铝合金电缆在风电场中的应用

    中国风电材料设备网：近年来我国的风力发电事业得到了飞速发展，风电总装机量和年度新增装机量均居世界前列，但由于风电场环境条件较恶劣，场内集电线路的电缆终端、电缆本体等易出现故障，因此不断采用技术先进和性能可靠的新材料、新工艺来提高集电线路运行质量对风电场的安全稳定运行是十分必要的。
    电力电缆是风电场集电线路的重要组成部分，通常情况下，风电场电缆导体的选择有铝芯和铜芯两种。铝芯电缆与铜芯电缆各有不足，铝芯电缆的缺点是柔韧性差，反复折弯易断裂；稳定性较差，易受腐蚀和氧化；电阻率高，比同截面铜芯能耗高，损耗大；延展性差，不便于安装等。铜芯电缆的缺点是价格高；重量较重；施工及运输成本高。
    基于上述现状，国内电缆厂家开始生产铝合金电缆，目前国内生产铝合金电缆的企业已有10余家。事实上，早在1968年，美国南方电缆公司就发明了铝合金电缆，美国和加拿大等国家至今已有了40多年的应用历史。因此为提高风电场集电线路运行质量并降低工程造价，有必要对铝合金电缆的产品使用进行分析。
    铝合金电缆的特点分析
    铝合金电缆的导体中主要成份有：铜、铁、硅、镁、锰、钛、铬、锌、稀土等，其中铜的作用增加了导体在高温时的电阻稳定性；铁的作用是增加导体的抗蠕变性；镁的作用是提高导体的抗拉强度；稀土的作用是提高导体的抗腐蚀性能。
    一、铝合金电缆的电气性能、：
  （一）导电率：铝合金的导电率介于铝和铜之间，比铜差，比铝略优。
  （二）电缆紧压特性：铝合金导体采用分层紧压绞合技术，导体的紧压系数可达到0.93，而铜导体的紧压系数一般只有0.80。通过最大极限的紧压，可以弥补铝合金导体在体积导电率上的不足，使绞合导体线芯如实体线芯一般，明显降低了线芯外径，提高了导电性能，因此载流量相同时，铝合金电缆代替铜芯电缆后的电缆外径增加不大。
    二、铝合金电缆的机械性能
    铜、铝、铝合金（以常用AA8030铝合金导体为例）的金属力学特性对比见表1。
    由表1可以看出，硬态纯铝的伸长率很低，反复折弯时易损伤或折断，软态纯铝的伸长率比硬态纯铝有了很大提高，但是其屈服强度只有铜的一半，抗蠕变性差，安装一段时间后，连接处容易松弛，造成接触电阻增大，形成安全运行隐患。通过表1的比较可以得出铝合金导体的机械特性具有以下优点：
   （一）高延伸。铝合金导体退火后的延伸率能达到30％，接近于铜而远高于铝。这也表明了铝合金导体比铝导体能承受更大的外力。
   （二）强柔韧、易弯曲。安装时铝合金导体比铝导体有更小的弯曲半径，更容易进行接线端子的连接。
   （三）抗蠕变性好。铝合金中的合金元素经过特殊的工艺处理，抗蠕变性与压紧性有了很大提高，当导体遇到冷流、过载过热等极端情况时，也能保证稳定的连接。