导电介质革命——稀土铝合金平替铜电缆的技术优势.pdf
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1、2023年第14期中国高新科技INNOVATINGCHINA创新中国导电介质革命稀土铝合金平替铜电缆的技术优势文/李军翟其勇我国稀土的应用始于2 0 世纪6 0 年代。试验证明,在一些有色金属中添加少量的稀土金属会产生极佳的效果,目前效果明显的有色金属有:铝、铜、镁、锡、钛、钼、镍、钴、及铂族金属等,能起到净化、变质、细化晶粒的作用。在铝中加入适量稀土可使其强度、硬度、伸长率、断裂韧度和耐磨性等综合性能得到提高,研发和利用先进的“稀土铝合金”技术,解决铝作为电缆导体存在的缺陷与不足,使自主创新的一种新型导体材料取代资源匮乏的铜导体材料将成为一种必然趋势。“稀土铝合金”的研发应用拥有合金的熔炼及
2、杆材的连铸连轧生产线是生产的必备条件,掌握“稀土铝合金”配方核心技术是确保电缆导体具有优良电气性能、机械性能的关键因素。“欣意”电缆早在20世纪90 年代末就开始着手研究开发在铝基中加入稀土,制造大截面、高强度、耐腐蚀、用于大跨度的输电线路。大截面的ACSR-720/50钢芯铝绞线成功应用于三峡输电项目中,经国家电网检测及后期应用跟踪反馈,取得了良好的效果。一方面,铜芯电缆的产能严重过剩,铜缆市场的竞争无序;另一方面,高端电缆产品市场又存在着较大的空缺。面对这种局面,“欣意”电缆在消化、吸收国外先进标准的基础上,进行技术创新,建立健全试验室,配置了先进的试验装置,先后与青岛大学、河北科技大学及
3、电缆行业内的专家建立了长期战略合作关系,并聘请了电缆绝缘材料专家雷清泉院士作为项目总顾问,在稀土铝合金新型材料、稀土铝合金电缆新品种等多个领域展开研发。由此,迈入了稀土铝合金电缆由“中国制造”到“中国创造”的进程,打破了欧美国家在铝合金电缆生产技术和市场上40 多年的垄断局面,并出口至美国、澳大利亚等多个国家。新型稀土铝合金导体材料以铝为基,在铝中添加了铜、铁、铍和稀土等多种合金微量元素,经科学合理精确配方熔炼而成。通过金相分析可以发现,稀土铝合金的拉伸断口上覆盖着大量的显微微坑(韧窝),整体数量众多且分布均匀,较精炼铜多,证明导体具有非常好的韧性。稀土铝合金材料通过其他微量合金元素的添加,除
4、去了铝中的杂质,生成了铝基之外的“第二相”,细化了铝的晶粒,减少了偏析,消除了显微不均,在保证优异的导电性能的情况下,大大提高了导体的力学性能,及其表面的抗均匀腐蚀和耐酸腐蚀性能,使“稀土铝合金代铜”成为一种现实,非常适合用作电缆导体材料。稀土铝合金电缆以新型的“稀土铝合金”材料为导体,采用阻燃交联聚乙烯为绝缘,加上独特的铠装结构,通过先进的工艺处理,弥补了纯铝电缆的不足,提高了电缆的导电性能、弯曲性能、抗变性能和耐腐蚀性能,保证了电缆在长时间过载和过热时的连接热稳定可靠性,具有众多优势。“稀土铝合金”牌号成分“8 E76,8 R 7 6”被纳入了国家标准GB/T299202015电工用稀土高
5、铁铝合金杆,GB/T31840额定电压1kV(U m=1.2 k V)到35kV(U m=40.5k V)铝合金芯挤包绝缘电力电缆及GB/T31902020变形铝及铝合金化学成分中,稀土铝合金牌号成分填补了国内铝合金电缆应用的空白。“稀土铝合金”与普通“铝合金”的差异针对纯铝作为电缆导体存在的众多不足,美国和加拿大中国高新科技2023年第14期6创新中国INNOVATINGCHINA等发达国家率先在这方面做了大量的研究,于2 0 世纪6 0 年末开发出了铝合金导体,在美国、加拿大、墨西哥等国家推广使用,并申请了专利号及牌号37 11339/A98030。2 0 0 9年,随着稀土铝合金电缆在我
6、国的深入推广,以及被成功应用到众多项目中,国内一些铜缆企业纷纷效仿,在无掌握核心技术配方、无熔炼、连铸连轧生产线的情况下,通过非正规渠道采购“伪铝合金”,甚至一时间将国外失效专利的铝合金(37 11339/A 98 0 30)盲目推崇到一个新的高度,在市场竞争中采用低廉的价格,妄图搅乱市场,捞取不正当利益,使广大用户不明就里,在使用项目中对于如何正确选择铝合金电缆替代铜缆失去了方向。铝合金电缆具有优良的机械性能,其韧性好,弯曲半径小,敷设简单。电缆应用的关键性指标,如电气性能、终端运行的可靠程度,是广大用户最关心的问题。为了使铝合金电缆应用市场有一个良好的环境,更好地甄别“稀土铝合金”与“普通
7、铝合金”(A98030)在性能上存在的区别,持续深化自主创新,打造“稀土铝合金”品牌,使项目应用的电缆更加安全可靠、稳定地运行,在市场上调研了有一定规模的、具有代表性的普通铝合金电缆生产厂家,对稀土铝合金电缆与普通铝合金电缆进行了主要电性能的比较及后期运行安全性的比较,如表1、表2 所示。通过表1不难看出,稀土铝合金电缆的电气性能(2 0 直流电阻值)比普通铝合金电缆优越很多,这种关键性的性能指标对比很好地诠释了稀土铝合金电缆具有优良的电气性能,比普通铝合金电缆在使用线路损耗要低,更加节能(直流电阻值的高低是决定压降值高低的重要指标,是能耗大小的关键因素)。通过“IEC1000次热循环+6 次
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