导电介质革命 ——稀土铝合金平替铜电缆的技术优势

我国稀土的应用始于20世纪60年代。试验证明,在一些有色金属中添加少量的稀土金属会产生极佳的效果,目前效果明显的有色金属有:铝、铜、镁、锡、钛、钼、镍、钴、铌及铂族金属等,能起到净化、变质、细化晶粒的作用。在铝中加入适量稀土可使其强度、硬度、伸长率、断裂韧度和耐磨性等综合性能得到提高,研发和利用先进的“稀土铝合金”技术,解决铝作为电缆导体存在的缺陷与不足,使自主创新的一种新型导体材料取代资源匮乏的铜导体材料将成为一种必然趋势。

“稀土铝合金”的研发应用

拥有合金的熔炼及杆材的连铸连轧生产线是生产的必备条件,掌握“稀土铝合金”配方核心技术是确保电缆导体具有优良电气性能、机械性能的关键因素。“欣意”电缆早在20世纪90年代末就开始着手研究开发在铝基中加入稀土,制造大截面、高强度、耐腐蚀、用于大跨度的输电线路。大截面的ACSR-720/50钢芯铝绞线成功应用于三峡输电项目中,经国家电网检测及后期应用跟踪反馈,取得了良好的效果。一方面,铜芯电缆的产能严重过剩,铜缆市场的竞争无序;另一方面,高端电缆产品市场又存在着较大的空缺。面对这种局面,“欣意”电缆在消化、吸收国外先进标准的基础上,进行技术创新,建立健全试验室,配置了先进的试验装置,先后与青岛大学、河北科技大学及电缆行业内的专家建立了长期战略合作关系,并聘请了电缆绝缘材料专家雷清泉院士作为项目总顾问,在稀土铝合金新型材料、稀土铝合金电缆新品种等多个领域展开研发。由此,迈入了稀土铝合金电缆由“中国制造”到“中国创造”的进程,打破了欧美国家在铝合金电缆生产技术和市场上40多年的垄断局面,并出口至美国、澳大利亚等多个国家。

新型稀土铝合金导体材料以铝为基,在铝中添加了铜、铁、铍和稀土等多种合金微量元素,经科学合理精确配方熔炼而成。通过金相分析可以发现,稀土铝合金的拉伸断口上覆盖着大量的显微微坑(韧窝),整体数量众多且分布均匀,较精炼铜多,证明导体具有非常好的韧性。稀土铝合金材料通过其他微量合金元素的添加,除去了铝中的杂质,生成了铝基之外的“第二相”,细化了铝的晶粒,减少了偏析,消除了显微不均,在保证优异的导电性能的情况下,大大提高了导体的力学性能,及其表面的抗均匀腐蚀和耐酸腐蚀性能,使“稀土铝合金代铜”成为一种现实,非常适合用作电缆导体材料。

稀土铝合金电缆以新型的“稀土铝合金”材料为导体,采用阻燃交联聚乙烯为绝缘,加上独特的铠装结构,通过先进的工艺处理,弥补了纯铝电缆的不足,提高了电缆的导电性能、弯曲性能、抗蠕变性能和耐腐蚀性能,保证了电缆在长时间过载和过热时的连接热稳定可靠性,具有众多优势。“稀土铝合金”牌号/成分“8E76,8R76”被纳入了国家标准GB/T 29920—2015《电工用稀土高铁铝合金杆》,GB/T 31840《额定电压1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)铝合金芯挤包绝缘电力电缆》及GB/T 3190—2020《变形铝及铝合金化学成分》中,稀土铝合金牌号/成分填补了国内铝合金电缆应用的空白。

稀土铝合金电缆的市场应用

稀土铝合金电缆自2009年进入国内市场,已通过国家权威机构的检测及认证,并成功应用于市政、工矿、学校、电力等涉及多个行业的上万个项目建设中,其成功应用案例已被中央电视台、人民日报、光明日报等多家媒体关注报道。一些省市电力公司及政府部门也相继下发了推广稀土铝合金电缆应用的相关文件,并在一些配网中进行了实践。

近年来,随着新兴行业的兴起及光伏电站的大量建设,电缆在新兴行业及新能源建设中的应用量前所未有。由于其应用环境比较复杂,行业对应用电缆也提出了更高的要求,必须满足优良的机械性能(韧性好、不易折断),较高的导电性能(载流高、发热低、线路损耗小),施工方便(重量轻、易弯曲),以及终端运行安全可靠性高(抗蠕变性强、电缆与终端连接性好)。随着市场的深度融合,铝合金电缆的使用也越来越规范,稀土铝合金电缆的应用也将越来越凸显其地位,成为国内新兴行业及新能源项目中的首选。

应用稀土铝合金电缆产生的巨大意义

我国电缆行业用铜量巨大,且历来电工用铜都是高品位的99.5%和99.9%的铜,国内铜精矿的供应严重不足,相当大比例依赖进口。而近年来,我国电解铝的产能急剧增加,已达到严重过剩的程度。“稀土铝合金”的开发应用是电缆行业的一场材料革命,将有效缓解供需矛盾,寻求保障铜原材料的可持续供应,促进电缆产业结构优化和全面升级,加速中国电缆企业参与国际化分工进程,促进民族品牌做大做强。加大稀土铝合金电缆的推广应用力度需凝聚社会各方力量,虽任重道远,但必将形成“燎原之势”。