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五金電線電纜銅包鋁電纜的特性及應用

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對于機電安裝行業，電線電纜在機電安裝工程中占據了重要的地位，作為其主要原材料的銅，占了電纜產品總成本的70%~80%，銅電纜的價格隨著銅價的上漲而急劇增長，對投資方和施工方在工程造價控制方面帶來極大的困難，為此，銅包鋁電纜研究和應用迅速增長。
　　
　　銅包鋁線纜是指以鋁芯線代替銅成為線纜主體，外面包一定比例的銅層的電線電纜。銅包鋁電纜就其用途來分，基本可分為兩類：一類是信號或通訊用途的銅包鋁電纜，另一類是供電用的銅包鋁電纜。就其特性，將銅包鋁和純銅電纜進行以下的比較。
　　
　　一、銅包鋁通訊電纜
　　
　　機械特性。純銅導體強度、伸長率比銅包鋁導體大，也就是說純銅在機械性能方面比銅包鋁好。從電纜設計的角度來看，純銅導體比銅包鋁導體機械強度好的優點，在實際應用過程中不一定需要。銅包鋁導體比純銅輕很多，因此銅包鋁的電纜在整體重量上比純銅導體電纜要輕，這樣會給電纜的運輸和電纜的架設施工帶來方便。另外銅包鋁比純銅軟一點，用銅包鋁導體生產的電纜在柔軟性方面比純銅的電纜好一點。
　　
　　電氣性能。因為鋁的導電性比銅差，使得銅包鋁導體的直流電阻比純銅導體大，這點有無影響主要看電纜是否會被用來供電，如給放大器提供電源，如果被用來供電的話，銅包鋁導體將會導致額外的電力消耗，電壓降低較多。當頻率超過5MHz時，此時的交流電阻衰減在這兩種不同的導體下沒有明顯的區別。當然，這主要是因為高頻電流的集膚效應，頻率越高，電流的流動就越接近導體表面，在銅包鋁導體的表面實際上純銅材料，當頻率高到一定時候，整個電流鍍在銅材質里面流動了。在5MHz情況下，電流在近表面的約0.025毫米厚度中流動，而銅包鋁導體的銅層厚度比此厚度多約一倍。對于同軸電纜，因為傳輸的信號是在5MHz以上，因此銅包鋁導體和純銅導體傳輸效果是相同的。在實際測試電纜的衰減可以證明這一點。銅包鋁較純銅導體軟，在生產過程中容易進行矯直處理，因此在一定程度上可以說用銅包鋁的電纜要比用純銅導體的電纜回波損耗指標好。
　　
　　經濟性。銅包鋁導體是按重量出售的，純銅導體也是按重量出售的，銅包鋁導體的價格要比相同重量的純銅導體貴一些。但是同樣重量的銅包鋁要比純銅導體長度長很多，而電纜是按長度計算的。相同重量，銅包鋁線是銅線長度的2.5倍，價格僅僅是每噸多幾百元。綜合下來，銅包鋁就很有優勢。由于銅包鋁電纜比較輕，電纜的運輸成本、安裝架設成本都會有所降低，會給施工帶來一定的方便性。
　　
　　二、銅包鋁電力電纜
　　
　　直流電阻率。銅包鋁線的電阻率比純銅線大，約為純銅線的1.5倍，在陰值相同時，銅包鋁線重量約為純銅線的1/2。根據集膚效應計算，在5MHz以上高頻時，與相同截面的銅導體相比，其電阻率相等。在50Hz頻率的電力電纜的使用中，其銅導體的集膚效應和鄰近效應在150mm2以上就逐漸顯得突出，同時由于科學技術的不斷發展，產生高次諧波電流和能源會注入到供電系統中，在系統的阻抗上產生出相應頻率的高次諧波電壓，致使電壓的波形發生畸變，增加供電系統的損耗，使導體發熱增加；此外，電纜使諧波放大，在接頭處產生過電壓而損壞電纜頭。采用銅包鋁導體會起到降低高次諧波產生的交流阻抗（電阻）的作用。在其他使用場合，通過采取提高銅包鋁單絲中銅的體積和相應的工藝措施，使銅包鋁/銅復合導體在現有同規格導體的外徑尺寸上限內，滿足導體直流電阻要求。
　　
　　接駁方式。采用銅包鋁導體可滿足目前待續多年的電線電纜在產品選型、設計、使用、安裝等方面的習慣，還對電纜的接線端子緊壓、錫焊接有利。
　　
　　降低交流電阻。交流電阻是電流載流量的主要依據，根據集膚效應的原理，單根導線的表面，其單位面積通過的電流比導線的圓心單位面積通過的電流要大，也就是說，大截面導體的圓心在相同導體相成的圓面積內，圓心比圓周通過的電流要小，所以把圓心導體與圓周導體用不同的金屬組成是最合理、最經濟的。影響交流電阻指標除直流電阻、集膚效應外，還有鄰近效應，與相同直流電阻的銅導體相比，采用銅復合導體后，單根導體內，鋁在園心，銅在外緣；在絞合導體內，內層是銅包鋁，外層是純銅，而鋁對集膚效應和鄰近效應都沒有銅敏感，同時銅復合導體會使導體總截面增加一部份，因此也增加了導體的表面積，改善了電纜的散熱條件，增加了散熱面積，而鋁的導熱系數與銅相近，在同等的材料成本條件下，交流電阻的指標要經濟得多。
　　
　　具有良好的耐腐蝕性：鋁比銅易腐蝕，但由于銅包鋁材料已經完全冶金化，鋁完全被銅所覆，不會被水、空氣接觸，完全達到與銅一樣的性能。銅包鋁/銅復合導體還更用利于避免電纜在長期使用過程中由于腐蝕、碰傷或因緊壓、錫焊接不好使導體與接線端子接觸不良、發熱引起銅層脫落和銅鋁兩種金屬之間形成電勢差，加速電化腐蝕，造成電纜端部燒毀的隱患。對于鋁導體，特別是在沿海地區，大氣中鹽霧所含有的氯離子會凝聚在鋁的表面，易在表面的雜質和缺陷周圍引起局部腐蝕，形成孔洞、裂紋和微電池，加劇鋁導體的腐蝕。
　　
　　成本低重量輕。與相同技術指標的銅芯電纜相比，銅包鋁導體電纜可節約成本40%以上，銅包鋁/銅復合導體電纜可節約成本20%以上。銅包鋁線的比重僅為純銅線的37%-40%。在線徑、重量相等的情況下，其長度是純銅線的2.5倍。
　　
　　良好的焊接性。銅包鋁線由于其表面同心包覆了一層純銅，因此具有跟純銅線一樣的可焊性，方便生產。
　　
　　雖然銅包鋁電纜已經誕生，并正逐步得到應用，但尚有不小阻力，主要表現為銅包鋁電纜尚比較難找到國家、行業的應用依據，難以得到設計單位的認可。銅包鋁電纜尚有相當多的產品還沒有3C認證，行業尚停留在產品鑒定，制定企業標準的階段，不同品牌之間的產品規格、特性、使用標準差異較大，工程設計者應用時難以把握，投資方暫時也不樂意接受。
　　
　　但是，隨著國家的標準和法規的逐步完善和認可，銅包鋁電纜必將走向規范化，無疑將成為了未來幾年電線電纜的亮點，帶動整個行業的發展。
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