銅與鋁合金導體連接可靠性研究及相關替代

銅、鋁導體的選擇對我國民用建筑來說，是一個與生命和財產(chǎn)安全息息相關的命題，因此它不容輕視。我國的民用建筑配電電纜每年產(chǎn)值近750億元。每年新增的民用建筑資產(chǎn)逾40000億元。這些建筑物關系到近7億人的生活、工作和用電安全。 　　 　　有關銅鋁導體的舊話題再次被熱議，是因為近年來出現(xiàn)的鋁合金電纜正嘗試著改變業(yè)內對銅鋁導體性能差異的認識。幾年前銅鋁差價的增大和國外鋁合金電纜進入中國，引發(fā)了以鋁代/節(jié)銅的持續(xù)升溫。通常，產(chǎn)品在市場擴張階段的利潤較高，所以一些本土廠商推出了類似的鋁合金電纜產(chǎn)品。 　　 　　正值國內“以鋁代銅”、“以鋁節(jié)銅”升溫之際，本文介紹了北美的一項連接可靠性試驗，分析了中國的實際情況，并提出應當理性、謹慎地對待我國民用建筑配電領域的導體選擇。提供更多信息以便設計院和甲方單位參考。 　　 　　1、試驗概要 　　 　　2005年，加拿大英屬哥倫比亞電力實驗室負責進行了一項試驗，在同等環(huán)境條件下比較AA8xxx系列鋁合金導體、純銅導體的連接性能。試驗將銅和銅、鋁和銅、鋁和鋁連接的接頭暴露在腐蝕環(huán)境，以大電流短時間試驗2000小時，使其加速老化。 　　 　　結果表明，鋁合金導體的連接可靠性與全銅連接的可靠性相差甚遠。銅的連接在試驗期間的電阻變化很小，沒有出現(xiàn)報廢的樣本，在本次試驗中表現(xiàn)最好。40%的鋁合金的連接在試驗中因電阻超過設定標準而報廢。 　　 　　該試驗的英文原文是2005年IEEE（電氣與電子工程師協(xié)會）發(fā)布的論文。 　　 　　2、試驗樣本 　　 　　試驗樣本包括美國線規(guī)19股AWG2/0（接近公制70mm2）銅纜，加拿大的AA8xxx系列18股AWG4/0（接近公制95mm2）鋁合金纜。二者的載流量比較接近。 　　 　　試驗采用的電纜、接頭及抗氧化劑均為標準的商業(yè)化產(chǎn)品。 　　 　　3、接頭的安裝 　　 　　采用壓接及機械式螺栓單孔連接，所有的鋁合金導體的壓接都鍍錫并填充抗氧化劑。接頭安裝在50厘米長的一段導體上，并采取下列安裝程序： 　　 　　?安裝接頭之前，所有的導體立即擦凈； 　　 　　?安裝機械接頭的鋁合金導體使用Thomas&BettsContaxCTB8抗氧化劑； 　　 　　?銅導體和銅接頭不用抗氧化劑； 　　 　　?壓接式接頭采用Thomas&Betts（Blackburn）TBM5型壓接工具； 　　 　　?機械式接頭的安裝采用的力矩； 　　?在每根導體的另一端以焊接方式安裝補償器，使導體的電流試驗和電阻試驗的電流分配更好。 　　 　　4、試驗內容 　　 　　試驗包括腐蝕循環(huán)試驗和大電流的猝發(fā)試驗，將腐蝕環(huán)境作用于接頭，呈現(xiàn)接觸電阻隨著試驗進程升高的情景。循環(huán)試驗按下列程序進行： 　　 　　?在500小時的時間段內進行鹽霧腐蝕循環(huán)試驗； 　　 　　?在每個500小時時間段內進行電流猝發(fā)試驗； 　　 　　?腐蝕試驗期間每隔約170小時，以及在每組電流猝發(fā)試驗的前后，讀取每個接頭的直流電阻； 　　 　　?在總計約2000小時的鹽霧試驗中進行總計4組的鹽霧和電流猝發(fā)試驗。 　　 　　4.1腐蝕循環(huán)試驗 　　 　　各組樣本放置在環(huán)境實驗室中的3個PVC架上。導體和接頭按水平排列。接頭部位懸于空氣中。各組樣本的位置定期調換，使其獲得幾近相同的外界條件。每4小時的腐蝕試驗周期包括下列步驟： 　　 　?。?）噴放含有用PH值為5.5的硝酸沖淡的風干3%氯化鈉溶液的鹽霧，持續(xù)1小時45分鐘； 　　 　?。?）在2小時內將其加熱達到最高700℃，使其變干； 　　 　　（3）以清潔水清洗15分鐘； 　　 　　在腐蝕循環(huán)試驗期間，上述步驟不斷重復。 　　 　　4.2電流猝發(fā)試驗 　　 　　采用電流猝發(fā)試驗的目的是研究接頭與導體連接的老化。為此，對AWG4/0鋁合金導體采用的電流等級是1750A，對AWG2/0銅導體的采用的是1800A。每次試驗的電流保持在以上等級，使導體的溫度在規(guī)定時間內達到2500℃根據(jù)處于控制導體中央位置的熱電偶試驗，從接近室溫時開始升高到2500℃通常需要施加約50秒的電流。 　　 　　樣本要通過下列電流猝發(fā)試驗： 　　 　　?每組10個接頭串聯(lián)起來同時進行電流猝發(fā)試驗； 　　 　　?控制導體和組裝的接頭串聯(lián)起來。熱電偶裝在每根控制導體的中央，監(jiān)測在電流猝發(fā)試驗期間導體的溫度。 　　 　　?連續(xù)5次短時間大電流猝發(fā)。每次猝發(fā)間隔中，允許樣本冷卻到400℃。 　　 　　在每組5次電流猝發(fā)試驗前后，每個樣本的電阻（從補償器到接頭）是在室溫條件下用微歐姆表試驗得出的。