昌晖仪表谈配电线路导体分类、性能和选用
2023年01月12日 11:21:32
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在本文着重阐述配电线路导体(包括相导体、N导体、PE导体、PEN导体和等电位联结导体)的分类、主要性能和配电线路导体导体材料的选用方法。
1、导体材料的种类
①铜导体：是电线、电缆和母排应用泛的优质导体材料。
②铝导体：是仅次于铜应用较多的导体材料。
③铜包铝导体：是利用铜和铝两种材料的优势制成的复合导体材料。
④铝合金导体：在纯铝中渗入少量其他金属元素，从而改善纯铝的部分性能的一种导电材料。
2、铜导体的主要性能
①铜的导电性能好：用做电线、电缆的铜材的质量分数不应小于99.90%，具有高电导率；冷变形度达90%的硬铜，作为架空线，20℃时电阻率（ρ0)为0.01777×10-6Ω·m；而用做电线、电缆的经过450-600℃退火处理的软铜，按IEC标准规定的电阻率(ρ0)为0.017241×10-6Ω·m。
②机械性能良好：铜的延展性、机械抗拉强度，断裂伸长率都明显优于铝。
③连接性能好：施工、安装方便，使用、运行可靠性高。
④安全性：导致火灾事故明显低于铝导体。
⑤运行中维护工作量小，维护费用低。
⑥质量大：密度为8.89g/cm3，当在桥架、马道、屋架上敷设多条电缆及架空线时，应计算其机械应力。
⑦我国铜资源不够，价贵(相对于铝)。
3、铝导体的主要性能
①价格便宜(相对铜)。
②质量轻：密度为2.7g/cm3，相同截面积和长度时，质量仅为铜的30.4%(不计绝缘层重)，折算到相同电导率条件时，约为铜的50%。
③导电性能较好：仅次于铜(不包括银)，用作导电的铝纯度不低于99.5%，硬电工铝的电阻率(ρ0)为0.028264×10-6Ω·m，用做电线、电缆的软电工铝的ρ0为0.027366×10-6Ω·m，大约为铜的1.64倍。
④铝的机械强度约为铜的一半左右。
⑤铝的连接性能远不如铜，增加了施工、安装的难度，降低了运行的可靠性和安全性。
4、铜包铝导体的主要性能
①充分发挥铜的连接性能和导电性能的优势，依据电流集肤效应的原理，而出现的铜包铝的复合导体，以便发挥两者的优点。
②在英、美、日等发达国家，这种复合导体的应用大约有三十年的历史，并制定了相关的应用于电线、电缆和母线的标准，已经有成熟的运行经验。
③铜包铝电线、电缆中，铜的体积不得低于10%，通常为10%-15%；铜层厚度不应小于线芯直径的2.57%左右，通常铜层厚度为线芯直径的 2.57%-3.9%。铜包铝母线中，铜的体积约占18%-20%。
④铜包铝导体主要应用于母线和大截面积的电线、电缆中，具有较大优势；在我国电力行业中，已有较多地应用了，并于2012年制定了电力行业标准。
⑤铜包铝电线、电缆的制造费用较高，导体材料的回收再利用增加了难度，限制了推广应用，特别是较小截面积电线、电缆不宜应用。
5、铝合金导体的主要性能
①为了提高纯铝导体的机械强度和耐热性等性能，在尽量少降低电导率的前提下，在铝中添加约0.3%~0.5%的硅(Si)、铁(Fe)、镁(Mg)、铜(Cu)、锌(Zn)、硼(B)等元素形成铝合金导体。
②电线、电缆用铝合金导体的电阻率(ρ0)为0.029×10-6左右，略高于软纯铝导体。
③由于硬纯铝导体的伸长性和柔韧性较低，软纯铝导体抗蠕变性较差，连接处容易松动，降低了可靠性，合金铝导体可以改善部分机械性能和断裂延伸率，使一部分性能优于纯铝导体。应注意到，铝合金在提高机械抗拉强度和抗蠕变性能时，可能降低导电率和弯曲性能。此外，在酸、碱、盐溶液环境，铝合金导体的耐腐蚀性将降低。
6、配电线路导体材料的选用
①以下配电回路和场所应选用铜导体：
1)可靠性要求高的重要电源回路、应急电源回路、消防救援相关的回路：
2)电机的励磁回路、重要的二次回路和控制、计量回路；
3)爆炸危险环境、火灾危险环境的配电、照明和信号、控制回路：
4)振动剧烈的场所，接至振动设备的回路；
5)连接移动设备和手持电器的线路；
6)重要的公共建筑、居住建筑、计算机房、图书馆、资料和档案室、库房；
7)人员密集的公共场所；
8)耐火电缆；
9)核电站常规岛及其附属设施的回路、重要的工业设备的回路；
10)连接插座的回路，照明分支回路。
②铝导体的应用场合：
1)架空配电线路宜选用铝导体；
2)非重要的公共和工业建筑的母干线和电线、电缆可选用铝导体；
3)对铜有腐蚀的场所或设备的线路应选用铝导体。但应注意铝合金导体对某些腐蚀环境的不适用性。
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