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电力电缆用铜包铝导体的研制
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电力电缆用铜包铝导体的研制 刘伟廉辉 （特变电工新缆厂，新疆昌吉831100） 0引言 铜虽然是电线电缆的最理想导体，但价格昂贵且价位变化异常，最关键的是资源短缺。铝虽然有易氧化、腐蚀，接头处不好锡灌焊，引起接触电阻大、易引发故障等，但它具有比重低、价格低的优点。而采用铜包铝导体就能避开铝的弱点，扬长铜的优点。
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刘伟& 廉辉
（特变电工新缆厂，新疆 昌吉 831100）
0&&&&&&& 引言
铜虽然是电线电缆的最理想导体，但价格昂贵且价位变化异常，最关键的是资源短缺。铝虽然有易氧化、腐蚀，接头处不好锡灌焊，引起接触电阻大、易引发故障等，但它具有比重低、价格低的优点。而采用铜包铝导体就能避开铝的弱点，扬长铜的优点。
铜包铝简写为CCA，它是由铝芯线和紧密包覆其外的铜层构成的双金属线，这就使得在一根导线上发挥了两种金属材料的特点，使铜的优良导电性和铝的重量轻的特点结合在一起，克服了铝导线的缺点，形成具有导电性好、密度小、柔软、耐腐蚀、易焊接、价钱低廉等特点的铜包铝线。从而发展成为一种新的金属导电材料。本文就铜包铝电力电缆设计和制造过程中采取的措施和经验进行总结，供同行们参考。
1& 铜包铝电力电缆设计依据
目前国内尚无额定电压0.6/1kV铜包铝电力电缆类产品的国标或行标，为使额定电压0.6/1kV铜包铝电力电缆系列产品有一个统一、科学的产品标准，我们参考了中华人民共和国电子行业标准SJ/T 《铜包铝线》、中华人民共和国国家标准GB/T《额定电压1kV(Um=1.2 kV)到35 kV(Um=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及附件》和美国的相关标准，搜集、查阅了各方面有关资料，制定了企业标准，指导额定电压0.6/1kV铜包铝电力电缆的生产和检验。
2& 铜包铝电力电缆制造中关键工艺点
2.1包覆焊接工艺
目前铜包铝线使用最多的包覆焊接法，其工艺原理是采用包覆焊接装置，将经过清洗的铜带逐步形成圆管状，包覆在清洗过的铝芯线周围。采用氩弧焊将铜管的纵缝焊接起来形成线坯。然后通过拉拔和热处理获得所需的线材直径和性能。其包覆焊接法的工艺流程如下：
(1) 原材料的前处理。铜包铝线的质量在很大程度上取决于原材料表面的洁净程度。因此，在包覆前应对铜带和铝线应进行彻底清理，除去表面的油污和氧化物。该工艺过程中首先采用化学方法针对铜带和铝杆表面的油污进行清洗并干燥，再通过机械刷洗方法清除铜带和铝杆表面的氧化膜，由于清洗后的铜铝表面极易再次被氧化，所以在成形及固相焊接前，表面被清理后的双金属表面始终处于惰性气体保护中，提高了双金属固相结合质量。
(2) 包覆焊接。铜带在进入包覆焊接装置后逐步成形，在形成圆管过程中将铝线包覆，然后采用钨极氩弧焊将不断向前运动的铜管纵缝连续焊接起来，形成具有均匀包覆层的铜包铝坯线。图1即为铜包铝包覆焊接装置的一个简图。
图1 铜包铝包覆焊接装置简图
铜包铝线的包复焊接装置，是在惰性气体保护下，使铜带逐步形成圆管包复在铝芯线周围，并将铜管纵缝连续不断地焊接起来。这种设备比国外使用的轧辊压接设备或静液挤压设备的造价低，并且操作简便，易实现规模化生产，因而大大降低了铜包铝线的生产成本。彻底解决了套管冷拉法和静液挤压法不能实现连续生产的局限性。
2.2铜包铝母杆（线坯）拉拔
铜包铝坯线经过大型拉拔机和多道次拉拔后，可以拉拔至所需直径。通过拉拔工艺，使两种金属共同产生塑性变形，从而双金属在逐渐减径过程中接触表面达到接近原子间距离，形成结合层；在一定条件和一定范围内，其变形程度(变形前后线材截面积之比)越大，固相结合质量相对越好。
坯线拉拔即是将铜包铝母杆通过模具的拉拔产生压力和变形，然后逐级减小截面的圆形达到我们所需的线径。经过我们的理论研究和多次试验发现，其后续拉拔工艺的“减面率”必须大于97.8%，或“延伸系数”必须大于44.5时，方可确保铜、铝的冶金结合。也就是说，20mm铜包铝母杆拉拔到3.0mm以下规格时才能保证铜、铝的焊接质量。而在目前线缆行业我们所知道的同行业大多只做10mm的铜包铝母杆，要想保证铜包铝导电线芯的焊接质量，只能拉到1.5mm以下规格才能供电线电缆产品使用，这就局限了电缆的品种和规格。而直径为3mm的规格线材完全可以满足相关标准的要求，这一规格几乎覆盖了电缆行业对线芯规格的所有范围。
2.3退火(热处理)
双金属导体的退火工艺与铜铝单质导线的退火有比较明显的差异。铜线在再结晶温度以上至熔点以下的几百度范围内的任意点上退火都不会出现质量事故，对温度的波动反应不甚敏感；而铜包铝线对炉温限定的比较严格。尤其是改丝用铜包铝线由于进线是软线，拉拔过程中所用模具较少，一般只有1～3块。同时考虑到铝的再结晶温度是100℃，铜的再结晶温度是270℃，而铜、铝的熔点分别为1083℃和660℃。我们将改丝后的铜包铝线软化温度定在270～400℃范围内，首先使用了350℃、3小时对φ2.49mm单线进行退火处理。之后对其它线规又使用了320℃、300℃、280℃等温度和不同保温时间进行软化试验，最终得出表1的数据：
表1铜包铝线软化工艺控制表
冷却时间&& h
φ0.65～φ0.99
φ1.00～φ1.69
φ1.70～φ2.22
φ2.23～φ3.00
2.4绞合成型工艺
铜包铝单线在经过拉拔和退火加工以后，其表面铜层厚度最薄点已经接近线材半径的5%，机械损伤和划痕均有可能破坏表面的铜包覆层，所以在线材的保护上我们也下了大功夫。
在盛装线材的工装内侧板和筒体表面上采用了橡皮衬，在贮运时将工装摆放成“丁”字形式，并且在地面上铺了一层橡皮地席来保护线材，绞压设备的牵引轮上使用了软布垫包覆，可以防止在牵引过程中对线材的磨损。在绞合设备上在线材所有过线的地方使用了油浸胶木穿线管和油浸胶木导轮，无法用导轮和穿线管的地方使用特氟隆材料进行了高温喷涂处理，以保护铜包铝复合材料的表面质量，生产时要求操作人员随时检查和更换所有磨损的部件。绞合中的并线模具采用了油浸胶木并线模，成型模采用了光洁度和耐磨性非常好的乌钢模具，保证线材在经过绞压后铜层的完整和线芯的光洁度，并在绞压模具前加酒精点滴进行冷却，防止线材因绞压发热所引起的表面氧化现象。为了消除绞合导体的内应力，防止因单线扭转而造成的铜包覆层脱落或开裂现象，我们还借鉴裸架空导线的绞合模式，在绞压设备的并线模前采用了单线预成型装置，使铜包铝单线沿S形走向进入并线模具，最大限度的降低了因绞合而产生的内应力，使绞线更加紧密、均匀。
&&&&&&& 铜包铝线缆是指以铝芯线代替铜成为线缆主体，外面包一定比例的铜层的电线电缆。将铜与铝的功能优势相结合，在一定程度上减少了铜的用量。从电缆造价上看，在同等载流量的情况下，铝导体电缆的金属导体原材料成本较铜导体电缆低得多，大约为其四分之一左右。铜包铝线缆在价格上依然会有优势。铜包铝芯电力电缆将会有良好的市场前景。
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缓存时间： 14:07:31电线电缆为什么选择铜做导体？
　　电线电缆为什么选择铜做导体?高压电缆厂家介绍电线电缆中的导体一般来说都是选择铜，纯铜外观呈紫红色,称为紫铜。紫铜的密度为8.89g/cm,它具有良好的导电性能，适合用于电线导体，其次，铜的电导率仅次于银，铜质越纯，在电线中的导电性能越好。&　　铜的主要性能如下：&　　(1)导电性能好，导电率为银的91.3%。&　　(2)导热性能好，导热率为银的73%。&　　(3)可塑性能好，易于成形和加工。&　　(4)耐蚀性强，盐酸和稀硫酸对铜的作用甚微。在干燥空气中有较强的耐蚀性能，在含有CO的潮湿空气中易生有毒的铜绿(碱式碳酸铜)。&　　(5)可与其他有色金属材料制成各种不同特性的合金。&　　电线电缆中的导电用铜通常选用含铜纯度为99.9%的工业铜，在特殊的条件下，可选用无氧铜或无磁性高度纯铜来做电线的导体。&
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电缆头和铜端子有什么区别？
电缆头和铜端子有什么区别？北京01定额中户内热缩式电缆头本身就含了铜端子，但是又有主材费，我想问一下这个铜端子和电缆头不重复吗？那还用不用记取电缆头的主材费？
地区：山西
等级：9 级
头衔：副总
电缆头和铜端子有什么区别？
答：电缆头一般是针对电缆说的，铜端子一般是是针对电线说的（电缆头中铜端子是电缆与接线端连接的一个附件），计算了电缆头，就不需要另外计算铜端子了，因为电缆头定额中包含了铜端子。
北京01定额中户内热缩式电缆头这个铜端子和电缆头不重复吗？
答：不重复
那还用不用记取电缆头的主材费？
答：需要，但定额中铜端子不允许删除，热缩头那个其实热缩管+五指手套那些，像你这4芯300mm2的，一套大概在120元左右
提问者对最佳答案的评价：3星
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地区：北京
等级：6 级
头衔：项目副经理
一般电缆终端或中间接头安装16mm2以上套电缆头安装，在套定额时加主材电缆热缩头。16mm2（含16）以下套焊压铜鼻子，10mm2以下就直接连接。如果是电线10mm2(含10）终端连接套焊压铜鼻子。
地区：新疆
等级：15 级
头衔：亚太区总裁
电缆头和铜端子的区别，这里的电缆头指的是电缆头的制作安装，而其中的铜端子就是电缆头制作安装的主材，北京01定额中户内热缩式电缆头本身就含了铜端子，但是又有主材费，这个铜端子和电缆头不重复的，不过不用记取电缆头的主材费，但是里面所含的主材要计费的。
地区：广西
等级：4 级
头衔：工 　 头
电缆头和铜端子是两个概念，两者不能相等，电缆头是为了电缆敷设好后，使其成为一个连续的线路，各段必须连接为一个整体；铜端子是对导线来定义的，他是将接线端子用电焊接起来，是设备间的连接构件。所以电缆终端头制作安装定额中已包含压接线端子，不得重复计算。
地区：北京
等级：5 级
头衔：工 　 长
一个是电缆头，一个是线鼻子，不重复都是电缆连接必须的
地区：内蒙
等级：5 级
头衔：工 　 长
电缆头和铜端子有什么区别？（电缆头是针对电缆说的，铜端子是针对电线说的）
北京01定额中户内热缩式电缆头本身就含了铜端子，但是又有主材费，我想问一下这个铜端子和电缆头不重复吗？（不重复）那还用不用记取电缆头的主材费？（需要，但是这个费用里面要去掉铜端子的费用，就记取热缩管五指套的费用即可）
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