鋁電纜還有更為優異的防盜性。據不完全統計，我市每年被盜電纜價值幾百萬元，間接損失更為慘重，尤其是一些光明工程“屢換屢盜”令人頭疼。換上銅包鋁電纜，最近雖然也有被盜，但發案率大為降低。由于是銅鋁復合材料，回收利用都需要專門設備加工。盜賊無處銷贓。最近有偷了“銅包鋁”的小偷抱怨，早知（銅包鋁）不能賣錢，何必冒這么大風險，觸電，被捉都不好受。
銅包鋁電力電纜早已在國內制造和使用，并且逐步獲得供電部門的認可。全國已有30多家電纜企業在按照自己的企業標準制造銅包鋁電力電纜，并且還有繼續擴大的趨勢。目前，鄭州電纜公司、上海盛華電纜集團公司、武漢電纜集團公司、興樂集團和青島漢纜集團等，都在批量制造銅包鋁電力電纜，并且被用戶接受。
