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科技成果——铜包铝芯电线电缆节能技术

适用范围

通用机械行业35kV及以下等级电线电缆

行业现状

电缆是电力系统的重要导电器材，起着传送电能的作用，主要用于发电机、变压器、电动机等的电能传输。目前变电所高低压配电、电动机装置等电气设备和相应配电装置的连接大都采用纯铜电缆。由于“集肤效应”，导致纯铜电缆在传输电能过程中电流主要集中在电缆外表面，这会导致电缆产生较多的热量，限制电缆的载电量，同时导致电缆内部铜材利率效率降低，铜材浪费严重。

铜包铝芯电线电缆作为一种复合型导体材料，不仅可以节省大量铜材，而且相比纯铜电缆载流量更大、线损更小、温升更低。根据实际运行案例，铜包铝芯电线电缆相比纯铜电缆可降低电损5%-10%。同时，铜包铝芯电线电缆更柔韧、更易于成型，且重量轻，运输及施工方便。

成果简介

1、技术原理

利用“集肤效应”原理，综合生产制造工艺、复合材料新型热处理技术、铜铝包覆拉拔原子冶金技术、新型材料绞合技术等生产要素和创新技术，将铜层均匀包覆在铝芯上，使铜、铝界面上的原子实现冶金结合，并拉伸绞合，形成具有强度高、轻质、柔性及环保等特性的新型导电材料。

与传统的铜芯电缆对比，可有效降低导线温度，节省铜材，并降低线损。由于电线电缆温升降低，使绝缘材料不产生碳化，保证铜包铝芯电线电缆的绝缘寿命可满足30年免维护的要求。

2、关键技术

（1）铜铝配比算法技术。该技术保证铜包铝芯电线满足载电量要求的同时大幅降低铜材使用量、降低导线成本、提高导线性能和降低导线温升。

（2）铜铝包覆焊接技术。该技术是铜包铝芯电线电缆制造的基础和前提，焊缝的均匀性是后续拉拔工艺的保障。

（3）铜铝拉拔退火冶金融合技术。该技术可实现铜铝界面原则实现均匀的冶金结合，保障复合材料的导电性能和导电稳定性。

3、工艺流程

铜包铝芯电线电缆相关结构及工艺流程图见图1、2。

图1铜包铝芯节能电线电缆生产工艺流程图

图2铜包铝芯碳纤维自锁钢带节能电线电缆结构示意图

主要技术指标

导体温升较铜芯电缆降低10%-20%；

电压等级规格：产品电压等级规格为1kV-35kV；

各规格载流量（额定电流的导体温升≤30K）：300A-1000A；

绝缘水平：完全符合GB12706.1-2002国家标准；

节能指标（相比传统纯铜电缆）

（1）节铜率：60%；

（2）节能率：5%-10%。

技术水平

该技术已获得国家发明专利22项，实用新型专利30项，并于2015年通过中国电力企业联合会组织的科技成果鉴定，2013年获得辽宁省科技成果三等奖。

目前该产品已广泛应用于电力、冶金、石化、城市建筑等多个领域，节能效果良好。

典型案例

典型案例1

案例名称：中国建材集团北方水泥有限公司

建设规模：中国建材集团北方水泥有限公司旗下159家水泥生产企业节能技术改造。

项目建设条件：原有电线电缆老化，电线电缆载流损耗大。

主要技改内容：使用铜包铝芯节能电线电缆替换铜芯电缆。

主要设备为铜包铝芯电线电缆、电线电缆安装工具等。

技改投资额5亿元，建设期5年。项目年节电约9375万kWh，折合标煤3万tce，年节能经济效益为7500万元，项目投资回收期7年。

典型案例2

案例名称：大连市主城区配电自动化项目

建设规模：铜包铝芯节能电线电缆37km。

项目建设条件：原有电线电缆老化，电线电缆载流损耗大。

主要技改内容：使用铜包铝芯节能电线电缆敷设。

主要设备为铜包铝芯电线电缆。

技改投资额8600万元，建设期24个月。项目年节电3010万kWh，折合9635tce，年节能经济效益为1656万元，项目投资回收期5年。

市场前景

目前在欧美、日本等发达国家，铜包铝芯电线电缆已经进入普遍应用阶段，广泛应用于电力、电子、通讯等高频信号传输领域。我国在这一领域的技术发展迅速，铜包铝复合材料已经逐步被人们所接受，具有广阔的应用前景。预计到2020年，该技术的推广比例将达到5%，累计项目投资200亿元，可形成的年节能能力约150万tce，年碳减排潜力约350万tCO2。