電力儀表在本文著重闡述配電線路導體(包括相導體、N導體、PE導體、PEN導體和等電位聯結導體)的分類、主要性能和配電線路導體導體材料的選用方法。
1、導體材料的種類
①銅導體:是電線、電纜和母排應用最廣泛的優質導體材料。
②鋁導體:是僅次于銅應用較多的導體材料。
③銅包鋁導體:是利用銅和鋁兩種材料的優勢制成的復合導體材料。
④鋁合金導體:在純鋁中滲入少量其他金屬元素,從而改善純鋁的部分性能的一種導電材料。
2、銅導體的主要性能
①銅的導電性能好:用做電線、電纜的銅材的質量分數不應小于99.90%,具有高電導率;冷變形度達90%的硬銅,作為架空線,20℃時電阻率(ρ0)為0.01777×10-6Ω·m;而用做電線、電纜的經過450-600℃退火處理的軟銅,按IEC標準規定的電阻率(ρ0)為0.017241×10-6Ω·m。
②機械性能良好:銅的延展性、機械抗拉強度,斷裂伸長率都明顯優于鋁。
③連接性能好:施工、安裝方便,使用、運行可靠性高。
④安全性:導致火災事故明顯低于鋁導體。
⑤運行中維護工作量小,維護費用低。
⑥質量大:密度為8.89g/cm3,當在橋架、馬道、屋架上敷設多條電纜及架空線時,應計算其機械應力。
⑦我國銅資源不夠,價貴(相對于鋁)。
3、鋁導體的主要性能
①價格便宜(相對銅)。
②質量輕:密度為2.7g/cm3,相同截面積和長度時,質量僅為銅的30.4%(不計絕緣層重),折算到相同電導率條件時,約為銅的50%。
③導電性能較好:僅次于銅(不包括銀),用作導電的鋁純度不低于99.5%,硬電工鋁的電阻率(ρ0)為0.028264×10-6Ω·m,用做電線、電纜的軟電工鋁的ρ0為0.027366×10-6Ω·m,大約為銅的1.64倍。
④鋁的機械強度約為銅的一半左右。
⑤鋁的連接性能遠不如銅,增加了施工、安裝的難度,降低了運行的可靠性和安全性。
4、銅包鋁導體的主要性能
①充分發揮銅的連接性能和導電性能的優勢,依據電流集膚效應的原理,而出現的銅包鋁的復合導體,以便發揮兩者的優點。
②在英、美、日等發達國家,這種復合導體的應用大約有三十年的歷史,并制定了相關的應用于電線、電纜和母線的標準,已經有成熟的運行經驗。
③銅包鋁電線、電纜中,銅的體積不得低于10%,通常為10%-15%;銅層厚度不應小于線芯直徑的2.57%左右,通常銅層厚度為線芯直徑的 2.57%-3.9%。銅包鋁母線中,銅的體積約占18%-20%。
④銅包鋁導體主要應用于母線和大截面積的電線、電纜中,具有較大優勢;在我國電力行業中,已有較多地應用了,并于2012年制定了電力行業標準。
⑤銅包鋁電線、電纜的制造費用較高,導體材料的回收再利用增加了難度,限制了推廣應用,特別是較小截面積電線、電纜不宜應用。
5、鋁合金導體的主要性能
①為了提高純鋁導體的機械強度和耐熱性等性能,在盡量少降低電導率的前提下,在鋁中添加約0.3%~0.5%的硅(Si)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、銅(Cu)、鋅(Zn)、硼(B)等元素形成鋁合金導體。
②電線、電纜用鋁合金導體的電阻率(ρ0)為0.029×10-6左右,略高于軟純鋁導體。
③由于硬純鋁導體的伸長性和柔韌性較低,軟純鋁導體抗蠕變性較差,連接處容易松動,降低了可靠性,合金鋁導體可以改善部分機械性能和斷裂延伸率,使一部分性能優于純鋁導體。應注意到,鋁合金在提高機械抗拉強度和抗蠕變性能時,可能降低導電率和彎曲性能。此外,在酸、堿、鹽溶液環境,鋁合金導體的耐腐蝕性將降低。
6、配電線路導體材料的選用
①以下配電回路和場所應選用銅導體:
1)可靠性要求高的重要電源回路、應急電源回路、消防救援相關的回路:
2)電機的勵磁回路、重要的二次回路和控制、計量回路;
3)爆炸危險環境、火災危險環境的配電、照明和信號、控制回路:
4)振動劇烈的場所,接至振動設備的回路;
5)連接移動設備和手持電器的線路;
6)重要的公共建筑、居住建筑、計算機房、圖書館、資料和檔案室、庫房;
7)人員密集的公共場所;
8)耐火電纜;
9)核電站常規島及其附屬設施的回路、重要的工業設備的回路;
10)連接插座的回路,照明分支回路。
②鋁導體的應用場合:
1)架空配電線路宜選用鋁導體;
2)非重要的公共和工業建筑的母干線和電線、電纜可選用鋁導體;
3)對銅有腐蝕的場所或設備的線路應選用鋁導體。但應注意鋁合金導體對某些腐蝕環境的不適用性。
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