鋁有良好的導(dǎo)電性能與低的密度，因此廣泛用作導(dǎo)電體，主要以線材、管材、匯流排條、箔材形式應(yīng)用于電力、電訊部門。鋁用作導(dǎo)體始于1896年，那年英國人柯利(W.L.E.Curley)在博爾頓架設(shè)了世界上第一條架空鋁導(dǎo)線，距原鋁的工業(yè)化提取僅8年，至今已約120年。

導(dǎo)電線的發(fā)展可分為五個(gè)階段(里程碑)：1882年德國架設(shè)了一條60km長、功率2kW的輸電線路，是用銅與銅合金制造的，開架空輸電線路的先河，可將此舉認(rèn)為是架空線路史上第一塊里程碑;第二塊里程碑是1898年美國工程師用全鋁線(AAC,all-aluminum conductor)取代銅線架設(shè)加利福尼亞州藍(lán)湖-斯托克頓之間的輸電線;1909年用鋼芯鋁絞線(ACSR)架設(shè)33kV的高壓線路可認(rèn)為是第三塊里程碑，4年之后用鋼芯鋁絞線成功地建造了一條150kV的輸電線路，鋼芯鋁絞線是美國鋁業(yè)公司(Alcoa)技師胡普斯發(fā)明的;第四塊里程碑是1930年問世的全鋁合金導(dǎo)電體(AAAC,all-aluminum alloy conductors)，這種電工鋁合金的商品名稱為Aldrey或Almelec;上世紀(jì)60年代從日本開始的高溫低撓度電工鋁合金研究，與常規(guī)輸配電鋁合金相比，HTLS合金線路可顯著提高輸電容量，這次研究可認(rèn)為是輸配電鋁線發(fā)展路線圖上的第五塊里程碑，現(xiàn)在已在高壓輸配電電路中獲得應(yīng)用的高溫鋁合金電線的商品名稱有：ACSS、ACCR、ACCC、TACSR、GZTACSR與ZTACSR等，它們是不同公司的產(chǎn)品，各有其特點(diǎn)，或在結(jié)構(gòu)方面有不同之處，或在鋼芯線或鋁線型式方面有特異之處。

電力鋁合金

在電力線中以鋁代銅有如下優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕、電導(dǎo)率高，單位質(zhì)量鋁的電導(dǎo)率是銅的208%，當(dāng)電導(dǎo)率相等時(shí)，鋁導(dǎo)體的質(zhì)量只有銅的50%，即便于架設(shè)，又有利于搬運(yùn)，可顯著加寬架線間距;導(dǎo)熱性好、蓄熱少，流過相同電流時(shí)，鋁線的截面積比銅線的大60%，所以散發(fā)電流熱的能力比銅的好得多;鋁在大氣中有很強(qiáng)的抗蝕性，對硫化物的抗蝕性比銅強(qiáng)得多;加工成形性好，資源豐富，供應(yīng)穩(wěn)定等。另外，鋼芯鋁絞線的強(qiáng)度大，表面電位梯度小、電暈特性好也是鋁的優(yōu)點(diǎn)。廢鋁導(dǎo)體的可回收性比銅的好得多，其回收再生能耗僅相當(dāng)于原鋁提取的5%，而廢銅導(dǎo)體的回收再生能耗幾乎與原生銅的相等。

當(dāng)然與銅相比，鋁也有一些不足之處，如鋁的力學(xué)性能比銅低，鋁的切口敏感性比銅大，因此在安裝鋁線時(shí)應(yīng)格外小心，另外，鋁的線膨脹系數(shù)比銅大35%，也是其缺點(diǎn)。

常規(guī)電力線鋁合金

經(jīng)過一百余年的發(fā)展，電力線鋁合金已形成3組，它們有著不同的用途：

工業(yè)純鋁

在電線電纜制造中用得最多的工業(yè)純鋁是1350與1370，過去往往將1350稱為電工純鋁(EC)。1350合金是一個(gè)美國合金，1975年在美國鋁業(yè)協(xié)會(huì)注冊，它的成分(質(zhì)量%)：Si0.10、Fe0.40、Cu0.05、Mn0.01、Cr0.01、Zn0.05、B0.05、Ga0.03、(V+Ti)0.02，其他雜質(zhì)單個(gè)0.03、總計(jì)0.10，Al99.50;1370合金是一個(gè)法國合金，1976年在美國鋁業(yè)協(xié)會(huì)注冊，它的成分(質(zhì)量%);Si0.10、Fe0.25、Cu0.02、Mn0.01、Mg0.02、Cr0.01、Zn0.04、B0.02、Ga0.03、(V+Ti)0.02。其他雜質(zhì)單個(gè)0.02、總計(jì)0.10，Al99.50。1370合金的純度比1350合金的更大一些，因此它的電導(dǎo)率也大一些，不過其價(jià)格也略高一點(diǎn)點(diǎn)。歐洲傾向于使用1370合金，而此美洲則多使用1350合金。

1350及1370合金的導(dǎo)電率：H19線材的34.4MS/m，O線材的35.4MS/m。H19線材的抗拉強(qiáng)度約180N/mm2，最高使用溫度80℃，而工作溫度高的HTLS線材則在O狀態(tài)下應(yīng)用，不過它們的抗拉強(qiáng)度則下降到60N/mm2~90N/mm2，電導(dǎo)率上升到35.9MS/m，工作溫度可達(dá)230℃。

6xxx系合金

上世紀(jì)30年代由于電力的高速發(fā)展出現(xiàn)了6xxx系的電工合金，典型合金為6101、6063及6061合金，其商品名稱為AL2、AL3、AL4、AL5等，都含有一定量的Mg及Si，電導(dǎo)率32.7MS/m~30.0MS/m，抗拉強(qiáng)度280N/mm2~320N/mm2，在人工時(shí)效T6狀態(tài)下應(yīng)用，工作溫度不得超過80℃。它們的化學(xué)成分(質(zhì)量%)。

耐熱鋁合金

耐熱電工鋁合金是用于制造可在>80℃下長期工作的電導(dǎo)體，用作架空線時(shí)具有低的撓度，即HTLS架空線。這些合金的抗拉強(qiáng)度為170N/mm2~240N/mm2，比退火的HTLS-ACSS合金、HTLS合金的高，而比AT1~AT4耐熱合金的低;另一個(gè)特點(diǎn)是，這類耐熱鋁合金的是其電導(dǎo)率比退火線的低3%~11%。

AL59合金

此類合金線材的抗拉強(qiáng)度比1xxx系合金的高，而電導(dǎo)率又比6xxx系的好，因而是制造兼有這兩類合金優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)線的鋁合金。

由以上分析可知，研發(fā)新的電力線鋁合金可從以下幾方面著手工作：第一，開發(fā)6xxx系合金，制造均一的高架線，雖有高的強(qiáng)度，但電導(dǎo)率較低，同時(shí)還必須研究AL59與AT2合金;第二個(gè)研究領(lǐng)域是開發(fā)高溫鋁合金，它的力學(xué)性能與6xxx系合金的相當(dāng)，但是工作溫度可高1~2倍;第三個(gè)領(lǐng)域，是開發(fā)退火線有高電導(dǎo)率的新合金，盡管它的抗拉強(qiáng)度有所下降。由此可見，研發(fā)目標(biāo)非常明確，就是研發(fā)一類電導(dǎo)率可與1370合金媲美或更高的導(dǎo)線合金，而其強(qiáng)度又與其相當(dāng)。

波蘭導(dǎo)線鋁合金的發(fā)展

波蘭斯卡維納市波里濟(jì)現(xiàn)代鋁產(chǎn)品公司自1954年電解鋁系列投產(chǎn)至今已逾60年，用普羅帕齊(Properzi)連鑄機(jī)連續(xù)鑄造線桿，由于經(jīng)濟(jì)與環(huán)保方面原因，電解鋁廠關(guān)閉，2條線桿連鑄線仍在生產(chǎn)，但用外購的重熔用錠，公司名稱已改為NPA。在這種形勢下，公司被迫研發(fā)新的電工鋁合金與生產(chǎn)電線的新工藝。

從1990年起，公司對現(xiàn)有的線桿連鑄機(jī)進(jìn)行了現(xiàn)代化技術(shù)改造，可以鑄造6xxx系合金線桿，2013年公司成功地鑄出了AT1及AT3耐熱合金線桿，6xxx系合金AL2及AL7線桿，還生產(chǎn)了汽車工業(yè)用的8xxx系合金線材。由于生產(chǎn)發(fā)展和不斷地推出新產(chǎn)品，公司得到擴(kuò)大，以汽車電纜為基礎(chǔ)成立了現(xiàn)代線纜部。為了進(jìn)一步擴(kuò)大與不斷地創(chuàng)新，NPA公司與波蘭克拉科夫AGH科技大學(xué)有色金屬系列進(jìn)行了緊密的合作，研發(fā)新產(chǎn)品，同時(shí)將生產(chǎn)方向集中于兩類產(chǎn)品：大量生產(chǎn)1xxx系合金線桿與先進(jìn)鋁合金線桿，后者用于拉制室內(nèi)(in-house)線路用的線材。

當(dāng)前，NPA公司的研發(fā)集中于：拉制AT2及AT4合金線的耐熱鋁合金線桿，改進(jìn)鋁合金線桿和AL59合金線材的生產(chǎn)工藝。確定生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)性能導(dǎo)線的工藝路線與工藝參數(shù)，以及性能指標(biāo)。AT2耐熱合金的工作溫度為150℃，而AT4合金的應(yīng)達(dá)到230℃，它們的力學(xué)性能及其他性能見歐洲標(biāo)準(zhǔn)。耐熱線纜鋁合金都含有一定量的鋯與稀土元素。

AL59也是一種重要的電力線合金，瑞典標(biāo)準(zhǔn)SS4240813對其性能有詳細(xì)規(guī)定，其均一線材的性能見。

NPA公司在AL1合金基礎(chǔ)上研制出電導(dǎo)率最大化的而力學(xué)性能又與其相當(dāng)?shù)腁L1-HC合金線材，AL1是一種1xxx系合金，HC是高電導(dǎo)率(high conductivity)的縮寫。

新鋁合金導(dǎo)線

以實(shí)際應(yīng)用為例對新研制的鋁合金導(dǎo)線的性能作研究，導(dǎo)線直徑為3.51mm，導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為鋼芯鋁絞線與全鋁合金導(dǎo)體(線)，即AAAC，它實(shí)際上是一種裸鋁合金線。這些輸電線在波蘭與歐洲220kV與400kV輸電網(wǎng)中獲得廣泛應(yīng)用。為了比較，鋼芯鋁絞線芯線采用標(biāo)準(zhǔn)的ST6A鋼絲，而鋁線用的是AL1、AL1-HC工業(yè)純鋁線編織帶與耐熱鋁合金AT4線編織帶;為了比較AAAC輸電線的性能，采用高力學(xué)性能的AL7、AL59鋁合金線與AT2耐熱鋁合金線。有關(guān)計(jì)算用的參數(shù)都引自歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50182與國際電工標(biāo)準(zhǔn) IEC 61597。

對比研究顯示，絞線中采用強(qiáng)度更高一些鋼絲可使鋼芯鋁絞線的屈服強(qiáng)度上升約8%，絞線中的標(biāo)準(zhǔn)鋁線以AL1-HC合金取代可使電阻下降1.6%。從長遠(yuǎn)來看，采用典型相導(dǎo)線，在電力系統(tǒng)中可節(jié)約大量的電。如使用AT4鋁合金線，電阻可增加約5%，但優(yōu)點(diǎn)是，工作溫度可提高到230℃，AT4合金線輸送的電流可比AL-1純鋁線的大50%，大大提高了電鋼安全運(yùn)行能力。

分析用的AAAC導(dǎo)線的斷裂強(qiáng)度低一些，最大下降11%，不過當(dāng)質(zhì)量小的導(dǎo)線比較時(shí)，不會(huì)對線路設(shè)計(jì)有大的影響，對全鋁導(dǎo)線來說，最有意義的參數(shù)是其電阻，在所研究的事例中約下降10%。采用AT2合金線，可提高相線負(fù)載約25%，不過此時(shí)線路的工作溫度可上升到150℃。

值得指出的是，ACSR與AAAC導(dǎo)線的主要區(qū)別是彈性模量與熱膨脹系靈敏，它們決定高壓輸電線架設(shè)的高度，ACSR線的這兩個(gè)參數(shù)值為67.1GN/mm2與19.5×10-6/℃，AAAC線的分別為58.3GN/mm2與23×10-6/℃。

(關(guān)鍵字：鋁電線 電網(wǎng)損耗)