《稀土合金铝完美平替铜电缆——导电介质革命》
电线电缆是现代国民经济、国防工业和日常生活须臾不可或缺的必需品。一个160平米左右现代家庭,需要线缆3公里左右;8万吨航母仅强电线缆需要量约1000公里左右,如果是电磁弹射和电磁拦阻索则需要2000公里,这里还不包括海量的中压和低压线缆的需求。目前民用市场有三种线缆:1) 纯铝电缆,由于易脆断、蠕变性能差,连接头不稳定等缺陷,易引起电缆故障,甚至会引发火灾,纯铝电缆已基本被淘汰。2) 铜电缆,在电缆市场被广泛采用,是战略物资,缺点是我国铜资源十分缺乏。3) 稀土高铁铝合金电缆,是一种新型材料电缆,它质量轻,我国铝和稀土资源十分丰富。
所以,电缆减重、提高性能和对战略资源的节约平替就成为迫在眉睫的战略性任务。目前,中青欣意公司生产的稀土高铁铝合金电缆是以铝为基,添加铜、铁、镁和稀土等多种合金微量元素,采用特殊合成及韧炼处理等先进工艺制成,既根本解决了纯铝电缆的不足,又提高了电缆的导电性能、弯曲性能、抗蠕变性能和耐腐蚀性能,通过工艺处理可实现与铜缆相同的电气性能,部分机械性能优于铜,运行更加可靠,安全使用周期更长。
稀土高铁铝合金缆对铜缆的优势
性能与标准:电阻同于铜电缆,在延伸性、弯曲性和导电效率明显优于铜电缆,从而达到稀土高铁铝合金电力电缆替代铜缆的效果。根据现行国家规范:GB 50217-2018电力工程电缆设计标准、GB 51348-2019民用建筑电气设计标准、GB/T 31840-2016铝合金电力电缆国家标准等,稀土高铁铝合金电力电缆完全可以替代铜缆使用。
经济性:制造相同长度稀土高铁铝合金电缆的主材成本低于铜芯电缆,加上其优越的弯曲、抗蠕变等机械性能,使得安装简便,施工费用大为减少,综合成本比铜缆可降15~20%左右。
电气性能:稀土高铁铝合金的导电率可达到61.8%IACS,通过电缆规格换算后,电气性能不低于铜缆,优异于纯铝及铝合金电缆。当稀土高铁铝合金电缆截面为铜缆1.5倍时,两者电气性能相当,即实现了与铜电缆相当的载流量、电压损失及热稳定性。所以采用一定规格的稀土高铁铝合金电缆替代铜缆时,不仅完全满足电气安全运行的需要,而且更加节能,通过实测可节能约为0.95%~7.41%,稀土高铁铝合金电缆电性能经第三方权威机构检测,其性能优于国外最先进铝合金电缆,如美国通用电缆集团的铝合金电缆。实现电阻小、电损耗小,电力传输能力更强。
高于铜铝的机械性能:电缆的机械性能首先取决于电缆的导体材料性能,伸长率、抗疲劳性、反弹性能都是考核导体材料机械性能的重要标志。1)伸长率:铜线材的伸长率要求一般为25%,铝线材的伸长率仅为0.5~2.0%,而稀土高铁铝合金线材经工艺处理后,伸长率可达25%以上,要远远高于铝线材,比铜线材大,也更加的柔韧。2)抗疲劳性:稀土高铁铝合金材料抗疲劳性远远优于纯铝,而高于铜。通过金属的抗疲劳性试验看出,纯铝材料性能差,是易引发事故的根源,而稀土高铁铝合金电缆因其材料的特性,从根本上消除了事故的隐患,极大地提高了安全性能。3)稀土高铁铝合金电缆具有较低反弹性,在自然环境中应力释放后,反弹角度仅为铜电缆的60%,且具备无记忆效应,安装较铜电缆更加安全方便。
平替铜介质的抗蠕变能力、连接性能:稀土高铁铝合金的特殊合金配方和热处理工艺,大大减少了金属在受热和压力下的“蠕变”倾向,当导体在高温处理时,添加的铁合金会产生高强度的抗蠕变性能,使电缆与用电终端连接稳定,既使在电流过载时,与端子压接处不会产生松弛,不会使接触电阻加大,具备与铜电缆和设备电气连接同样的稳定可靠性,从而保障了电气的安全运行。
高于铜介质的耐腐蚀性能:稀土高铁铝合金电缆具有较强的耐腐蚀和耐海水腐蚀性能,提高电缆使用寿命。稀土高铁铝合金材料添加的合金成分能够起到净化,提高纯度、填补表面缺陷、细化晶粒,减少偏析的作用,消除了由于显微不均而导致的局部腐蚀,从而大大提高导体的耐腐蚀性能,稀土高铁铝合金电缆设计使用寿命可达到40年以上,而铜电缆设计使用寿命为30年。此外,稀土高铁铝合金电缆与铜缆比较,具有重量轻(重量相当于铜缆40%~60%)、节能环保和成本低等诸多优点。
节能减排,有利于建设低碳中国:大量采用铝及其合金材料,冶炼能耗低,CO2排放减少50%以上,符合国家“双碳”国策。
防盗性强:铜材附加经济价值高,铜电缆被偷盗现象经常发生、防不胜防,经济损失大,安全隐患更大;而铝制电缆很少发生被偷盗现象,防偷盗的安全性更高,现场实用性极强。
稀土高铁铝合金电缆的推广意义
电线电缆产品被喻为国民经济的“血管”与“神经”,广泛应用于国民经济及军事各个领域。我国是贫铜国,而铜资源65%以上又为铜电缆使用,又因我国铜超过70%需要依赖进口,铜矿资源已濒临匮乏。因此,稀土铝替代铜变成战略物资,保障铜原材料的可持续发展,具有十分重大的意义;同时也为国家基础建设和电网建设中减少海量资金投入,将产生不可估量的意义。
对国防工业和装备平台发展非常重要,如前述,一艘航母所需电缆量极大,而稀土高铁铝合金电缆重量只有铜缆的一半左右,易施工、弯曲半径小,如果在飞机、直升飞机、航母、潜艇、驱逐舰等广泛使用,那么会使航母飞机等作战平台自身重量减轻很多,省出的排水量用于宝贵的装备和弹药携带,战斗力得到有效提升。
知识产权保护
安徽中青欣意铝合金电缆有限公司是“电缆用高延伸率铝合金材料及其制备方法”等稀土铝合金发明专利的权利人,是目前唯一合法生产稀土高铁铝合金电缆的企业,获得最高人民法院在知识产权方面的保护和支持。
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