中强度铝合金导线概述_陈保安
中强度全铝合金导线在超高压输电线路上的应用
中强度全铝合金导线在超高压输电线路上的应用超高压输电线路的建设已成为我国电力行业的新发展方向。
在电力行业中，信号传输和能量传输是不可或缺的两个组成部分。
由于信号传输线路不需要太大的能量输出，铜导线可以满足要求。
但是能量传输线路却需要具备更高的传输效率，同时还要具备耐腐蚀、抗风化等多种特性。
因此，我们需要寻找一种更具有优势的新型导线。
中强度全铝合金导线（ACSR）应运而生。
中强度全铝合金导线是一种由铝和铝合金材料制成的电器导线。
相比铜质导线，ACSR 导线具有重量轻、导电性能优异、电阻率低、抗氧化、抗腐蚀、抗紫外线等优势。
而就其电导性能来说，与铜导线要劣一些，但其安装成本和运行费用就低了许多。
这使得ACSR 导线成为许多超高压输电线路建设的首选配备。
ACSR 导线能够承受较高的张力，并且不会损坏，这也使得ACSR 导线成为了大型输电线路的必备品之一。
超高压输电线路需要更高的导线张力，同时还需要承受恶劣的环境条件。
在这种情况下，ACSR 导线是一种理想的选择。
ACSR 导线的优势还包括其轻质化，重量远远低于铜导线，这有助于在输电塔上降低劳动强度，节省人力物力。
此外，在大型的输电线路工程中，ACSR导线更好地适应了风荷载和冰荷载的需求。
ACSR 导线可以广泛应用于航空、船舶和军事电子设备等领域，在 RTS （空中信道）中也有广泛的应用。
航空电缆接头（如液压油系统）中的ACSR 导线通常由鹅卵石、石英或可能含有某些稀有金属的死金属材料支撑。
这种材料合金有很高的热导率和耐高温性质，能够满足极端环境下的应用需求。
总之，中强度全铝合金导线在超高压输电线路上的应用将大幅度改善电力传输效率。
ACSR 导线可以承受更高的负载和强风，同时还可以承受更恶劣的自然环境和气候。
此外，ACSR 导线成本低廉，可在大规模电力传输项目中享受长期便宜的运行费用。
通过大规模的引入和使用，ACSR 导线将有可能满足超高压输电领域中的电力需求，并促进更快、更可靠、更安全的能源传输。
中强度全铝合金导线在超高压输电线路上的应用
中强度全铝合金导线是指由抗拉强度为230～265MPa的铝合金单丝绞制而成的铝合金绞线。
1973年瑞典研制出了导电率≥58.84%IACS，抗拉强度≥230MPa的Al-Fe-Cu-Mg-Be中强度铝合金导线（Fe≤0.40%，Cu:0.05%～0.35%，Mg:0.01%～0.20%，Be:0.001%～0.10%，牌号为AA1120）。
瑞典1977年将中强度全铝合金导线用于400kV 超高压架空输电线路，取得成功；到1995年，80%的架空输电线路采用了全铝合金绞线。
现在，中强度全铝合金绞线已在欧洲，澳大利亚，美国得到广泛应用。
中强度全铝合金绞线（AAAC）之所以在超高压输电线路上有取代以前普遍采用的钢芯铝绞线（ACSR）的趋势，是基于其明显的相对优势：(1)导线拉重比大，弧垂特性好，可增大输电杆塔档距，降低线路建设投资。
AAAC的总拉断力与其单位长度重量之比要比ACSR高20～39%。
(2)导线延伸率大，AAAC具有优良的抗过载能力及疲劳特性。
(3)导线高温特性好，AAAC在较高温度下运行，强度损失较少。
在80℃甚至更高温度下持续运行不产生或很少产生强度损失；而且高温运行时还会发生人工时效作用，提高电导率2%～5%。
(4)在荷载方面，AAAC 与相同直径的ACSR相比，在水平荷载相当时，垂直荷载减少10%。
(5)接续金具简单，施工方便。
AAAC由同种材料绞成，故仅需1个接续管。
其屈服强度约为铝线的1.5倍，压缩型接续不易产生导线鼓包或灯笼现象。
对耐强跳线可减少压接工作量，提高效率。
(6)导线表面耐损伤。
AAAC的硬度(布氏硬度为85HB)为铝线的2倍，但重量比ACSR轻，施工放线时可减少导线表面擦伤，提高施工质量。
高表面质量的导线可减少运行时电晕损失及无线电干扰水平。
(7)在线路运行过程中，AAAC 电能损失少。
20℃直流电阻要稍低于ACSR。
ACSR钢芯要产生磁滞损失和涡流损失，而AAAC无钢芯，交流电阻要比ACSR低，故电能损失减少，特别是大容量输电时降耗明显。
铝合金节能输电导线及多场景应用-中国有色金属工业协会
陈保安、韩钰、祝志祥、 陈新、张强、冯砚厅、 刘东雨、杨长龙、张朝 龙、韩春成、刘君、戚 雪、佟明、李青春、王
红梅、杨孝天、刘伟
有效
发明 专利
一种加铁的轻质高 导耐热铝导线及其
制备工艺
中国
ZL2016101777 08.3
2017.6.23
2530308
பைடு நூலகம்
中南大学
李红英、宾杰、高兆和 有效
一种用于制造输电
发明 线路架空导线的高 专利 韧性高导电率的耐
中国
ZL2014101781 18.3
2016.11.30
热铝合金材料
2299054
国家电网公司，国网 智能电网研究院，国 网河南省电力公司
韩钰、陈新、祝志祥、 陈保安
有效
发明 专利
一种高导电率耐热 铝合金单丝材料及
其制备方法
中国 ZL2015103423 04.0
北电力大学
张强、陈保安、祝志祥、 葛维春、韩钰、潘学东、 陈新、马光、于鑫、杨 长龙、李红英、夏玉珏、 刘东雨、徐佩洪、韩春
成、刘君
有效
发明 专利
一种高导电率热处 理型中强铝合金导
电单丝
中国 ZL2015104600 06.1
2018.1.19
2786655
全球能源互联网研究 院，国家电网公司， 国网辽宁省电力有限 公司丹东供电公司， 国网辽宁省电力有限 公司沈阳供电公司
中国 ZL2015104605 75.6
法
2017.8.4
2573497
中南大学，国网智能 电网研究院
李红英、韩钰、李德望、 祝志祥、陈保安、张强、
陈新
有效
发明 一种中强度铝合金 专利 线及其制备方法
铝合金导线漫谈
铝合金导线漫谈铝作为一种导电材料在电工行业得到广泛的应用，其突出的优点是具有优异的导电性能且重量轻、资源丰富。
但铝也存在机械性能较差的缺点，为此，人们在纯铝中加入其他元素来改善其性能，就产生了铝合金。
铝合金种类繁多，在电缆行业中使用较多的有两种，高强度铝合金导线和耐热铝合金导线。
本文重点介绍这两类产品的特点、性能和应用。
一、高强度铝合金导线高强度铝合金导线也称为铝镁硅合金导线，它是在电工铝中加入镁和硅两种元素（加入总量约1％）得到的铝合金产品。
架空导线中使用的铝合金导线按其机械性能和电性能不同分为两种型号，分别为LHA1型和LHA2型，前者比后者强度更高一些，同时电阻率也大一些。
铝镁硅合金的特点是抗拉强度高，其抗拉强度约为电工硬铝线的1.8～2倍。
电阻率则略高于电工铝。
表1是电工铝线与铝镁硅合金线主要性能的比较用铝镁硅合金制制成的铝合金绞线抗拉强度高、拉力单重比大、弧垂特性好，有较好的耐磨性能和耐腐蚀性能。
与钢芯铝绞线相比，在相同的重量下，铝镁硅合金绞线有更大的截面，电性能好，强度高，电阻小，因此载流量更大，而且单一的材料不会出现电化腐蚀，寿命更长。
典型规格的性能比较如表2：从表2可看出，相同重量下, 铝镁硅合金绞线强度更高，载流量更大，拉力单重比也更大，而直流电阻更小。
在重量限定情况下，采用铝合金绞线可以提高输电效益，降低输电线路建设费用。
在导线具有相同载流量的条件下，铝镁硅合金绞线重量轻、强度高、拉力单重比大。
典型规格的性能比较如表3：表3 同样载流量钢芯铝绞线与铝合金绞线性能比较表由表3可知,相同载流量下，铝镁硅合金绞线强度更高，重量更轻，拉力单重比更大，在不改变对地距离的情况下，可以加大档距，减少铁塔数量，降低线路工程的综合造价。
铝镁硅合金导线也可以加入镀锌钢芯或铝包钢芯增强，制成钢芯铝合金绞线或铝包钢芯铝合金绞线；还可以作为电工铝线的增强芯，制成铝合金芯铝绞线。
铝镁硅合金绞线具有如此优越的综合性能，使其能适应各种复杂气候，各种跨度的复杂地形地貌和架设工作条件的需求，特别适合于以下场合：1)高山峡谷、大江湖泊等大跨越段；2)线路需经过天气复杂恶劣的冰雪及重冰区。
中强度铝合金导线概述_陈保安
-
≥58.5
KAL
Al-Fe-Mg
225～245 4.7～6.1 ≥58.0
CK76
Al-Fe-Mg
-
-
59.1
Ductalex
Al-Cu-Mg-Be
≥230
-
≥58.84
JP 56084440 Al-Fe-Si-Mg-ER 248～257 2.3～2.8 58.1～58.8
JP 56084440
Al-Mg-In
在铝-镁系和铝-镁-稀土系合金基础上， 日本 古 河 电 气 公 司 在 1965 年 研 制 了 非 热 处 理 型 的 "MS-AL" 中强度铝合金导线，该种导线具有导电率 高、蠕变性能好和生产成本低等优点，因此被广泛应 用。 “MS-AL”中强度铝合金是铝-镁-铜-铁-锑-铌 多元合金， 合金元素的加入不仅提高了合金的强度
Abstract：The characteristics of medium strength aluminum alloy conductors was introduced. Development history, the status of research and application of the conductor in China and abroad was reviewed. Combined with the power grid development and construction of our country, it is pointed out that the development direction of the medium strength aluminum alloy conductor is to improve its electrical conductivity on the premise that the mechanical properties meet the requirements. It is important to improve the transmission level and reduce the loss for circuit.
QGDW1816_中强度铝合金绞线标准
下列符号、代号和缩略语适用于本文件。 J LHA3 -□ - □ 中强度铝合金线根数 中强度铝合金绞线截面积（单位：㎜ 2） 中强度铝合金线 同心绞合
示例: 由 61 根中强度铝合金线绞合而成的中强度铝合金绞线，其截面积为 673.73mm2，表示
1
Q/GDW ****-2012
6 试验
6.1 试验分类
6.1.1 型式试验
型式试验用于检验绞线的主要性能，其性能主要取决于绞线的设计。对于新设计的绞线或用新的生
产工艺生产的绞线，试验只做一次，并且仅当其结构、材料或生产工艺改变之后试验才重做。
型式试验只在符合所有有关抽样试验要求的绞线上进行。
6.1.2 抽样试验
抽样试验用于保证绞线质量及符合本标准的要求。
ICS29.240 备案号：
Q/GDW
国家电网公司企业标准
Q/GDW XXXX — 2012
中强度铝合金绞线
Medium Strength All Aluminium Alloy Conductor
2012-XX-XX 发布
国家电网公司 发 布
2012-XX-XX 实施
目次
前言.................................................................................................................................................................... Ⅰ 1 范围................................................................................................................................................................ 1 2 规范性引用文件 ............................................................................................................................................ 1 3 术语和定义.................................................................................................................................................... 1 4 符号、代号和缩略语 .................................................................................................................................... 1 5 技术要求........................................................................................................................................................ 2 6 试验................................................................................................................................................................ 3 7 包装、标识、运输和贮运 ............................................................................................................................ 6 附录 A（规范性附录）中强度铝合金线的性能参数 ...................................................................................... 7 附录 B（资料性附录）中强度铝合金绞线的性能参数................................................................................... 8 附录 C（规范性附录）线膨胀系数试验方法 .................................................................................................. 9 附录 D（规范性附录）绞线过滑轮试验方法 ................................................................................................ 10 编制说明............................................................................................................................................................ 11
架空线路用高导电率耐热铝合金导线的研制
架空线路用高导电率耐热铝合金导线的研制祝志祥;韩钰;陈新;陈保安;刘东雨;韩爱芝【摘要】针对目前国产耐热铝合金导线较常规钢芯铝绞线的导电率低、输电线损较高阻碍其大范围应用的技术问题,介绍研制新型耐热铝合金导线的思路.以价格相对低廉的常规工业纯铝锭(99.7％A1)为原料,利用微合金化作用进行铝合金成分及微观组织结构的控制,并通过Zr元素含量的优化调整,在实验室采用小试线方式制备出高导电率、低成本的耐热铝合金单丝样品.目前.该技术已通过线缆生产车间连铸连轧生产线的试验验证,为后续高导电率耐热铝合金导线的生产及示范应用奠定了良好基础.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2014(047)006【总页数】4页(P66-69)【关键词】耐热铝合金导线;增容;输电线路;导电率【作者】祝志祥;韩钰;陈新;陈保安;刘东雨;韩爱芝【作者单位】国网智能电网研究院电工新材料及微电子研究所,北京102211;国网智能电网研究院电工新材料及微电子研究所,北京102211;国网智能电网研究院电工新材料及微电子研究所,北京102211;国网智能电网研究院电工新材料及微电子研究所,北京102211;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京 102206;国网河南省电力公司,河南周口 466000【正文语种】中文【中图分类】TM244.20 引言耐热铝合金导线具有低弧垂、增容等特性，可在尽量不更换杆塔的前提下进行线路改造，运行温度可提升至120℃以上，载流量提高40%以上[1-5]，尤其适合新建大容量输电线路及居民密集区老旧线路的增容改造。
与国外相比，国产耐热铝合金导线采用的耐热铝合金材料，其20℃的导电率≤60%IACS（International Annealing Copper Standard，国际退火铜标准），输电线损较高，且制造时大多采用99.85%A l的高纯铝锭为原料进行生产，生产使用成本较高，一定程度上制约了其大规模发展及应用。
一种中强度高耐热高导电率的铝基导线及制备方法[发明专利]
![一种中强度高耐热高导电率的铝基导线及制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e379996902d276a201292e37.png)
专利名称：一种中强度高耐热高导电率的铝基导线及制备方法专利类型：发明专利
发明人：陈亮维,李平安,杨钢,吴云峰,全琪,刘状
申请号：CN201710917685.X
申请日：20170930
公开号：CN107868893A
公开日：
20180403
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种中强度高耐热高导电率的铝基导线及制备方法，属于材料技术领域。
本发明的中强度高耐热高导电率的铝基导线由以下金属元素和非金属元素制得：铝的质量计为1，镁
0.5~0.6%、硅0.25~0.3%、铒0.1~0.3%、铈0.2~0.6%、铪0.02~0.3%、硼0.1~0.3%；本发明在铝中加入铒、铪、硼、镁、硅等元素，能够去气除杂、细化合金，防止偏析和改善组织，提高合金的耐热性；能使组织均匀化、促进更多MgSi强化相的形成，提高铝合金强度；改善铝合金微观组织，细化晶粒，使粗大的第二相变的细小且分布更加均匀，避免局部点蚀的蚀坑长大，増强合金的耐腐蚀性能；使杂质元素由固溶体形式转变为析出态沉于熔体底部，减少导体内部的晶格畸变，降低电子传输过程中与畸变晶格原子的碰撞，提高合金的电导率。
申请人：昆明理工大学
地址：650093 云南省昆明市五华区学府路253号
国籍：CN
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245～255 2.2～2.8 58.0～58.9
5055
Al-Mg
≥225 1.3～2.2 ≥53.5
国内对于非热处理型铝合金导线的研究起步相 对较晚。杭州电缆股份有限公司、武汉航天电工技术 有限公司和青岛汉缆股份有限公司分别研制了导电 率 为 58.5%IACS、59%IACS、59%IACS 的 铝 合 金 导 线，其抗拉强度均达到了 240 MPa。 远东电缆有限公 司对高导电率非热处理型中强度铝合金进行了研 制 ，并于 2012 年 申 请 了 发 明 专 利[13]，该 中 强 度 铝 合 金在非热处理条件下其抗拉强度≥240 MPa，导电率 为 60%IACS～60.8%IACS。
摘 要：介绍了中强度铝合金导线的特点，概述了中强度铝合金导线的发展历史、国内外研究现状与应用。 结合我
国的电网发展与建设，指出了在保证力学性能满足使用要求的前提下提高导线的导电率是中强铝合金导线发展的主要
方向，这对于输电水平的提高和降低线路损耗具有重要意义。
关键词：中强度铝合金； 导线； 抗拉强度； 导电率
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≥58.5
KAL
Al-Fe-Mg
225～245 4.7～6.1 ≥58.0
CK76
Al-Fe-Mg
-
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59.1
Ductalex
Al-Cu-Mg-Be
≥230
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≥58.84
JP 56084440 Al-Fe-Si-Mg-ER 248～257 2.3～2.8 58.1～58.8
JP 56084440
Al-Mg-In
收 稿 日 期 :2014-04-29 基 金 项 目 : 国 家 电 网 公 司 科 技 项 目 (5455DW120006) 作 者 简 介:陈 保 安(1981- ),男,山 东 德 州 人,工 程 师,博 士,主 要 研 究 方
向 ： 电 工 新 材 料 及 应 用 技 术 研 究 ; 电 话 :15001236907; E-mail: chenbaoan@
WesternElectric 公司研制了 CK76 铝合金导线，其导
电率为 59.1%IACS； 瑞典 Electrokoppar 工厂制出了
导 电 率 ≥58.84% IACS， 抗 拉 强 度 ≥230 MPa 的
Ductalex 铝合金导线，牌号为 AA1120 的铝合金导线
就是在其基础上进行了成分调整。 非热处理型中强度
Key words：medium strength aluminum alloy; conductor; tensile strength; electrical conductivity
目前，我国高压、超高压和特高压架空输电线路 常用钢芯铝绞线， 该种导线的生产和应用技术基本 成熟，但其输电线损高、耐腐蚀性能差，载流量低。为 了解决输电线路的节能改造，降低输电线损，提高线 路寿命， 世界上很多国家都开发使用了中强度铝合 金导线，并已有了较多成熟的应用经验。采用高导电 率的中强度铝合金导线 (AAAC) 替代钢芯铝 绞线 (ACSR) 实现输电线路的节能降耗是发展的趋势之 一 。 中 强 度 铝 合 金 导 线 是 指 由 抗 拉 强 度 为 230～ 265MPa 的 铝 合 金 单 丝 绞 制 而 成 的 铝 合 金 绞 线 ，具 有非热处理型和半热处理半加工硬化型两种， 其生 产工艺分别与硬铝、高强度铝合金基本相同[1]。 在输 电线路上采用全铝合金导线较常规钢芯铝导线具有 众 多 优 点[1-2]：① 拉 重 比 大 ，弧 垂 性 好 ，投 资 低 ；②延 伸 率高，抗过载能力及疲劳特性好；③高温性能好，强
国内关于半热处理半加工硬化型中强度全铝合 金导线的开发和生产，从化学成分及性能指标来看， 基本属于 SI-26 合金。 上海电缆研究所、上海中天铝 线有限公司和江苏中天科技股份有限公司在高强度 Al-Mg-Si 和高强度 Al-Mg-Si-RE 铝合金导体材料的 基 础 上 通 过 调 整 Mg、Si 含 量 和 热 处 理 参 数 获 得 了 抗拉强度≥245 MPa、 导电率≥57%IACS 的中强度 铝 合 金 导 线 和 抗 拉 强 度≥230 MPa、 导 电 率≥59% IACS 的中强度铝合金导线[14-17]。 该类中强度铝合金 与 SI-26 中强度铝合金类似， 同属于半热处理半加 工硬化型 Al-Mg-Si 系中强度铝合金，该类铝合金的 化学成分和性能见表 2。 为了保证导线的性能，需要 对铝锭进行固溶处理， 对铝杆进行热均化处理和对 铝线进行时效处理，在 Al-Mg-Si 系铝合金的基础上 添加稀土后，可取消铝锭的固溶处理工序，但还需要 铝杆的热均化处理和铝线的时效处理工序。 热处理 是铝合金导线生产线的瓶颈环节，并且耗能、费时， 增加了铝合金导线的生产成本， 其成本基本与高强 度铝合金导线持平。 北京有色金属研究总院等单位
CHEN Baoan1, HAN Yu1, CHEN Xin1, ZHU Zhixiang1, YU Xin2, LIU Dongyu3
(1. Dept. of Electrical En gineering New Materials ＆ Microelectronics, State Grid Smart Grid Research Institute, Beijing 102211,China; 2. State Grid Liaoning Electric Power Co., Ltd, Dandong 118000,China; 3. School of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)
6
《热加工工艺》 2015 年 9 月 第 44 卷 第 18 期
(≥240 MPa)和导电率(≥58.5%IACS)，还改善了其耐
蚀性能、蠕变性能以及加工性能[3-4]。 随后，日本电线株
式会社开发了 KAL 铝合金导线，其抗拉强度为 225～
245 MPa， 导 电 率 ≥58.0% IACS ； 美 国 Alcan 和
表 1 非热处理型中强度铝合金导线的性能 Tab.1 Properties of non-heat-type medium strength
aluminum alloy conductor
牌号 / 专利号
合金系
抗拉强度 伸长率 导电率
/MPa
(%) (%IACS)
MS-AL Al-Mg-Sb-Cu-Fe-Nb ≥240
1 非热处理型中强度铝合金导线的发展
最早的非热处理型中强度铝合金导线是美国于 1956 年研制的铝-镁系 5005 铝合金导线。 但是由于 5005 铝合金在铸 造和加工等 方 面 存 在 技 术 缺 陷 且 导 电 率 比 较 低(最 低 导 电 率 为 53.5%IACS)，其 使 用 和推广受到制约。
度损失少；④与 ACSR 相比，水平荷载相当时，垂直 荷载减少 10%；⑤接续金具简单，施工方便。 ⑥硬度 高 、耐 损 伤 ；⑦ 电 能 损 失 少 ；⑧ 耐 腐 蚀 性 能 和 耐 振 性 能好。 在输电线路中使用中强度铝合金导线符合建 设“资源节约型，环境友好型”社会的发展要求，具备 很好的社会效益。因此，中强度铝合金导线的开发和 应用受到国内外的高度关注。
在铝-镁系和铝-镁-稀土系合金基础上， 日本 古 河 电 气 公 司 在 1965 年 研 制 了 非 热 处 理 型 的 "MS-AL" 中强度铝合金导线，该种导线具有导电率 高、蠕变性能好和生产成本低等优点，因此被广泛应 用。 “MS-AL”中强度铝合金是铝-镁-铜-铁-锑-铌 多元合金， 合金元素的加入不仅提高了合金的强度
2 半热处理半加工硬化型中强度铝合 金导线的发展
在热处理型中强度铝合金导线研究方面， 主要 是日本住友采用半热处理半加工硬化工艺开发的 Al-Mg-Si 系 SI-26 中 强 度 铝 合 金 。 与 同 样 是 Al-Mg-Si 系的热处理型高强度铝合金相比，在热处
理加工条件等方面存在不同特点， 因此称之为半热 处理半加工硬化型铝合金。 对 Al-Mg-Si-X 体系半热 处理半加工硬化型铝合金导电性能的控制， 主要是 通过对晶粒尺寸、析出相尺寸及数量的调节来完成。 合金成分、热处理工艺对晶粒尺寸、析出相尺寸及数 量有着重要的影响。 根据析出相演变与性能强化机 理， 有针对性的优化设计合金成分和控制热处理工 艺参数，获得合适的析出相和显微组织，从而获得综 合性能优良的半热处理半加工硬化型中强度铝合金 材料。 研究表明，SI-26 铝合金中 Mg 含量为 0.32% 时 ，Al-Mg-Si 系 铝 合 金 自 然 时 效 后 进 行 冷 加 工 ，再 进行人工时效时，可显著提高时效强化效果，同时导 电 性 能 也 获 得 改 善 [3-4]。
Abstract：The characteristics of medium strength aluminum alloy conductors was introduced. Development history, the status of research and application of the conductor in China and abroad was reviewed. Combined with the power grid development and construction of our country, it is pointed out that the development direction of the medium strength aluminum alloy conductor is to improve its electrical conductivity on the premise that the mechanical properties meet the requirements. It is important to improve the transmission level and reduce the loss for circuit.