雖然美國(guó)從1972年代開(kāi)始使用AA-8000系列鋁合金導(dǎo)體建筑電纜,但公眾一直對(duì)1960's年代鋁芯建筑電纜事故念念不忘,總是對(duì)新型鋁合金建筑電纜不放心。實(shí)際情況是,AA-8000系列鋁合金是專(zhuān)門(mén)為建筑電纜而設(shè)計(jì)制造的一種新型導(dǎo)體材料,與以往用的鋁有本質(zhì)不同。AA -8000系列鋁合金的含鐵量提高到0.5-0.9%wt%。1960's年代末至1970's年代初,AA-1350(亦稱(chēng)EC-1350)大量用于架空輸電線(xiàn)路,但用于建筑電纜時(shí),其機(jī)械特性等并不合適。世界最權(quán)威的數(shù)據(jù)庫(kù) "有色網(wǎng)金屬數(shù)據(jù)庫(kù)"(Key to Metals),對(duì)建筑電纜導(dǎo)體用的鐵-鋁(A l-Fe)合金做了詳細(xì)介紹 [3]。
AA-1350硬鋁導(dǎo)體建筑電纜頻繁發(fā)生端子連接處松弛和局部過(guò)熱而導(dǎo)致安全事故。AA-1350硬鋁導(dǎo)體,即使按照規(guī)定的力矩用螺絲接在端子上以后,仍然會(huì)逐漸松弛。只要稍微發(fā)生過(guò)負(fù)荷,連接處就會(huì)發(fā)熱。而鋁導(dǎo)體的膨脹比銅金具嚴(yán)重得多,進(jìn)而發(fā)生蠕變,使應(yīng)力增大,在連續(xù)大電流狀態(tài)下會(huì)發(fā)生過(guò)熱,使鋁導(dǎo)體發(fā)生塑性變形和連接點(diǎn)松弛,降低了連接點(diǎn)的安全性。雖然AA-1350鋁線(xiàn)退火后改善了彎曲性,但在200° C時(shí)仍然會(huì)發(fā)生微觀(guān)結(jié)構(gòu)軟化,長(zhǎng)此以往則被徹底損壞。AA-8000系列鋁合金提高了含鐵量,徹底解決了這些問(wèn)題,既能克服局部過(guò)熱、又不影響導(dǎo)電性能,因此大量代替EC-1350純鋁。
AA-8000系列鋁合金提高了含鐵量,明顯改善了微觀(guān)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗蠕變性,不會(huì)引起連接點(diǎn)損壞。實(shí)驗(yàn)證明,在180℃下、500小時(shí)后,AA-8000系列退火鋁合金的強(qiáng)度由125 MPa降低到116 MPa,2000小時(shí)后降低到100 MPa,而AA-1350鋁的強(qiáng)度則分別降低到104 MPa和82 MPa。把這兩種鋁都退火到相同的延展性或可彎曲性時(shí),高鐵鋁合金的強(qiáng)度仍然為普通純鋁的2倍左右。自從1968年AA-8000系列鋁合金投入使用以來(lái),在美國(guó)、歐洲和南非進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)都證明了這一點(diǎn)。
美國(guó)科學(xué)家卡爾松曾對(duì)軟硬銅鋁導(dǎo)體的屈服應(yīng)力做過(guò)計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)[4],結(jié)果顯示:
1) 截面積相等時(shí),硬銅線(xiàn)是硬鋁線(xiàn)的200%,軟銅線(xiàn)的是軟鋁線(xiàn)的300%
2)重量相等時(shí),硬銅線(xiàn)是硬鋁線(xiàn)的61%,軟銅線(xiàn)是軟鋁線(xiàn)的80%
3)電阻相等時(shí),硬銅線(xiàn)是硬鋁線(xiàn)的105%,軟銅線(xiàn)是軟鋁線(xiàn)的200%
電工鋁和電解銅的屈服應(yīng)力比較
麻省理工學(xué)院教授彼特o格里諾由此得出最重要結(jié)論是:當(dāng)銅鋁兩種導(dǎo)體的屈服應(yīng)力相等時(shí),其重量大體上相等,但鋁導(dǎo)體的電阻較小、成本較低[5]。
多年期間進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)證明,AA-8000 系列鋁合金克服了純鋁導(dǎo)體的缺點(diǎn),提高了電纜的導(dǎo)電性能、彎曲性能、脆性、抗蠕變性能和耐腐蝕性能等,能夠保證電纜在長(zhǎng)期過(guò)載和過(guò)熱狀態(tài)下保持性能穩(wěn)定。
銅和鋁的特性比較: