摘要：钢芯铝导线和铝合金导线是当今电力系统中应用最为广泛的两种线材。本文通过对两种材质导线的耗能分析以及对二者在同等条件下的性能测试，探寻出两种导线材料所各自存在的优缺点及使用环境。
关键词：钢芯铝导线；全铝合金导线；耗能
在世界各国的电力系统中，大量使用着由各种金属材料制做成型的导线，其主要作用就是将各种单一个体的发电、供电、用电设备连接起来，组成完整的供用电系统。导线材质的选择可谓种类繁多，各种类间的参数性能又各不相同，其中以铜、铝、铁及其相关的合金材料应用最为广泛。如何降低电能在导线传输过程中所产生的损耗已成为电能质量管理的一个重要环节，探讨不同线材之间的能耗具有十分重要的意义。
一、目前各种导线材料的应用概况。
金属导线是目前使用率最高的，材质以银、铜、铝、铁的等金属及其相关的合金材料为主。金属导线因具有电阻率低、可塑性强、机械强度高、加工工艺简单、成本较低等特点而广泛应用在国内各电力生产、用电单位的不同用途中。我国高压输电线路最为常见的金属导线包括全铝合金导线(AAAC)、钢芯铝合金绞线(AACSR) 、铝合金芯铝绞线(ACAR)等品种。
二、导线材料能耗的理论分析。
1、电磁场环境中全铝合金导线与钢芯铝导线的反应。
钢芯铝导线是将的线芯部分为钢制的铁磁物质，而铁磁物质则是由许多被称为磁畴的天然磁化区域组成。磁畴的体积很小，其分子电流排列整齐，因此每个磁畴就是一个永磁体，具有很强的磁性。在未被磁化的铁磁物质中，磁畴的排列是不规则的，磁畴间的磁场在抵消的作用下对外并不显现出磁性。
而当外界存在磁场环境时，铁磁物质中各磁畴将会沿着外磁场方向的转动而趋于一致，产生更为强大的附加磁场。铁磁物质普遍具有磁滞现象，是因为外磁场减弱或消失后磁畴不会完全恢复到原来的位置，铁磁物质在反复磁化过程中，磁畴反复转向，将会损耗一定的能量克服磁畴间的摩擦并转变为热能而耗散，产生磁滞损耗。
此外，当导体置于变化磁场中，其内部将会产生感应电动势，这个电动势在导体中会形成涡流。由于导体的电阻很小，涡流可能达到很大的强度，从而产生很大的热效应。从能量角度看，就是从电源吸收很多能量，在导体内转变为热能。
上述分析说明，导线在交流电压的作用下，钢芯铝导线的能量损耗除了由材料本身阻值引起的功率损耗外，还应加上钢芯引起的磁滞损耗和涡流损耗;而全铝合金导线则由于不存在铁磁物质而不会产生磁滞损耗。所以在电磁环境的作用下，全铝合金导线的抗能耗性能要全面优于钢芯铝导线。
2、全铝合金导线与钢芯铝导线的电阻值测试分析。
在环境温度、负荷载量大致相同的使用条件下，全铝合金导线的最大直流阻值为0.11181Ω/千米，钢芯铝导线由于其横截面积略大，其最大直流阻值为0.09433Ω/千米，选定的两种线材阻值相差0.01748Ω/千米，从导线电阻数据来看，全铝合金导线的阻值要稍大一些，但由于选取进行对比的线材横截面积略有不同，两者间的差值可以忽略不计。
但是在磁滞损耗和涡流损耗产生的热能作用下，当热量叠加到一定程度时会造成导线本体发热，当导线发热温度较高时，则可能造成导线的形变及连接处的烧蚀，这样也会直接影响到导体的电阻值发生变化，使导体电阻增大，而随着导体的电阻增大则会导致线材的进一步发热，这样就会出现恶性循环，最终使导线材料受到永久性损伤，破坏导线设备的正常运行。可见，磁滞损耗及涡流损耗产生的热量在作用于导线后对线材的电阻值也会产生一定的影响。所以在线材电阻值的实用对比中，全铝合金导也要优于钢芯铝导线。
三、导线材料的能耗实测数据分析
以上是根据钢芯铝绞线与全铝合金导线的物理性能进行的能耗理论分析，为验证两种线材之间的实际存在的性能差异，华东电力试验研究院和浙江电力金具开发研究所进行了相关实验，对钢芯铝绞线、全铝合金导线进行了同条件下相关能耗对比试验。
试验中，首先要将两种线材分别接入实验回路，然后通入定量的电流，观测不同电流条件下的导线能耗，试验设备为三相交流多功能表，以下为实验结果：
试验中，当电流从0A加大至400A的过程中，分别设置了5个计量点，我们从图表的数据对比上可以明显看到钢芯铝绞线的能耗始终略高于全铝合金导线。
四、钢芯铝导线在运行使用过程中存在的其他问题
钢芯铝导线因其运行时温度不允许超过80℃（如线材表面镀锡则不允许超过85℃），直接限制了导线的额定载流量。如线路负荷较大，则需要通过增大导线的截面面积来增大载流量，这样就使导线的重量、机械强度、弧垂相应增大，并且需要相应减少杆塔之间的架设跨距，增加杆塔的数量，扩大架设走廊的土地面积，增加导线安装时所需要的金具、连接件、绝缘子等辅助设备，造成了线材、塔料、土地、人力等多方面资源的浪费。并且因线路基础设备的增加势必会造成运行维护、故障查线的难度。
全铝合金导线因其在铝材中加入了不同的稀有元素，其综合性能得到了改善和加强，已经能够克服传统钢芯铝导线在运行温度、强度、载流量上的暴露出的不足。全铝合金导线具有比钢芯铝导线能耗低、重量轻等优点，而且它的弧垂特性好，在线路敷设时可降低铁塔高度，加大架设间距，节省和降低工程投资，同时也降低了线路的雷击跳闸率。
综上所述，全铝合金导线的能耗要比常规同截面的钢芯铝导线小，且同时具有抗拉强度大、弧垂性能好、导线表面硬度高、耐磨耐压、施工压接简单易行等优点，在技术上安全可靠，经济上效益显著，不仅适用于改造线路，而且对新建线路尤其是城区线路增容扩容都具有良好的使用前景。随着铝合金生产工艺和设备的不断改进，产品性能不断提高，产品价格不断下降，全铝合金导线将逐步取代钢芯铝导线，成为我国输电工程主要使用的线材。
参考文献
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论文作者:杨嘉1 2,李振亮1
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/31
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