铜包铝电缆的特性及应用浅析

对于机电安装行业，电线电缆在机电安装工程中占据了重要的地位，作为其主要原材料的铜，占了电缆产品总成本的70%~80%，铜电缆的价格随着铜价的上涨而急剧增长，对投资方和施工方在工程造价控制方面带来极大的困难，为此，铜包铝电缆研究和应用迅速增长。

铜包铝线缆是指以铝芯线代替铜成为线缆主体，外面包一定比例的铜层的电线电缆。铜包铝电缆就其用途来分，基本可分为　　两类：一类是信号或通讯用途的铜包铝电缆，另一类是供电用的铜包铝电缆。就其特性，将铜包铝和纯铜电缆进行以下的比较。
 
　　一、铜包铝通讯电缆

机械特性。纯铜导体强度、伸长率比铜包铝导体大，也就是说纯铜在机械性能方面比铜包铝好。从电缆设计的角度来看，纯铜导体比铜包铝导体机械强度好的优点，在实际应用过程中不一定需要。铜包铝导体比纯铜轻很多，因此铜包铝的电缆在整体重量上比纯铜导体电缆要轻，这样会给电缆的运输和电缆的架设施工带来方便。另外铜包铝比纯铜软一点，用铜包铝导体生产的电缆在柔软性方面比纯铜的电缆好一点。

电气性能。因为铝的导电性比铜差，使得铜包铝导体的直流电阻比纯铜导体大，这点有无影响主要看电缆是否会被用来供电，如给放大器提供电源，如果被用来供电的话，铜包铝导体将会导致额外的电力消耗，电压降低较多。当频率超过5MHz时，此时的交流电阻衰减在这两种不同的导体下没有明显的区别。当然，这主要是因为高频电流的集肤效应，频率越高，电流的流动就越接近导体表面，在铜包铝导体的表面实际上纯铜材料，当频率高到一定时候，整个电流镀在铜材质里面流动了。在5MHz情况下，电流在近表面的约0.025毫米厚度中流动，而铜包铝导体的铜层厚度比此厚度多约一倍。对于同轴电缆，因为传输的信号是在5MHz以上，因此铜包铝导体和纯铜导体传输效果是相同的。在实际测试电缆的衰减可以证明这一点。铜包铝较纯铜导体软，在生产过程中容易进行矫直处理，因此在一定程度上可以说用铜包铝的电缆要比用纯铜导体的电缆回波损耗指标好。

经济性。铜包铝导体是按重量出售的，纯铜导体也是按重量出售的，铜包铝导体的价格要比相同重量的纯铜导体贵一些。但是同样重量的铜包铝要比纯铜导体长度长很多，而电缆是按长度计算的。相同重量,铜包铝线是铜线长度的2.5倍,价格仅仅是每吨多几百元。综合下来，铜包铝就很有优势。由于铜包铝电缆比较轻，电缆的运输成本、安装架设成本都会有所降低，会给施工带来一定的方便性。

二、铜包铝电力电缆

直流电阻率。铜包铝线的电阻率比纯铜线大，约为纯铜线的1.5倍，在阴值相同时，铜包铝线重量约为纯铜线的1/2。根据集肤效　应计算，在5MHz以上高频时，与相同截面的铜导体相比，其电阻率相等。在50Hz频率的电力电缆的使用中，其铜导体的集肤效应和邻近效应在150mm2以上就逐渐显得突出，同时由于科学技术的不断发展，产生高次谐波电流和能源会注入到供电系统中，在系统的阻抗上产生出相应频率的高次谐波电压，致使电压的波形发生畸变，增加供电系统的损耗，使导体发热增加；此外，电缆使谐波放大，在接头处产生过电压而损坏电缆头。采用铜包铝导体会起到降低高次谐波产生的交流阻抗（电阻）的作用。在其他使用场合，通过采取提高铜包铝单丝中铜的体积和相应的工艺措施，使铜包铝/铜复合导体在现有同规格导体的外径尺寸上限内，满足导体直流电阻要求。
 
　　接驳方式。采用铜包铝导体可满足目前待续多年的电线电缆在产品选型、设计、使用、安装等方面的习惯，还对电缆的接线端子紧压、锡焊接有利。

降低交流电阻。交流电阻是电流载流量的主要依据，根据集肤效应的原理，单根导线的表面，其单位面积通过的电流比导线的圆心单位面积通过的电流要大，也就是说，大截面导体的圆心在相同导体相成的圆面积内，圆心比圆周通过的电流要小，所以把圆心导体与圆周导体用不同的金属组成是最合理、最经济的。影响交流电阻指标除直流电阻、集肤效应外，还有邻近效应，与相同直流电阻的铜导体相比，采用铜复合导体后，单根导体内，铝在园心，铜在外缘；在绞合导体内，内层是铜包铝，外层是纯铜，而铝对集肤效应和邻近效应都没有铜敏感，同时铜复合导体会使导体总截面增加一部份，因此也增加了导体的表面积，改善了电缆的散热条件，增加了散热面积，而铝的导热系数与铜相近，在同等的材料成本条件下，交流电阻的指标要经济得多。
 
　　具有良好的耐腐蚀性：铝比铜易腐蚀，但由于铜包铝材料已经完全冶金化，铝完全被铜所覆，不会被水、空气接触，完全达到与铜一样的性能。铜包铝/铜复合导体还更用利于避免电缆在长期使用过程中由于腐蚀、碰伤或因紧压、锡焊接不好使导体与接线端子接触不良、发热引起铜层脱落和铜铝两种金属之间形成电势差，加速电化腐蚀，造成电缆端部烧毁的隐患。对于铝导体，特别是在沿海地区，大气中盐雾所含有的氯离子会凝聚在铝的表面，易在表面的杂质和缺陷周围引起局部腐蚀，形成孔洞、裂纹和微电池，加剧铝导体的腐蚀。

成本低重量轻。与相同技术指标的铜芯电缆相比，铜包铝导体电缆可节约成本40%以上，铜包铝/铜复合导体电缆可节约成本20%以上。铜包铝线的比重仅为纯铜线的37%-40%。在线径、重量相等的情况下，其长度是纯铜线的2.5倍。
 
　　良好的焊接性。铜包铝线由于其表面同心包覆了一层纯铜，因此具有跟纯铜线一样的可焊性，方便生产。
 
　　虽然铜包铝电缆已经诞生，并正逐步得到应用，但尚有不小阻力，主要表现为铜包铝电缆尚比较难找到国家、行业的应用依据，难以得到设计单位的认可。铜包铝电缆尚有相当多的产品还没有3C认证，行业尚停留在产品鉴定，制定企业标准的阶段，不同品牌之间的产品规格、特性、使用标准差异较大，工程设计者应用时难以把握，投资方暂时也不乐意接受。
 
　　但是，随着国家的标准和法规的逐步完善和认可，铜包铝电缆必将走向规范化，无疑将成为了未来几年电线电缆的亮点，带动整个行业的发展。