雖然美國從1972年代開始使用AA-8000系列鋁合金導(dǎo)體建筑電纜,但公眾一直對1960's年代鋁芯建筑電纜事故念念不忘,總是對新型鋁合金建筑電纜不放心。實際情況是,AA-8000系列鋁合金是專門為建筑電纜而設(shè)計制造的一種新型導(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EC-1350)大量用于架空輸電線路,但用于建筑電纜時,其機械特性等并不合適。世界最權(quán)威的數(shù)據(jù)庫 "有色網(wǎng)金屬數(shù)據(jù)庫"(Key to Metals),對建筑電纜導(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,仍然會逐漸松弛。只要稍微發(fā)生過負(fù)荷,連接處就會發(fā)熱。而鋁導(dǎo)體的膨脹比銅金具嚴(yán)重得多,進而發(fā)生蠕變,使應(yīng)力增大,在連續(xù)大電流狀態(tài)下會發(fā)生過熱,使鋁導(dǎo)體發(fā)生塑性變形和連接點松弛,降低了連接點的安全性。雖然AA-1350鋁線退火后改善了彎曲性,但在200° C時仍然會發(fā)生微觀結(jié)構(gòu)軟化,長此以往則被徹底損壞。AA-8000系列鋁合金提高了含鐵量,徹底解決了這些問題,既能克服局部過熱、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,明顯改善了微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗蠕變性,不會引起連接點損壞。實驗證明,在180℃下、500小時后,AA-8000系列退火鋁合金的強度由125 MPa降低到116 MPa,2000小時后降低到100 MPa,而AA-1350鋁的強度則分別降低到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,高鐵鋁合金的強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,在美國、歐洲和南非進行的現(xiàn)場實驗都證明了這一點。
美國科學(xué)家卡爾松曾對軟硬銅鋁導(dǎo)體的屈服應(yīng)力做過計算機模擬試驗[4],結(jié)果顯示:
1) 截面積相等時,硬銅線是硬鋁線的200%,軟銅線的是軟鋁線的300%
2)重量相等時,硬銅線是硬鋁線的61%,軟銅線是軟鋁線的80%
3)電阻相等時,硬銅線是硬鋁線的105%,軟銅線是軟鋁線的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,其重量大體上相等,但鋁導(dǎo)體的電阻較小、成本較低[5]。
多年期間進行的一系列實驗證明,AA-8000 系列鋁合金克服了純鋁導(dǎo)體的缺點,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,能夠保證電纜在長期過載和過熱狀態(tài)下保持性能穩(wěn)定。
銅和鋁的特性比較: