电线电缆铜包铝线

绪论

双金属铜包铝线（Copper clad aluminum wire）简写为CCA，采用先进的包覆焊接制造技术，将高品质铜带同心的包覆在铝杆等芯线的外表面，并使铜层和芯线之间形成牢固的原子间的冶金结合。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、价格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。

信息产业的迅速发展为射频同轴电缆的大量应用与发展带来了重要机遇。铜的导电性能好，具有较强的耐腐蚀性能，在铜中加入少量的锡或银后，其耐磨和耐热性能可得到进一步提高。因此同或铜合金一直被视为同轴电缆内导体的首选材料。但铜的密度高，铜资源比较少，且纯铜导体的价格较高。随着复合技术的不断发展与进步，在保证导电性能的前提下采用复合技术，用廉价的金属部分代替铜以降低生产成本，已经成为国内外研究开发人员努力的目标。其中铜包铝复合材料是一种比较理想的替代品。

如今我国现有的绝缘电线电缆常用的内导体主要有铜（Cu）、铝（Al）两种单金属，而且采用铜做内导体的居多，铝芯线缆用户主要集中在东北、中部、西北部地区。我国铝资源非常丰富，铜资源相对匮乏，20世纪50年代到70年代中期我国广泛推广使用铝芯线缆，铝排铝漆包线等产品，当时铝导体的用量占导体总用量的比例达60%以上，80年代到90年代，由于铜铝价差的缩小，铜固有的导电性能大大优于铝的性能，再加上国际铜业组织一味鼓噪推崇铜导体，使铝芯电缆的推广使用受到阻碍，也使铜价一路飙升，给电缆制造行业带来前所未有的压力，造成流动资本增加，利润空间缩小，相当一部分企业纷纷改行、停产。在这铜价高起的市场背景下，寻找新的导体材料已刻不容缓。

根据国家推荐标准，在20℃时，某一铜导体截面的直流电阻值与对应大的两个规格的铜包铝导体直流电阻值相当，也就是说，从传输过程中的能量损失考虑，某一铜导体电力电缆完全可以由对应大的两个规格的铜包铝导体电缆所替代，它们的载流量是相当的。另外，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。在如此情况下，无论是电缆使用者还是设计单位，在保证载流量相同的情况下，选择铝芯电缆是完全可行的，这样不仅使电缆生产企业能够回避风险，有利于行业的健康发展，同时对抑制铜价的上涨也会起到一定的作用。

第1章铜包铝线概述

1.1铜包铝线的发展背景及历程

1.1.1铜包铝线的历史发展背景

铜包铝线（Copper clad aluminum wire）是在铝芯线上同心地包覆铜层的双金属复合线材，早在20世纪60年代，欧美一些国家就开始研究和应用铜包铝材料，日本等国家也一直开发相关资料，并进入实用阶段，使铜包铝成为继铜、铝后的第三种导体。由于铝表面极易氧化，产生氧化膜又极难除去造成接触电阻大和不能焊锡焊接，严重影响了铝代铜的普及率，而铜包铝的开发成功，开创了铝代铜的转机。

早在开发初期，铜包铝在国外仅使用在建筑电线的布线以及广播电视通讯的高频电缆和屏蔽线上。随后在1999 年10 月，我国戴教授与大连的吴运忠博士、丁纪洲高工等人合作，利用国外的旧设备生产出了中国造的铜包铝材料，不仅数量没有超过200 吨，而且产品合格率仅为70%。随后，广东一厂家试制出了第一台铜包铝生产设备，但是由于产量、质量、资金等原因，最终未形成生产能力。经过多次试验，2001年10月，中国第一台铜包铝生产线在大连诞生；接着，西安也出现了类似的生产线。由于铜包铝导体材料生产的产业化，目前国内已可以满足逐步实现大批量的产能，其应用范围越来越大，已逐步大量应用在电动机，变压器的漆包线、母线、电线电缆上，而且深受广大用户和制造商的欢迎。

1.1.2国内铜包铝线近几年的发展状况

我国线缆行业本来就是微利行业，面对国际铜价的上涨，自主创新寻找原料替代品降低成本似乎就成为了企业自救的唯一可行的办法。于是铜包铝的研究与应用再次成为近期线缆企业纷纷讨论与研究的热点。

2005年以前，国内真正开始生产铜包铝材料的生产线企业只有两家，而形成定型的，批量规模的只有大连一家。全国能够投入正常生产的生产线不到50条，年生产能力不到2万吨。在21世纪的今天，国内铜包铝材料生产设备和工艺已趋于成熟，而且早在2000年信息产业部也制定了产业标准。较早开始试制铜包铝导线生产线的大连、西安等几家企业终于有了商机。至今，国内形成生产能力的铜包铝设备制造厂有五六家，已形成生产导线能力的生产线近200条。铜包铝主要的生产厂家分布在辽宁的大连、江苏的常州和苏州、上海、浙江、广东一带。

我国一些电线电缆企业经过不断进行尝试，不但在借鉴国内外现有成果的基础上进行了大量的研究和试验，取得了大量的数据，同时还对导体的界面，导体在各种有害、腐蚀溶液中，在用焊锡焊接的接头上，在耐高温中，在拉拨、退火工艺上进行了大量的研究，还对其在工频下的交流电阻、载流量、集肤效应、邻近效应等进行了大量的运算，同时还对铜包铝的回收利用作了大量的试验和研究。得出的结论是，在与国外研究结果的结论一致的同时，进一步确认在与铜导体直流电阻相同的条件下：1.其导体间和与接线端子的热循环指标要比铜好；2.其交流电阻、电流载流量要比铜好，从而线损也要比铜低；3.其与锡可焊性与铜相同；

4.其接触电阻与铜相同；

5.其电阻率可通过导体截面和铜含量以及复合导体来调节。

1.1.3国外铜包铝线的发展状况

在西方发达国家，铜包铝的开发应用已有30多年，但是应用量似乎并没有增大。英国西蒙公司认为，铜包铝在电线电缆行业中应用量很少。在欧美国家，铜包铝主要应用在通信领域，特别是高频领域中做导电芯与屏蔽用。在大容量特种导体例如铜包铝扁线、铜包铝母线、纸包扁线（母线）也会得到应用。美国GC公司对铜包铝导线的连接部位的可靠性得出的结论是：能和铜线用同一方法连接。美国UL还对10AWG 和12AWG 的铝导线由于连接不良引起的事故进行了研究，而铜包铝不存在这个问题。美国UL还制定了铜包铝的导体标准（UL1561-2001）。英国BICC公司经过对电缆以及连接的通电负荷长达七年的研究，经过1000 万小时的反复试验，结果显示: 铜包铝在经济、技术上可与铜线竞争，且价格稳定。在美国的ASTM标准中对铜包铝导线的构造和特性作了详细的规定；美国的TI公司还把铜比例为10% 的铜包铝作为导线标准。日本的电线株式会社把铜包铝是否可作为电线电缆的导体材料进行了大量的调查和研究。研究试验的内容包括:1.对铜包铝的导体结构（铜的比例10～15% 和线经与厚度关系）；2.物理机械性能；3.表面特性，尤其是铝的接触电阻特别大，而铜包铝则与铜一样优良。同时还对其弯曲刚性、反复弯曲、反复卷绕等进行试验。电线株式会社还对连接器和配线器具的连接进行了大量的研究：1.对接触电阻的试验;2.通电热循环试验。与铜用接头的连接研究:1.选用尺寸范围的使用；2.二次压接的效果；3.对各种接头及接线器的适合性。日本的电线株式会社历经了数年的适用性研究证明铜包铝具有：1.连接易；2.连接可靠；3.重量轻；4.绕性好；5.经济，具有与铜线同样安全可靠的特点。