民用建筑电缆选型浅析

源自美国的金融危机给世界造成的市场衰退越来越明显，我国政府为了进一步扩大内需，促进经济平稳较快增长，出台了高达4万亿的基建投资，以带动国内经济继续保持高速发展。大型火车站、机场、体育场馆、展览馆等公共建筑迎来建设高峰期，目前民用建筑电气设计中大体量、超高层建筑等地产越来越多。如此多的建筑对于电气设计来说又是一个新的发展阶段，很多新产品、新技术逐步应用到这些项目中。

在重要的公共建筑中，为了防止火灾时电缆燃烧产生浓烟而影响人员逃生，产生有毒气体而危害人员生命安全，电缆配电线路采用了大量的低烟无卤电缆。

根据《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008第7.4.1条第2款第3项的规定：“对消防要求高的建筑，如一类防火建筑，重要的公共场所以及人员集中的地下层的非消防线路宜采用阻燃低烟无卤或阻燃无烟无卤电力电缆。”

一个大型的公共建筑中，电气投资约占工程总投资的10%，而电缆在电气投资中，几乎占了预算的一半以上。使用低烟无卤铜电缆会使本来已经居高不下的电缆成本大幅增加。从国家层面上看，中国是个贫铜国家，精铜矿进口依存度超过70%，高于铁矿石和石油的对外依存程度，铜价的大幅上涨造成社会成本的增加。

另外一方面，大体量公共建筑的用电量很大，用电等级高，电缆选型的时候经常会出现多根185mm ² 、240mm ² 的大电缆，对于高层建筑来说，在垂直竖井中敷设大截面电缆难度很大。在施工预算定额中，垂直敷设电缆所需要的费用是水平敷设电缆的2.6~4倍。因此怎样选用电缆，选择何种材质的电缆是一个大问题。寻找一种安全可靠、可替代的产品是业主、承包商和设计人员的共同愿望。

在美国、加拿大等发达国家，一种以铝合金为导体，交联聚乙烯绝缘、自锁型铝合金铠装低压电力电缆被大量使用，这种金属铠装电缆在北美市场安装运行了将近40 年，由于其连接可靠、重量轻、弯曲半径小、安装方便、散热好、节省桥架、节约资源、低烟无卤且与WDZR-YJY 相比价格优势明显而被广泛应用于机场、军事基地、办公楼、住宅、酒店、超市、院校、体育场馆、医院、工业厂房、数据处理中心、监狱等场所。

这种专门为建筑配电应用开发的新型电缆与设计师现在熟悉的ZR-YJV,YJLV，WDZR-YJY有哪些异同点，本文将就导体材料和电缆本身的电气性能、机械性能、连接性能和阻燃性能作详细地论述。

1 导体材料

现在市场上常见电缆导体有铜和铝两种材质。很多人的观点认为铝导体的电阻率比铜导体的电阻率大，则用铝作为电缆的导体在传输过程中能量损耗就应该会比铜材料大。其实，这种观点没有理论根据。因为传输过程中的能量损失取决于导体电阻而不是电阻率。根据国家标准GB/T3956-97《电缆的导体》，在20℃时，某一铜导体截面的直流电阻值与对应大一或两个规格的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

应大两个规格的铝导体电缆所替代，此时铝电缆的载流量是大于铜缆的。

早在60 年代，我国就开始实行“以铝代铜”的国策，铝芯电缆大量应用，从高压输电线到居民入户线，全部采用铝芯。GB50217《电力工程电缆设计规范》94 版的条文解释第3.1.4条中明确说明“显然宜继续采取以铝代铜的技术经济政策”。但是实际应用中，铝线的机械强度差，易于折断，长期使用的铝线会脆化，不利于维修。

早期的住宅入户铝线截面较小，不能满足用电增长，居民自己新买的铜线直接与铝线拧在一起，在潮湿的空气里会发生电化学腐蚀，造成接触电阻变大，久而久之发生短路、断路等现象，再加上原来的电线绝缘材料差，熔点低，火灾发生的概率大增。根据公安部消防局统计显示，电气线路引发的火灾一直比例较高，占火灾总数的15% 左右。（电气火灾主要有三个原因：一、电气设计图纸不满足防火安全要求。 二、施工不尊重图纸，施工人员不按照规章操作； 三、电气制造厂家使用了假冒伪劣材料。 ）

同样的经历也发生在北美，硬态纯铝线的接触点处理不到位引发了大量的火灾、断路等事故。经过长达两年的细致的研究和分析，发现问题主要出现在导体材料和连接点处。住宅用线的导体采用硬态的纯铝（AA1350），其在机械式连接中，在压力作用下，长期运行后会发生不可回复的形变，即所谓的“蠕变”。蠕变产生后，原来的压紧力不够，接触点的压力减小使得接触电阻迅速增大，电流流过后造成接头处过热，如果不定期维修，那么出现事故的风险大增。

经过对铝的研究和改性，发现合金铝与硬态纯铝相比具有更高的抗拉强度，屈服强度提高了将近300%（见图1），伸长率是原来的20 倍（见图2）。抗蠕变性更 好，有效地改善了机械性能和连接性能。

8000 系列铝合金与铜相比，在同截面同等长度的情况下，电导率是铜的61.8%，载流量约为铜的78%。根据电缆截面的规格分布，将铝合金电缆的截面增大1.5倍左右，载流量与电压降等电气参数与铜缆相当。因此建筑用电力电缆的导体规定改用AA8000系列铝合金。美国国家电气规范NEC330.14 规定：“8，10，12AWG 截面（相当于国内8.37mm ² ，5.26mm ² ，3.332mm ² ）的实心导体应由AA8000系列电工级铝合金材料制造。绞合型导体从8AWG（相当于国内8.37mm ² ）到1000kcmil（相当于国内506.7mm ² ）标识为TypeRHH，RHW，XHHW，THW，THHW，THWN，THHN，serviceentrance Type SE Style U and SE StyleR 应由AA-8000系列电工级铝合金导体材料制造。”

2 电缆本体

电缆的选型，除了考察其电气性能外，机械性能、连接性能及附加的功能是非常重要的。

2.1 机械性能

金属铠装铝合金电缆（见图3）和铜缆相比，更像是将金属导管和电缆集成在了一起。实际应用时省去了穿管的工序，在电气设计中明敷，可以省去桥架，这样给业主方降低造价，给总包方节省工时、缩短工期，给国家节约钢材，减少污染和能源浪费。

由于铝的密度约是铜的1/3，所以在同等载流量下，铝合金电缆比铜缆重量轻一半。对于高层建筑来说，垂直敷设电缆的难度和工作量大大降低，给施工人员减轻了劳动强度，能够缩短工期，节省人工成本，同时也减少了由于电缆过重造成的本体潜在损伤。（图4）

自锁型铠装使得电缆的弯曲更容易。铠装电缆的弯曲半径可以达到7倍的电缆外径（图5）。如此之小的弯曲半径使得建筑内部布线非常方便，转弯灵活，尤其对于一些旧建筑改造等工程，原有空间非常狭窄的情况下，能很容易的将电力输送到更多房间。而对于带PVC 护套的铠装外线电缆，可以轻易绕开障碍物，较小的弯曲半径使施工更容易，节省电缆长度。而铝合金铠装由于是非磁性材料，即使存在三相不平衡电流，也不会产生涡流，能够减少线路的损耗。

2.2 连接性能

在过去的经验积累和认知中，铜铝连接一直是最为关键的问题。铜和铝（或铝合金）如果直接接触，由于金属材质不同，存在电位差，在潮湿的空气中会发生电化学腐蚀。在电力系统中，这种腐蚀会增大接触电阻，使接头处发热，是系统安全运行的隐患。电化学腐蚀是以下因素共同作用的结果：

（1）不同的电极电位（＞0.5V）、金属间的不同电阻、金属的极化特性。

（2）电解液的电导率、阴阳极表面的接触面积 (电流密度)。另外，铜和铝（或铝合金）的膨胀系数不同，如果采用刚性连接会造成金属疲劳，长时间使用后会造成连接处松弛，也会增加接触电阻。这是人们普遍担心的问题。

铝合金铠装电缆对于终端的处理，主要依靠以下几个手段：第一，镀锡。铜排镀锡或铝端子镀锡都是可行的。用铜排镀锡和铝端子镀锡来解决铜铝过渡问题已经

广泛的应用于电力行业，被证明是安全可靠的。第二，采用特制的过渡垫片，这种垫片介于铜铝之间，有效的防止铜铝直接接触带来的腐蚀问题。第三，涂抹抗氧化剂。当用电设备的铜触头没有镀锡，而铝端子也没有镀锡时，可以采用涂抹抗氧化剂的方法。抗氧化剂介于铜铝之间，可以有效地防止电解质的进入，从而避免了电化学腐蚀。

采用以上第一，第三种方法接线时，需要加装碟形垫片来吸收铜/铝膨胀系数不同带来的松弛，用扭力扳手拧紧螺栓后，无需对整个连接系统进行任何维修和二次拧紧。

2.3 阻燃性能

现在高层建筑的火灾发生时，浓烟是火灾中致命的杀手，大量的浓烟吸入体内会造成死亡，吸入少量的浓烟则可能导致昏厥，影响逃生，所以国家相关消防部门、建筑管理部门明文规定使用低烟无卤阻燃电缆。

市场上的AC90 型铠装铝合金电缆的绝缘采用为XLPE（交联聚乙烯）材料，加上其独特的自锁型铠装结构，具有低烟无卤阻燃A级的优势，这种电缆在燃烧时的透光率极高，达到99%，只产生极微量的烟雾,从而减少了对人体、仪器及设备的损害，有利于发生火灾时的及时疏散和援救。由于铝的熔点是660℃，所以火灾发生时还需要连续供电的线路不宜采用铝合金电缆，消防线路中的阻燃回路宜选用AC90型铝合金电缆，因为铠装电缆的铝合金铠装散热性能远远优于PVC 材料的护套，可以很快带走热量，阻燃性能优异，在火焰撤走后能迅速熄灭，不会延燃其他材料。通过燃烧试验可以看出，其炭化高度只有0.15m，远小于国标要 求的A类阻燃电缆≤2.50m。 （图6）

2.4 节能环保性能

节能减排是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。这不是一个口号，而是每个人应该面对的课题。采用铝合金为导体材料，同样载流量下，电缆的重量只是铜缆的一半，运输、安装过程中的碳排放减少，AC90 型电缆敷设不用桥架、钢管，节约大量的钢材。

另一方面，铝合金的回收率非常高。再生铝是节能、环保型产业，再生铝的综合能耗只是电解铝的5％；而再生铜的综合能耗则是冶炼铜的18％。

中国是全球最大的铜、铝消费国，也是最大的铜进口国，铝生产国。根据国家统计局出版的《中国统计年鉴 2008》中的数据，截至到2007年底， 国内铜矿的基础储量有 2932.11万t。另据中国有色金属加工业协会数据，2005年中国产精铜258万t；消耗量达539.1万t。2006年，我国电解铝产量连续6 年居世界铝产量第一位；氧化铝产量达到1950万t，连续6年居世界第二位；铝加工的材料1176万t，连续5年居世界第二位。放着眼前丰富廉价的资源不用，远渡重洋重金购置铜材，实在令人扼腕。

3 结论

通过以上对比可以看出，金属铠装铝合金电缆弥补了纯铝电缆的不足，在电气性能达到铜缆的基础上，更轻便、更柔韧、更节能、机械性能、安全性及经济性远远超过铜缆。国外应用近40年的产品和经验，完全可以复制到我国。利用我国丰富的铝资源制造铝合金电缆，以满足工业与民用配电的需求，是符合科学发展的需要，是利国利民的好事。

工业与民用配电，尤其是重要公共建筑的配电干线宜优先采用金属铠装铝合金电力电缆，电力工程的外线配电线路应优先选用带有PVC 护套的金属铠装铝合金电力电缆。