铜电缆和铜包铝电缆对比分析
纵观世界“以铝节铜”的历史，根据各国的国情、科技的进步，各国有所不同，走走停停甚至出现反复，但总体是渐进式向前发展的，因此“以铝节铜”的前景大体上是明朗的。

目前，中国电缆工业年产值已突破9 000 亿元大关，成为机械行业中仅次于汽车制造业的第二大产业，同时也极大带动了铜、铝等重要原材料产业和上、下游相关产业的快速发展，在国民经济发展中具有十分重要的作用。

电线电缆产业发展的成就令人瞩目，但存在的问题，特别是质量问题不容回避。

可以说，当前我国线缆产业集中体现了“中国制造”产业“大而不强”的突出特点。

中国电缆工业“以铝节铜”的驱动力来自以下几个方面。

1)行业年用铜量很大，2011 年行业铜、铝用量分别已达484 万t( 约占全世界铜导体产量的1 /3)和220 万t，而且历来电工用铜都属高品位的99． 95 %和99． 99 % 铜。

但我国铜矿藏缺乏，且目前回收废杂铜亦不多，要依靠进口2) 世界性铜价飞涨压缩了线缆产品利润空间。

3) 经试用证明，确有取得良好技术经济效果的铝线缆产品。

2011 年中国金属导体“以铝节铜”进展的不完全统计见表1
注: 2011 年中国电缆工业铜、铝导体总用量分别为484 万t 和220 万t
由表可知，铜包铝电缆在电缆行业使用的还不是很多，“以铝节铜”还有很大的发展空间。

一、铜包铝的基本特性
铜包铝线是采用包覆焊接拉拔法, 将铜层均匀而同心地包覆在铝芯线上,并使两者界面上的铜和铝原子实现冶金结合的双金属复合线, 它具有导电性好, 密度小, 柔软, 耐腐蚀, 易焊接, 价格较低等特点。

铜包铝线的横截面上铜层面积所占的比例称为铜层体积比。

铜包铝线按铜层体积比可分为: a.铜层体积占8%~ 12% 的用10% 表示; b. 铜层体积占13% ~ 17%的用15% 表示。

铜包铝线按加工后的状态可分为: a. 保留了拉拔时加工硬化状态的硬态导体; b. 通过退火将加工硬化现象消除的软态导体。

不同铜层体积比和不同加工状态的铜包铝线的基本特性及其与纯铜线和纯铝线的比较列于表2。

由表2中可见, 铜包铝线的各项物理性能和力学性能介于铜线和铝线两者之间,如铜包铝线的抗拉强度与伸长率介于铜线与铝线之间。

在化学性能方面, 铜线的表面抗氧化性能较好; 铝线的表面易于氧化, 形成氧化铝, 增大了导线的接触电阻; 铜包铝线表面的铜层隔断了铝线表面与空气的接触, 因而抗氧化性能较好, 但导线的端面暴露出铜与铝两种金属, 由于两者的电极电位相差很大, 在潮湿的介质中易产生电化学腐蚀, 这是使用时应注意的。

表2铜包铝线的基本特性及其与铜线和铝线的比较
二、铜包铝的优点特性
1、密度低
对于铜层体积比为15% 的铜包铝线, 其密度为3. 63 gPcm3 , 约为纯铜线密度( 8. 89 gPcm3 ) 的39%, 这就意味着, 在相同质量和直径下, 铜包铝线的长度可达纯铜线的2. 4 倍~ 2. 7 倍, 因而使用铜包铝线可大大降低原材料成本。

由于铜包铝线的密度小, 其作为内导体在挤包绝缘时便于采用高物理发泡的绝缘介质, 更容易处于绝缘介质的中心位置, 保证内、外导体同轴, 从而提高信号的传输质量。

这种轻型导线材料便于加工, 成缆后便于网络施工, 减轻工作强度。

2、线膨胀系数与铝管外导体相近
电缆的外导体采用铝管时, 若使用纯铜线作内导体, 铜的线膨胀系数为1. 7 ×
10^-5/℃, 而铝的线膨胀系数为2. 4×10^-5/℃。

当环境温度发生变化时, 由于两者的线膨胀系数不同, 电缆接头易产生芯线伸缩现象。

当使用铜包铝线作内导体时, 由于其线膨胀系数为( 2. 19~ 2. 22) ×10^-5/℃, 与外导体铝管相近, 就可降低因温度变化产生电缆连接故障的概率, 提高了电缆使用的稳定性和可靠性。

3、弹性模量低
弹性模量表征金属抵抗弹性形变的能力。

铜包铝线的弹性模量比纯铜线的低得多, 因此, 在施工中弯曲时电缆不易回弹, 不会因回弹力而压迫绝缘介质, 引起阻抗的变化。

4、铜包铝导体的比热较大，延长了线缆的使用寿命
铜包铝导体的比热比纯铜大，且单位质量长度大于铜导体，增大了导体的散热面积。

因此，两者在相同电阻、电流和通电时间的条件下，用比热较大的铜包铝导体制成的线缆，其温升比铜导体线缆低，从而降低了绝缘的老化过程，提高了线缆的使用寿命。

5、降低节约成本。

按照SJ/T 11223-2000标准10A和10H型号铜包铝密度为3.63g/cm3，铜密度为8.89g/cm3，密度比为1:2.45，所以1000kg铜包铝线的长度相当于2500kg纯铜线的长度。

以铜层电阻0.15mm线径为例，作为比较为下：铜包铝线售价为39元/kg；纯铜裸线售价为47元/kg，使用1000kg铜包铝线和2500kg纯铜线相比，可节约76150元（47元/kg×2450kg﹣39元/kg ×1000kg=76150元）
6、铜包铝比纯铜软一点，用铜包铝导体生产的电缆在柔软性方面比纯铜的电缆好一点。

7、直流电阻率。

铜包铝线的电阻率比纯铜线大，约为纯铜线的1.5倍，在阴值相同时，铜包铝线重量约为纯铜线的1/2。

根据集肤效应计算，在5MHz以上高频时，与相同截面的铜导体相比，其电阻率相等。

在50Hz频率的电力电缆的使用中，其铜导体的集肤效应和邻近效应在150mm2以上就逐渐显得突出，同时由于科学技术的不断发展，产生高次谐波电流和能源会注入到供电系统中，在系统的阻抗上产生出相应频率的高次谐波电压，致使电压的波形发生畸变，增加供电系统的损耗，使导体发热增加;此外，电缆使谐波放大，在接头处产生过电压而损坏电缆头。

采用铜包铝导体会起到降低高次谐波产生的交流阻抗(电阻)的作用。

在其他使用场合，通过采取提高铜包铝单丝中铜的体积和相应的工艺措施，使铜包铝/铜复合导体在现有同规格导体的外径尺寸上限内，满足导体直流电阻要求。

8、接驳方式。

采用铜包铝导体可满足目前待续多年的电线电缆在产品选型、设计、使用、安装等方面的习惯，还对电缆的接线端子紧压、锡焊接有利。

9、降低交流电阻。

交流电阻是电流载流量的主要依据，根据集肤效应的原理，单根导
线的表面，其单位面积通过的电流比导线的圆心单位面积通过的电流要大，也就是说，大截面导体的圆心在相同导体相成的圆面积内，圆心比圆周通过的电流要小，所以把圆心导体与圆周导体用不同的金属组成是最合理、最经济的。

影响交流电阻指标除直流电阻、集肤效应外，还有邻近效应，与相同直流电阻的铜导体相比，采用铜复合导体后，单根导体内，铝在园心，铜在外缘;在绞合导体内，内层是铜包铝，外层是纯铜，而铝对集肤效应和邻近效应都没有铜敏感，同时铜复合导体会使导体总截面增加一部份，因此也增加了导体的表面积，改善了电缆的散热条件，增加了散热面积，而铝的导热系数与铜相近，在同等的材料成本条件下，交流电阻的指标要经济得多。

三、铜包铝电缆存在的问题
1、长期使用的温度问题。

在高温下, 铜- 铝接触在界面上会产生脆性的CuA l2金属间化合物, 由此会影响线的加工性能和成品线缆的伸长率和导电率。

因此, 铜包铝线的长期使用应低于250℃。

2、铜包铝线中铜资源的回收问题, 现在我国铜包铝线的用量还不多, 用的时间较短, 铜包铝线进行回收处理、分类、分级和熔炼是值得研究的, 也是很现实的, 如果大量的铝进入铜液, 将会影响废杂铜直接制杆的性能。

3、铜包铝线的铜层较薄(仅几至几十微米), 用铜包铝线代替铜线成缆时应防止铜层破裂。

4、铜包铝线的端头露出不同电极电位的铜和铝两种金属, 在一定外界条件下易产生电化学腐蚀, 因此, 用户务必重视终端处理。

5、铜包铝线铜、铝材料不同的热膨胀系数问题。

两种材料热膨胀系数不同,实际上涉及铜与铝结合的牢固度问题。

铜、铝结合如果不牢固,在拉线时(受变形力和温度的作用)就通不过。

铜包铝线不同于镀铜铝线,铜、铝间应具有牢固的冶金结合,在250℃以下长期使用时,不会因两种材料膨胀系数的不同而产生错动。

6、铜包铝线铜层的厚度均匀性问题。

铜包铝线是由厚度均匀的铜带包覆在电工铝杆上,通过两种金属同步变形和同心拉制生产的双金属导线,故此种线的同心度和铜层均匀性是很好的,它完全不同于镀铜铝线
7、铜包铝电缆尚比较难找到国家、行业的应用依据，难以得到设计单位的认可。

铜包铝电缆尚有相当多的产品还没有3C认证，行业尚停留在产品鉴定，制定企业标准的阶段，不同品牌之间的产品规格、特性、使用标准差异较大，工程设计者应用时难以把握，投资方暂时
不乐意接受。

8、銅包鋁的脆性比较大，在編织時容易断线，而斜包缠绕时容易松散。

四、铜包铝的负面评价
铜包铝线技术没过关，国家没出标准。

易氧化，易折断，特别是编织屏蔽，屏蔽层接地端裸露部分在端子箱下不出一星期就会出现氧化雕白粉状，很快就会发现。

在电力系统保护屏蔽中易出大事，不可采用。

如要采用必须和施工方交代清楚，施工时将端子箱下裸露部分密封起来，放电缆时不能太弯曲。

电线电缆市场上出现了线缆直径不合要求、截面积不达标的产品以及使用杂铜的伪劣产品。

伪劣产品的出现，扰乱了市场的正常秩序。

特别是铜包铝产品，如使用铜包铝代替铜线将给产品带来安全隐患。