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電纜導體“新舊勢力”交鋒日漸白熱化



電線電纜是由一根或多根相互絕緣的導體和外包絕緣保護層制成,將電力或信息從一處傳輸到另一處的導線。導體是它的核心,失去了導體的傳導作用,電線電纜就失去了價值。以銅鋁等金屬導體為代表的“傳統勢力”,如何抵擋以“鋁合金、非光纖、碳纖維”等新原料代表的“新勢力”,則顯得愈發引人期待。


一、金屬導體
目前常見的金屬導體按導電性排列,依次為金、銀、銅、鋁、鐵(鋼)等,但綜合考慮到應用到電線電纜上導體的原料成本等因素,銅和鋁是性價比較高的,尤其是銅,價格較金、銀低,導電性又比鋁要好,是最常用的電纜導體。
1、銅導體
電纜國家標準采用的銅導體是無氧銅,電線電纜行業是一個重料輕工的行業,據相關統計數字表明,電線電纜用銅量約占全國銅消費量的60-70%。銅導體是銅芯電線電纜核心部件,不管外在技術怎樣變化、進步,銅導體的成本都占電線電纜總成本的大頭,據稱高達75%以上。隨著我國銅資源的枯竭和國際銅價的上漲,雖然銅仍然是電線電纜導體中的“大哥大”,但人們已經開始積極尋求替代品。
2、鋁導體
我國鋁資源礦產極其豐富,是世界十大鋁土礦資源國之一,保有資源儲量25.03億噸。早在1957年,我國就已經把“以鋁代銅”確定為國家級技術政策。二十世紀六、七十年代,由于銅材作為戰略物資受到貿易管制,國內大量采用鋁作為輸電電纜的主要導體材料。然而和銅導體相比,純鋁導體熔點低、導體電阻率高、抗氧化性差、機械強度差,導致經常發生過熱、腐蝕、短路等問題,在九十年代初期,就逐步退出了低壓配電市場,但在高壓輸電領域仍有使用。
3、組合型金屬導體
一種是復合型導線:利用高頻信號、電流的“趨膚效應”,在傳輸高頻信號(大于5MHz)和電流時,使其傳輸性能與表面金屬做導體的電線相同。如銅包鋁線(與以次充好者不可同日而語),通過先進的包覆焊接制造技術,使此類導體具有獨特的復合性能,在不降低傳輸性能的同時做到降低成本、增加強度等。一種是加強型導線:由由兩種不同的導線絞合而成。如鋼芯鋁絞線,鋼芯主要起增加強度的作用,鋁絞線主要起傳送電能的作用,適用于架空輸電線路,尤其是在高壓輸電領域。

二、合金金屬導體
我們通常所說的金屬指的是金屬單質。合金是由兩種或兩種以上的金屬與非金屬經一定方法所合成的具有金屬特性的物質。合金金屬雖然廣義上屬于金屬類,但在化學分類上是混合物而不是金屬單質。
在電纜上使用的合金金屬導體主要指的就是鋁合金導體,由于純鋁導體存在種種不足,鋁合金導體應運而生。其中,AA8030 系列鋁合金材料為鋁合金電力電纜的主要導體,該導體是采用特殊緊壓工藝和退火處理等先進技術發明創造的新型材料。鋁合金的導電率是最常用基準材料銅IACS的61.8%,載流量是銅的79%,在滿足同等電氣性能的前提下,使用鋁合金電纜的重量是銅芯電纜的一半,其截面是傳統銅芯電纜的1.1~1.25倍,價格比傳統的銅芯電纜低15~30%。

三、非金屬材料或以其為主的導體
非金屬材料由非金屬元素或化合物構成的材料,隨著無機化學和有機化學工業的發展,人類以天然的礦物、植物、石油等為原料,制造和合成了許多新型非金屬材料,在許多領域廣泛使用。在電線電纜的導體選擇上,光纖和碳纖維是該類材料的代表。
1、光纖
光纖是光導纖維的簡寫,是一種由玻璃或塑料制成的纖維,可作為光傳導工具。傳輸原理是“光的全反射”,因此通常被用于信號傳輸。開始,光纖由玻璃纖維(主要成分是二氧化硅)制成,隨著技術進步,人們開始向其中摻入不同的元素,來控制纖芯和包層的折射率分布,以滿足不同的需要。
值得注意的是,雖然一般意義上的光纖是不導電的,但目前利用光纖輸電已經被證明是可行的,盡管目前這項研究處在實驗階段,但由于光纖傳輸電損耗低,導電光纖仍十分具有研究價值。
2、碳纖維
碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維導體分為:純碳纖維和以碳纖維為基與鋁或銅線絞合構成的復合導電芯體,用它制成的導線,主要用于架空線路,具有低弧垂、質輕、輸電損失少、耐腐蝕等特點,代表了未來架空導線的技術發展趨勢。ACCC碳纖維復合導線更是目前全世界電力輸變電系統理想的取代傳統的鋼芯鋁鉸導線、鋁包鋼導線、鋁合金導線及進口殷鋼導線的新產品。
3、導電塑料
導電塑料是將樹脂和導電物質(往往是碳)混合,用塑料的加工方式進行加工的功能型高分子材料。主要應用于電子、集成電路包裝、電磁波屏蔽等領域。其中,炭黑填充型導電塑料被應用于高壓電纜、通訊電纜領域,被用作中、高壓電纜的半導電層屏蔽料,即用導電塑料作半導電層,以緩和導體表面電位梯度,防止導體與半導體間的部分放電。目前,該類產品每年的國內市場需求約為數千噸,其中用于高壓電纜的基本依靠進口。隨著人們對導電塑料研究的深入,或許,未來我們可以期待它在輸電方面發揮更大的作用。

結語:在這些導體中,銅鋁等金屬導體可以說是電纜導體界的“傳統勢力”,鋁合金、非光纖、碳纖維等則是異軍突起的“新勢力”,隨著這場新舊勢力的交鋒,電力和信號傳輸必將更經濟、更環保、更高效。


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