電線電纜：銅包鋁電纜的特性及應(yīng)用

　　對于機(jī)電安裝行業(yè)，電線電纜在機(jī)電安裝工程中占據(jù)了重要的地位，作為其主要原材料的銅，占了電纜產(chǎn)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(yīng)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(jìn)行以下的比較。

　　一、銅包鋁通訊電纜

　　機(jī)械特性。純銅導(dǎo)體強(qiáng)度、伸長率比銅包鋁導(dǎo)體大，也就是說純銅在機(jī)械性能方面比銅包鋁好。從電纜設(shè)計的角度來看，純銅導(dǎo)體比銅包鋁導(dǎo)體機(jī)械強(qiáng)度好的優(yōu)點，在實際應(yīng)用過程中不一定需要。銅包鋁導(dǎo)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(dǎo)體電纜要輕，這樣會給電纜的運輸和電纜的架設(shè)施工帶來方便。另外銅包鋁比純銅軟一點，用銅包鋁導(dǎo)體生產(chǎn)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(dǎo)電性比銅差，使得銅包鋁導(dǎo)體的直流電阻比純銅導(dǎo)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(dǎo)體將會導(dǎo)致額外的電力消耗，電壓降低較多。當(dāng)頻率超過5MHz時，此時的交流電阻衰減在這兩種不同的導(dǎo)體下沒有明顯的區(qū)別。當(dāng)然，這主要是因為高頻電流的集膚效應(yīng)，頻率越高，電流的流動就越接近導(dǎo)體表面，在銅包鋁導(dǎo)體的表面實際上純銅材料，當(dāng)頻率高到一定時候，整個電流鍍在銅材質(zhì)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(dǎo)體的銅層厚度比此厚度多約一倍。對于同軸電纜，因為傳輸?shù)男盘柺窃?MHz以上，因此銅包鋁導(dǎo)體和純銅導(dǎo)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(dǎo)體軟，在生產(chǎn)過程中容易進(jìn)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(dǎo)體的電纜回波損耗指標(biāo)好。

　　經(jīng)濟(jì)性。銅包鋁導(dǎo)體是按重量出售的，純銅導(dǎo)體也是按重量出售的，銅包鋁導(dǎo)體的價格要比相同重量的純銅導(dǎo)體貴一些。但是同樣重量的銅包鋁要比純銅導(dǎo)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(yōu)勢。由于銅包鋁電纜比較輕，電纜的運輸成本、安裝架設(shè)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(jù)集膚效應(yīng)計算，在 5MHz以上高頻時，與相同截面的銅導(dǎo)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(dǎo)體的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)在150mm2以上就逐漸顯得突出，同時由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生高次諧波電流和能源會注入到供電系統(tǒng)中，在系統(tǒng)的阻抗上產(chǎn)生出相應(yīng)頻率的高次諧波電壓，致使電壓的波形發(fā)生畸變，增加供電系統(tǒng)的損耗，使導(dǎo)體發(fā)熱增加;此外，電纜使諧波放大，在接頭處產(chǎn)生過電壓而損壞電纜頭。采用銅包鋁導(dǎo)體會起到降低高次諧波產(chǎn)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(yīng)的工藝措施，使銅包鋁/銅復(fù)合導(dǎo)體在現(xiàn)有同規(guī)格導(dǎo)體的外徑尺寸上限內(nèi)，滿足導(dǎo)體直流電阻要求。

　　接駁方式。采用銅包鋁導(dǎo)體可滿足目前待續(xù)多年的電線電纜在產(chǎn)品選型、設(shè)計、使用、安裝等方面的習(xí)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(jù)，根據(jù)集膚效應(yīng)的原理，單根導(dǎo)線的表面，其單位面積通過的電流比導(dǎo)線的圓心單位面積通過的電流要大，也就是說，大截面導(dǎo)體的圓心在相同導(dǎo)體相成的圓面積內(nèi)，圓心比圓周通過的電流要小，所以把圓心導(dǎo)體與圓周導(dǎo)體用不同的金屬組成是最合理、最經(jīng)濟(jì)的。影響交流電阻指標(biāo)除直流電阻、集膚效應(yīng)外，還有鄰近效應(yīng)，與相同直流電阻的銅導(dǎo)體相比，采用銅復(fù)合導(dǎo)體后，單根導(dǎo)體內(nèi)，鋁在園心，銅在外緣;在絞合導(dǎo)體內(nèi)，內(nèi)層是銅包鋁，外層是純銅，而鋁對集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)都沒有銅敏感，同時銅復(fù)合導(dǎo)體會使導(dǎo)體總截面增加一部份，因此也增加了導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)與銅相近，在同等的材料成本條件下，交流電阻的指標(biāo)要經(jīng)濟(jì)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(jīng)完全冶金化，鋁完全被銅所覆，不會被水、空氣接觸，完全達(dá)到與銅一樣的性能。銅包鋁/銅復(fù)合導(dǎo)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