铜缆与铝合金电缆的连接性能对比测评.pdf

铜缆与铝合金电缆的连接性能铜缆与铝合金电缆的连接性能对比对比测评测评 ————论论中国中国住宅建筑应避免使用铝合金电缆住宅建筑应避免使用铝合金电缆 王建业、罗恩·弗兰克 铜和铝是常用的电导体材料，二者的相互替代一直延续至今这种相互替代 之所以存在，是经济因素和导体性能博弈的结果目前有外资企业在中国生产铝 合金电缆，并力推其用于房地产项目本文通过对比铝合金导体、铜导体的连接 性能，论述铝合金电缆在中国住宅建筑的不适用性 与以往不同，本次测评针对的是电缆（英文为 power cable）的连接而不是导 线(building wire)的连接 2003 年，加拿大 PowerTech 实验室与加拿大铜业开发协会（CCBDA）共同进 行了一项试验，在同等环境条件下比较铜导体铜接头、铜导体铝接头、铝导体铝 接头的连接性能（此处及以下的铝均指铝合金） 以下是试验的相关内容 一、背景 铝和铜的电气特性有显著的差别，而且其氧化物会影响其长期的性能暴露 在空气中的铝容易氧化， 而且附在金属的外层迅速形成硬的具有电气绝缘性能的 氧化物因此铝接头通常要制造成外层镀锡以防止接头产生表面氧化铝压接头 也要预先填充抗氧化复合物以减轻在运行中铝导体及其接头之间的氧化。

铝导体 必须始终保证无氧化层且施加抗氧化剂（或导电膏） ，现有的铝合金电缆均不能 省略这一工序 铜暴露在空气中也会氧化，但形成的氧化物相对较软，而且是 导电的因此铜接头通常可不用抗氧化剂在潮湿环境中铜和铝直接接触时，由 于两种金属的不同性质，从而会产生剧烈的电解反应 铜和铝的不同特性会导致各种型式的电气接头在长期使用中产生显著不同的性 能本试验将铜和铜、铝和铜、铝和铝连接的接头暴露在腐蚀环境，以大电流短 时间试验 2000 小时， 使其加速老化 铜和铜的接头在试验期间的电阻变化很小， 在本次试验中表现最好 二、试验的样本 试验样本包括美国线规 19 股 AWG2/0（接近公制 70mm2）铜缆，加拿大铝 业的 NUAL 系列 18 股 AWG4/0（接近公制 95mm2）铝合金缆二者的载流量比 较接近 试验采用的电缆、接头及抗氧化剂均为标准的商业化产品 三、接头的安装 采用压接及机械式螺栓单孔连接，所有的铝导体的压接都镀锡并填充抗氧化 剂接头安装在 50 厘米长的一段导体上，并采取下列安装程序： ● 安装接头之前，所有的导体立即檫净； ● 安装机械接头的铝导体使用 Thomas&Betts Contax CTB8 抗氧化剂； ● 铜导体和铜接头不用抗氧化剂； ● 压接式接头采用 Thomas& Betts（Blackburn）TBM5 型压接工具； ● 机械式接头的安装采用的力矩见表 2； ● 在每根导体的另一端以焊接方式安装补偿器，使导体的电流试验和电阻测试 的电流分配更好。

四、试验内容 试验包括腐蚀循环试验和大电流的猝发试验，将腐蚀环境作用于接头，呈现 接触电阻随着试验进程升高的情景循环试验按下列程序进行： ● 在 500 小时的时间段内进行盐雾腐蚀循环试验； ● 在每个 500 小时时间段内进行电流猝发试验； ● 腐蚀试验期间每隔约 170 小时，以及在每组电流猝发试验的前后，读取每个 接头的直流电阻； ● 在总计约 2000 小时的盐雾试验中进行总计 4 组的盐雾和电流猝发试验 腐蚀循环试验 各组连接样本放置在环境试验室中的3个PVC架上， 导体和接头按水平排列， 接头部位悬于空气中 各组样本的位置定期调换， 使其获得几近相同的外界条件 每 4 小时的腐蚀试验周期包括下列步骤： 1、喷放含有用 pH 值为 5.5 的硝酸冲淡的风干 3%氯化钠溶液的盐雾，持续 1 小时 45 分钟； 2、在 2 小时内将其加热达到最高 700C，使其变干； 3、以清洁水清洗 15 分钟； 在腐蚀循环试验期间，上述步骤不断重复 电流猝发试验 采用电流猝发试验的目的是研究接头与导体连接的老化为此，对 AWG4/0 铝导体采用的电流等级是 1750A，对 AWG2/0 铜导体的采用的是 800A。

每次试 验的电流保持在以上等级，使导体的温度在规定时间内达到 2500C根据处于控 制导体中央位置的热电偶测试， 从接近室温时开始升高到 2500C 通常需要施加约 50 秒的电流 样本要通过下列电流猝发试验： ● 每组 10 个接头串联起来同时进行电流猝发试验； ● 控制导体和组装的接头串联起来热电偶装在每根控制导体的中央，监 测在电流猝发试验期间导体的温度 ● 连续 5 次短时间大电流猝发每次猝发间隔中，允许样本冷却到 400C 在每组 5 次电流猝发试验前后，每个样本的电阻（从补偿器到接头）是在室 温条件下用微欧姆表测试得出的 五、试验结果 腐蚀和电流猝发试验的最终结果如下每种样本在整个试验期间的电阻变化 以百分比形式体现当样本整体 （补偿器、该段导体和接头）的电阻增值大于 5%时，相当于从导体与接头的接触电阻增加 100%以上因此，样本整体电阻增 加达 5%时被定义为电阻显著增加 铝导体与铝接头的样品 ● 40%的样本可视为导电功能丧失； ● 10%的样本的电阻显著增加； ● 20%的样本的电阻中度增加； ● 30%的样本的电阻减小 铜导体与铝接头样品 ● 40%的样本的电阻显著增加； ● 30%的样本的电阻中度增加； ● 30%的样本的电阻小量增加。

铜导体上与铜接头的样品 ● 70%的样本的电阻小量增加； ● 30%的样本的电阻减小 在这次 2000 小时腐蚀和电流猝发试验所获得的结果显示，性能最好的是全 铜连接系统，即以铜接头连接的铜导体 六、参考图表 1、所用的接头和导体 (英文原表，数字更清楚，供参照) 2、安装力矩 (英文原表，数字更清楚，供参照) 3、接头样本 图 1：用于猝发电流试验的接头样品 4、铝导体铝接头的连接 4.1 试验前 图 2 4.2 试验后 图 3 5、铜导体铜接头的连接 5.1 试验前 C9/C10 C7/C8 C5/C6 C3/C4 C1/C2 图 4 5.2 试验后 C9/C10 C7/C8 C5/C6 C3/C4 C1/C2 图 5 6、铜导体和铝接头的连接 6.1 试验前 B9/B10 B7/B8 B5/B6 B3/B4 B1/B2 图 6 试验前铝和铜连接的样品 6.2 试验后 B9/B10 B7/B8 B5/B6 B3/B4 B1/B2 图 7 7、导电性能对比表 (英文原表，数字更清楚，供参照) 表 3 结论 试验结果证明，在相同条件下铝合金电缆的电气性能与铜缆存在显著差距。

上述试验针对的是电缆（英文为 power cable）而不是导线(building wire)试验采 用的连接符合现行的电缆安装做法 需要说明的是，北美的 NUAL 系列铝合金缆与在中国生产的 STABILOY 系列铝 合金缆的导体并无明显区别 假设铝合金电缆的连接性能真如铜缆般可靠而价格 又低于铜缆，那么铝合金电缆在过去的四十年中早应该占据北美的主流市场，但 是事实并非如此 铝合金电缆不适合中国的住宅工程原因有三1）在中国，房地产开发企 业只管建房而不负责运维 中国的多数住宅虽然有物业公司， 但是普遍缺乏系统、 专业的电路检查和维护，使用铝合金电缆配电系统缺乏配套保障另外，中国也 没有相关的安全检查规范保证既有住宅的电气安全和供电可靠性2）采用铝合 金电缆的配电系统不可避免地需要检查其电气连接的有效性和抗氧化剂的有效性为弥补物业管理的不足，就必须增加供电公司的工作负荷3）中国住宅建 筑人口密集，居民生命与财产安全不容忽视2010 年发生在上海等地的若干起 民用建筑电气火灾已经给予社会各界足够的警示——电气事故不一定发生在工 程伊始，当量变积累成质变时，灾害不可避免且损失难以挽回。

住宅安全事故发 生原因可以有很多种，但是为此买单的往往是无辜百姓 另外，铝合金电缆不应被纳入相关设计规范，因为目前在中国生产该铝合金 电缆的只有唯一一家外资企业（仿冒厂商除外） 标准制订单位应避免一个条款 施惠于一家企业的现象出现 综上所述，铝合金电缆不应该被用于中国的住宅工程标准制定者和管理部 门有责任保障人民生命及财产不受损失；设计院采纳了铝合金电缆，将平添终身 责任风险；开发企业不应该为追求短期利润而忽略了品牌建设和社会责任 当我 们面对安全和可靠的问题时， 不应该优先考虑其它因素 将以人为本作为出发点， 许多看似复杂的问题也会迎刃而解。