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稀土高铁铝合金电缆在建筑电气工程中的应用
上海光华勘测设计院有限公司苏州分公司 卢补堂
安徽欣意电缆有限公司 华东办事处 呙钰杰

摘 要 通过对稀土高铁铝合金电缆的性能及应用前景的介绍及与铜电缆的性能对比，提出稀土高铁铝合金电缆的节能减排量分析。在建筑电气系统中推广稀土高铁铝合金电缆也是顺应国际大趋势，实现“以铝代铜”的重大转变，也是建立资源节约型社会的选择；随着国家节能减排政策的深入实施，在电力工程实践中，广大电力工作者应充分响应国家节能政策，增加社会责任感，选用更加经济节能的稀土高铁铝合金电缆，以减少对能源的过度损耗。
关键词 稀土高铁铝合金电缆 节能减排 碳排放 以铝代铜 国际大趋势
1. 引言
铜，作为一种稀缺资源，随着人类的不断开采，日渐稀少。据美国地质勘探局（USGS）提供的数据，2003年全球可开采的铜储量达4.7亿吨，2004年全球精炼铜消费量达1647.8万吨，按此计算，全球现有的可开采铜资源在未来30年内就将被耗尽。
在中国，人们长久以来都青睐于使用铜做为低压电力电缆的导体材料。然而从成本、环境、生态等诸多因素考虑，大部分欧洲和美洲国家早在40多年前就已经开始使用铝合金作为导体材料，80%以上的建筑低压电力电缆采用铝合金电缆。铝合金电缆的出现，在很大程度上缓解了原材料供求紧张的矛盾，降低了投资使用成本。
全球四大专业铝合金电缆生产商中的唯一的中资企业安徽欣意电缆有限公司创新性研发出了具有完全自主知识产权的稀土高铁铝合金电缆以新型的铝合金材料为导体、以阻燃硅烷交联聚乙烯为绝缘、采用独特的铝合金自锁型铠装结构，具有“低烟无卤、阻燃耐火、安全稳定、经济节约、安装方便、节能环保”等优势，突破了国内多年没有攻破的“以铝代铜”的技术难题。并申请了100多项产品相关技术专利，现已获得了30多项专利授权。该产品的各项技术指标均符合国家相关标准，已获得国家住房和城乡建设部科技发展促进中心颁发的科技成果推广证书，通过了中国电力企业联合会认证、国家3C强制性认证、美国UL认证、澳大利亚SAIGIOBAL认证、马来西亚SIRIM、俄罗斯GOST认证等，填补了国内多项空白。产品连续9年出口至美国23个州。2009年产品进入国内市场，并获得了国家住建部、国家消防总局、国家电网、南方电网、中国铁路、中国石化、中海油、大唐集团、中国水利水电等权威认证和推广使用，现已成功应用到国内4000多个工程项目，并也得到了使用客户的一致好评。由欣意电缆主导编撰的《电工用稀土高铁铝合金杆》的国家标准（GB/T29920-2013）及《35KV以下铝合金电力电缆工程设计规范》（J12421-2013 DB34/T1921-2013）也于2013年年底正式颁布实施使用了。
2012年4月1日正式实施的《住宅建筑电气设计规范》JGJ242-2011第6.4.2条规定，敷设在电气竖井内的封闭母线、预分支电缆、电缆电源线等供电干线，可选用铜、铝或铝合金材质的导体，为铝合金电缆的应用提供了设计依据。
中国设备管理协会发布《关于成立中国设备管理协会稀土高铁铝合金电缆技术中心的通知》中设【2011】47号文，在中国设备管理协会成立了稀土高铁铝合金电缆技术中心。中心的宗旨为，大力提高稀土高铁铝合金电缆的技术水平，实现“以铝代铜”的转变，缓解国家资源消耗压力、科学保护开发铜资源，加快经济增长方式的转变，以服务国民经济为中心，推动建立资源节约型社会。中心的成立为稀土高铁铝合金电缆的推广应用提供了技术保障。
2. 稀土高铁铝合金电缆的性能
稀土高铁铝合金电缆，采用AA-8176铝合金（在国外铝合金电缆导体AA-8030基础通过自主研发添加稀土及其它元素，通过复杂的熔炼及退淬火工艺制成，得到的稀土高铁铝合金导体在导电性能上稍优于国外普通铝合金导体的性能，在耐腐蚀性、延展性、抗疲劳性等机械性能方面也好于普通铝合金导体的性能），目前主要有YJHLV8[AC90(-40)]、YJHLV82[ACWU90(-40)]、YJHLV[TC-90(-40)]、YJHLV22等型号系列产品，分别适用于不同的安装环境。YJHLV8、YJHLV82两种产品均带联锁铠装，铠装材料使用的是AA-5000系列铝合金。相对于传统的钢带铠装，稀土高铁铝合金电缆的铠装更加轻便、环保、且易于弯曲，耐腐蚀性及抗侧压能力更是优于传统电缆。
同时稀土高铁铝合金电缆在绿色环保上也作出了杰出的努力。在生产运输过程中，通过对生产工艺及生产设备的改进，库存及运输流程的周密安排，极大程度地降低了能源消耗。相比铜缆，铝合金电缆的生产工序耗水量减少了80%，天然所使用量节省了20%，废品废料率为最低等级，对人体有害物质的使用减少超过60%。同时，由于铝合金电缆比铜缆的重量轻很多，在运输过程中，燃油的消耗降低了30%-40%。
由于稀土高铁铝合金电缆具有出色的弯曲性能及较轻的重量，在安装过程中更加便捷，节约人工及辅料，大幅降低了施工成本。
经过国家相关专业机构检测，稀土高铁铝合金电缆在耐低温、阻燃、抗紫外钱等方面，测试数据均大幅度领先于国内同类产品。在工程应用中，稀土高铁铝合金电缆的优势也是十分明显的：
① 稀土高铁铝合金电缆是世界上最优秀的铝合金电缆之一。在发达国家已经安全运行近40年，是非常先进的、成熟的产品。世界上许多著名的工程项目和企业都是铝合金电缆的用户，如亚特兰达奥运会场、纽约机场、BP石油、通用集团、沃尔玛等
② 在实现同样的电气性能的前提下，稀土高铁铝合金电缆（含专用连接端子）直接采购成本（价格）比国内铜电缆有着更高的性价比。
③ 稀土高铁铝合金电缆具有卓越的机械物理性能：同等载流量下重量仅为铜缆的一半，弯曲半径只需电缆直径的7倍（相应铜电缆弯曲半径为12~15倍电缆直径）其反弹性能也比铜缆少40%。使用铝合金电缆，可直接降低施工单位的安装成本，如果是大跨度的钢结构建筑项目（比如体育场馆、大型厂房等），由于铝合金电缆可以大大减轻对建筑钢结构的负重，（铝合金电缆可以最大承受4000米的自身重量，而铜缆只能承受2750米的自身重量）。自然可以为客户节约大量建筑结构的承重钢材。
④ 目前国内低烟无卤阻燃A级电缆比普通电缆价格高20%以上，如果使用稀土高铁铝合金电缆YJHLV8系列产品，可以在达到低烟无卤阻燃A级的同时，也大大降低了成本。同时YJHLV8可以沿墙面或屋顶明敷，直接节省占电缆工程总费用20%以上的桥架，管道的材料费和施工费用。
⑤ 目前国内铝合金电缆各项技术指标满足规范要求的只有为数不多的几家企业，安徽欣意电缆有限公司生产的稀土高铁铝合金电缆为完全自主知识产权，产品充分利用中国稀土资源大国的资源优势和稀土材料良好的导电性能，产品的各项技术性能指标均满足国家标准并优于国外同类产品。稀土高铁铝合金电缆的推广应用是建立资源节约型社会的选择，目前国内铜矿资源基本接近枯竭，而且开采成本过高。目前国内80%的铜耗量要依靠进口，加之现在国际上铜价高启。因此，采用国内资源丰富，性价比高的稀土高铁铝合金电缆，是顺应建设资源节约型社会的大趋势，符合中国“建设节约型社会“的基本国策，符合建筑工程的“四新”原则；随着国家节能减排政策的深入实施，如何在电气工程设计中更加合理地选择电缆，应引起广大电力工程人员的关注；应充分响应国家节能政策，增加社会责任感，减少能源损耗，在工程实践中采用更合理，更节能的电缆选择方案，同时减少建设项目的初始投资和施工费用。因此，推广应用铝合金电缆实际是与社会共赢，与用户共赢的“多赢”解决方法。
3. 稀土高铁铝合金电缆与铜芯电缆的性能比较
① 导电性能：
在相同载流量下，稀土高铁铝合金电缆的重量仅为铜电缆的一半，如果按铜的电导率100%计算，稀土高铁铝合金的电导率约为61.8%，比重为2.7T/M3,铜的比重为8.9T/M3。则（8.9/2.7）*（0.618/1）=2，即2KG铜的电阻与1KG铝合金的电阻相当。因此稀土高铁铝合金电缆的截面积是铜电缆的约1.5倍时（严格来讲应该是1.29倍），其电气性能相同，又由于稀土高铁铝合金电缆采用特殊的紧压工艺，紧压系数达到95%以上，而铜电缆填充系数一般仅能达到80%，所以其达到相同电气性能的稀土高铁铝合金电缆的外径仅比铜电缆大1%-10%（1-12MM）(如：3*50的铜电缆外径在约是28MM，而达到相同载流量的稀土高铁铝合金电缆3*70的电缆外径也只有33MM)由此可知稀土高铁铝合金电缆略大外径下电导率与铜电缆相当，并且稀土高铁铝合金电缆性能达到国际电工委员会（IEC）标准要求。因此在施工中设计成铜电缆的穿线管道也不影响稀土高铁铝合金电缆的穿管施工。

② 抗腐蚀性能：
当铝合金表面与空气接触时产即形成薄而坚固的氧化层。这种氧化层特别耐受各种形式的腐蚀。铝合金具有能承受最恶劣环境的特性，所以铝合金导体作为电缆的导体可以被广泛使用。而铜导体在与空气接触中会产生铜锈。时间长了会腐蚀到导体内部。影响电流的通过，有发生灾害的危险。因此铜电缆需要定期维护。而稀土高铁铝合金电缆不需要维护。所以稀土高铁铝合金电缆在抗腐蚀能力上也要强于铜电缆。
③ 机械性能：
铝合金电缆的反弹性能比铜电缆小40%；
铝合金电缆的柔韧性能比铜电缆高30%；
铝合金电缆的延展性能比铜电缆高40%；
铝合金电缆的弯曲半径仅为7倍电缆外径；
铝合金电缆有很好的弯曲性能，因此更容易进行端子连接；
铝合金电缆特殊配方与热处理工艺大大减少了金属在受热压力下的“蠕变”倾向。
④ 安全性能：
在中国上海电缆研究所，通过了《按照长期运行（大于30年）所制定的IEC1000次连接头热循环测试标准》
⑤ 经济性能：
实现同样的电气性能，铝合金电力电缆（含专用连接端子）直接采购成本比铜电缆低20%左右，在我国城镇化建设、城乡电网改造加速之日，我国因铜资源的溃乏而且逐渐枯竭、在电缆的需求量不断加大之时使用新型稀土高铁铝合金电缆，对创建节约型社会和国家也将产生不可估量的影响。

铝合金电缆和铜、铝电缆性能对照表
型号
YJV 4×150
YJLV 4×240
合金电缆 4×240

材质
Cu
Al
Al、Mn、Cu、Mg、Ti、Cr、Zn、Fe、Si

电缆直径
47.2mm
59.87mm
59.1mm

设计使用年限
=30年 聚乙烯
=30年 聚乙烯
=40年 交联聚乙烯

给客户提供的是
产品（电缆）
产品（电缆）
系统标准的解决方案：
电缆+专用端子+专用安装工具+工程师的现场安装指导

铠装
非自锁型铠装
非自锁型铠装
高柔韧性自锁铠装
减少施工难度、降低人力成本
弯曲半径
=15d
=15d
=7d

抗疲劳强度
优
差
比铜电缆高25%
优于铜电缆
柔软性能
优
差
比铜电缆高25%
优于铜电缆
相同载流量的对比
406Amp
419Amp
418Amp
相同
等级
普通
普通
低烟无卤、阻燃A类

电缆总重量
6605(kg/km)
4290(kg/km)
3545(kg/km)

经济性能
需要加装外铠、桥架、穿管
更多的安装时间，更多的安装人力等
需要加装外铠、桥架、穿管
重量轻、高效安装、无需外铠、无需桥架、节约时间、节约人力

电压降
0.29
0.29
0.29
相同
抗拉强度
优
差
优

防腐性能
优
差
优

反弹性能
高
高
比铜电缆低40%
优于铜电缆

铝合金电缆与铜缆的重量比较
合金电缆（kg/km）
铜缆（kg/km）
电缆规格
重量

重量
扇形缆型号
4×25
686
1076
YJV22-4×16
4×35
854
1519
YJV22-4×25
4×50
1151
1957
YJV22-4×35
4×70
1503
2759
YJV22-4×50
4×120
2332
3678
YJV22-4×70
4×150
2841
4832
YJV22-4×95
4×185
3436
5906
YJV22-4×120
4×240
4291
7186
YJV22-4×150
4×300
5217
8807
YJV22-4×185
4×400
6800
11268
YJV22-4×240
在相同的电气性能条件下，合金电缆的
重量是铜电缆的46%~63%

4.稀土高铁铝合金电缆节能减排量分析
① 原材料生产能耗
铝和铝合金为160GJ/T9（折合约4000万大卡/T,约合标煤8吨，CO2排放量约29吨）及5%的再循环能源需求。
铜为100GJ/T9（折合约2500万大卡/T,约合标煤5吨，CO2排放量约18吨）及10%的再循环能源需求。
② 型号对比
以4芯185MM铝合金电缆替代120MM铜电缆作分析：
4芯185MM铝合金导体重量约为1.961KG/M
同等载流量的4芯120MM铜电缆导体重量约为4.27KG/M
得出结论：
4芯185MM铝合金电缆每米生产能耗和排放：标煤16.47KG，CO2排放量约59.7KG
同等载流量的4芯120MM铜电缆每米生产能耗和排放：标煤23.49KG,CO2排放量约为84.55KG.
因此，每使用一米铝合金电缆，相当于在导体原材料能耗上面减少CO2排放量约为24.85KG，标煤节约7.02kg
（注：此算法还未考虑材料加工中能源转化的利用效率，铜加工能源消耗比铝要高，以及运输过程中的能源消耗等）
5.稀土高铁铝合金电缆在配电系统中的应用
作为中国市场上第一个铝合金低压电力电缆产品，稀土高铁铝合金电缆主要用于配电系统，为住宅、办公楼、电力工程、工业厂房及公共设施及国防装备等提供了独特的，成本效益极佳的解决方案。
6.稀土高铁铝合金电缆在国内外项目的使用情况：
稀土高铁铝合金电缆在美国使用的典型项目如亚特兰大奥运会主体育馆、沃尔玛购物商场、甲骨文数据处理中心、拉斯维加斯威尼斯人酒店、通用会展中心、肯尼迪国际机场等。其它地区如加拿大多伦多国际机场、威斯汀酒店、NOVASCOTIA银行、墨西哥的立福马大厦、天空商场等。
稀土铝合金电缆在中国已经拥有包括政府、工业、商业、民用、军工等超过4000个应用项目，如上海人民广场、四川宏达集团.世纪锦城、中国二重集团、成都花样年.香年广场、云南云铝集团、西安世园博览会、国网宁夏电力公司、济南铁路局、北车集团济南风电项目、长沙市隆平高科技园区、北京市海淀区国防大学、北京市新少年宫工程、南京军区总医院、深圳大运会高快速照明变配电工程、首都机场、国电新疆吐鲁番项目、南网珠海微电网工程、东风汽车、合肥新站工业园、甘肃酒钢集团、成都九形道小区等
7.欣意电缆集团简介
欣意集团始创于1994年，系一家拥有近二十年专业从事电缆研发、制造、销售背景的国内较具规模和实力的行业定点制造商，也是全球四家铝合金电缆专业制造商中唯一的中资企业。集团总部（安徽欣意电缆有限公司）位于合肥市瑶海区，全国七大产业基地分布在安徽合肥、安徽绩溪、安徽宿州、安徽巢湖、河北石家庄、广东清远、内蒙古通辽，总规划占地面积近5000亩，石家庄生产基地作为欣意未来最大生产研发基地。项目分三期工程 ，一期已于2013年建成投产，三期工程建成后，届时将成为全球最大的“以铝代铜”生产研发基地，集团产能将达到1000亿规模。
欣意是国内唯一拥有稀土高铁铝合金电力电缆完全自主知识产权的企业，在技术研发、生产制造、销售管理和质量管理等方面，集成世界先进的管理模式，秉承“以人为本，科学管理，精益求精，创新高效”的核心价值，为用户持续提供“绿色、安全、环保、节能、优质”的稀土铝基新材料的电缆制品和服务。
8.结束语
中国是铝资源的大国，广泛地使用以铝合金为导体的电力电缆，适应我国国情，顺应国家关于绿色环保、节能减排的倡导。稀土高铁铝合金，作为低压铝合金电缆的第一品牌，随着新规范的实施和稀土高铁铝合金电缆国家标准的颁布实施，稀土高铁铝合金电缆在中国的运用前景将会更加广阔。

参考文献
1. 稀土高铁合金电缆在电气工程中的应用前景
王毅 广州市景森工程设计顾问有限公司《福建建筑电气》2012年第二期
2. 合金电缆的应用与分析
陈峰庭 淅江省天正设计工程有限公司《高科技与产业化》2010年06期
3. 0.6-1KV铝合金电缆与铜电缆的比较
葛福余 刘欣欣 海军工程设计研究局 《电气应用》2009年08期
4. 安徽欣意电缆有限公司主导编撰《电工用稀土高铁铝合金杆》的国家标准 及《35KV以下铝合金电力电缆工程设计规范》