一、銅鋁復(fù)合排應(yīng)用領(lǐng)域

銅鋁復(fù)合排作為大電流導(dǎo)體材料，主要用于電控、配電等設(shè)備。配電設(shè)備包括：中低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備、箱式變電站、中壓封閉母線、低壓母線槽、變壓器、電抗器等。電控設(shè)備包括：風(fēng)電光伏等新能源控制設(shè)備；通訊、電解、電鍍等電源設(shè)備；石油鉆機(jī)、冶煉等石化煉油控制設(shè)備；礦井提升、各種調(diào)速控制設(shè)備等傳動(dòng)控制設(shè)備及軋機(jī)等冶金控制設(shè)備。配電設(shè)備廣泛應(yīng)用于高層建筑、現(xiàn)代化工廠、商業(yè)廣場(chǎng)、軌道交通等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)行業(yè)的供電。電控設(shè)備廣泛應(yīng)用于制造行業(yè)各種機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行控制。

二、銅鋁復(fù)合排需求分析

1、配電設(shè)備

低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備全國(guó)有規(guī)模的的生產(chǎn)企業(yè)超過(guò)1000家，2012年中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)電控配電設(shè)備分會(huì)統(tǒng)計(jì)了上報(bào)的102家資料：換算到1000家，低壓開(kāi)關(guān)柜480萬(wàn)面（1622億元），母線槽1246萬(wàn)米（337億元），每面低壓柜平均用銅120kg，折合銅鋁復(fù)合排60kg，480萬(wàn)面需復(fù)合排約29萬(wàn)噸。每米母線槽平均用銅30kg，折合成復(fù)合排約16.8kg，1246萬(wàn)米需復(fù)合排21萬(wàn)噸。低壓配電設(shè)備共需50萬(wàn)噸。中壓配電設(shè)備需求量約是低壓的20-25%，因此，中壓配電設(shè)備年需銅鋁復(fù)合排也有10萬(wàn)噸。高低壓配電設(shè)備需銅鋁復(fù)合排合計(jì)約60萬(wàn)噸。

我國(guó)每年新增裝機(jī)容量1億kW，需中壓開(kāi)關(guān)柜100多萬(wàn)面，低壓開(kāi)關(guān)柜500萬(wàn)面左右，母線槽2010年產(chǎn)值超300億元，與上述統(tǒng)計(jì)基本吻合。

2、電控設(shè)備

風(fēng)電、光伏等新能源控制設(shè)備是正在發(fā)展的行業(yè)，對(duì)導(dǎo)體的需求量越來(lái)越大。城市軌道交通發(fā)展也非常迅速，全國(guó)36個(gè)城市線網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)規(guī)劃已獲批，也會(huì)增大銅鋁復(fù)合排需求量。電控設(shè)備年需銅鋁復(fù)合排在10萬(wàn)噸以上。

兩項(xiàng)合計(jì)，年需銅排約140萬(wàn)噸。若全部替代，銅鋁復(fù)合排約需70萬(wàn)噸，用銅31.5萬(wàn)噸，可節(jié)銅 108.5萬(wàn)噸，增加用鋁38.5萬(wàn)噸。

三、國(guó)家各行業(yè)大力支持銅鋁復(fù)合排發(fā)展

有色、電器、電力、建設(shè)、機(jī)械等行業(yè)和產(chǎn)品認(rèn)證、標(biāo)準(zhǔn)部門為銅鋁復(fù)合排的推廣應(yīng)用做出了很大的貢獻(xiàn)。

四、銅鋁復(fù)合排應(yīng)用技術(shù)

銅鋁復(fù)合排是電工材料，應(yīng)用在電控、配電設(shè)備領(lǐng)域，因此應(yīng)用技術(shù)研究是推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

(一）用戶最關(guān)心的問(wèn)題

1、銅鋁復(fù)合母線的使用可靠性，使用壽命能否滿足成套電氣設(shè)備的要求。

2、兩種材料熱漲系數(shù)差別較大，銅鋁復(fù)合母線能否承受熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力。

3、銅鋁復(fù)合母線與銅母線兩種導(dǎo)體的載流量如何換算。

4、能否承受短路電流產(chǎn)生的動(dòng)、熱沖擊，動(dòng)、熱穩(wěn)定設(shè)計(jì)時(shí)怎么校驗(yàn)。

5、采用什么設(shè)備進(jìn)行沖孔、折彎、剪切加工，加工中銅鋁結(jié)合面能否保持完好；表面能否焊接，端面如何保護(hù)等等。

用戶提出的這些問(wèn)題就是應(yīng)用技術(shù)研究要解決的問(wèn)題。

（二）應(yīng)用技術(shù)的研究

1、根據(jù)用戶提出的可靠性、熱脹冷縮應(yīng)力的影響、加工方法等問(wèn)題導(dǎo)出了銅鋁界面結(jié)合強(qiáng)度的概念、定義、表達(dá)方法、參數(shù)的要求、測(cè)試方法等。通過(guò)大量試驗(yàn)，得出了影響界面結(jié)合強(qiáng)度的各種因素，確定了正確的生產(chǎn)工藝流程。確定了界面結(jié)合強(qiáng)度的最低要求。

2、銅鋁復(fù)合排導(dǎo)電性能的研究，根據(jù)配電設(shè)備的結(jié)構(gòu)要求，成本的要求，確定了銅層體積比的最佳比例參數(shù)。還測(cè)定了銅鋁復(fù)合排典型規(guī)格的載流量，制訂了載流量表，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

3、進(jìn)行了銅鋁復(fù)合排機(jī)械性能的研究，確定了抗拉強(qiáng)度、延伸率等參數(shù)，進(jìn)一步確定了它的彎曲性能和加工工藝。以上這些都為制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，準(zhǔn)備了資料。依據(jù)這些研究成果，已制定了電力、能源、機(jī)械三個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4、銅鋁復(fù)合母線的下游產(chǎn)品低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備、母線槽都要進(jìn)行國(guó)家強(qiáng)制性認(rèn)證。為此，國(guó)家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（天津），國(guó)家節(jié)能產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（濟(jì)南）對(duì)采用銅鋁復(fù)合排的低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行了3C型式試驗(yàn)，已取得3C證書(shū)的企業(yè)有400多家。低壓開(kāi)關(guān)柜有GGD、GCK、GCS、MNS等；母線槽有長(zhǎng)城母線槽公司的CCX168SJ，全國(guó)聯(lián)合設(shè)計(jì)的CMLJ、CKLJ、CFLJ等母線槽生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品。

5、為了在成套電氣設(shè)備中推廣應(yīng)用銅鋁復(fù)合排，并嚴(yán)格控制其質(zhì)量，國(guó)家認(rèn)監(jiān)委TC24工作組立項(xiàng)研究“銅鋁復(fù)合排在低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備中的應(yīng)用”。中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心（CQC）頒布了“銅鋁復(fù)合母線CQC認(rèn)證實(shí)施細(xì)則”。通過(guò)了CQC認(rèn)證的銅鋁復(fù)合母線，就可用于強(qiáng)制性認(rèn)證的下游產(chǎn)品中作導(dǎo)體。

6、為設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)選型銅鋁復(fù)合母線作導(dǎo)體提供依據(jù)，中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院編輯出版了《銅鋁復(fù)合母線》設(shè)計(jì)參考圖集，內(nèi)容包括銅鋁復(fù)合母線的型號(hào)、規(guī)格、加工、安裝指導(dǎo)、載流量及銅鋁復(fù)合導(dǎo)體母線槽等資料，該圖集2013年7月出版。正在修訂的第四版《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》也將銅鋁復(fù)合母線的設(shè)計(jì)選型資料列入其中。

五、銅鋁復(fù)合排可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證

（一）電控配電設(shè)備對(duì)導(dǎo)體材料的要求

1、性能要求：滿足溫升和短路狀態(tài)下的動(dòng)、熱穩(wěn)定；

2、使用環(huán)境要求：最高、最低溫度、濕度、海拔高度等；

3、加工要求：正常的剪切、沖孔、折彎不破壞銅鋁結(jié)合面；

4、使用可靠性和壽命的要求；

5、電控配電設(shè)備所需導(dǎo)體截面從3x30到12x200，需一百多種規(guī)格，如規(guī)格不全無(wú)法滿足用戶選用需求。

銅鋁復(fù)合母線作為導(dǎo)體用于電控配電設(shè)備，首先必須滿足以上基本要求。在這個(gè)前提下，成本越低越好，也就是說(shuō)，工藝流程越短越好，生產(chǎn)效率越高越好。

經(jīng)理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，無(wú)論是銅排還是銅鋁復(fù)合排，只要截面積選擇合適，都可以滿足性能要求。要滿足使用環(huán)境和加工的要求，銅鋁復(fù)合排的界面結(jié)合強(qiáng)度、銅層體積比必須達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。至于使用可靠性和壽命必須通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。

（二）使用可靠性和壽命試驗(yàn)

1、熱脹冷縮應(yīng)力的試驗(yàn)

對(duì)不同規(guī)格的銅鋁復(fù)合排進(jìn)行了0—200℃,100次熱循環(huán)試驗(yàn)。界面結(jié)合強(qiáng)度沒(méi)有降低，這說(shuō)明200 ℃溫差熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力破壞不了它，成套電氣設(shè)備正常使用溫度超不過(guò)110℃，因此使用是安全的。

2、可靠性和電氣壽命試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證銅鋁復(fù)合排的電氣壽命，上海電纜研究所依據(jù)GB/T9327《額定電壓35kV(Um=40.5kV)及以下電力電纜導(dǎo)體用壓接式和機(jī)械式連接金具試驗(yàn)方法和要求》對(duì)HT-TLMY銅鋁復(fù)合排做了1000次熱循環(huán)試驗(yàn)，電阻比率和離散度都滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)果完全合格。 (機(jī)械工業(yè)電工材料及特種線纜產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，報(bào)告編號(hào)MTN2010-0242)。

這說(shuō)明在整個(gè)試驗(yàn)后，銅鋁復(fù)合排的材質(zhì)沒(méi)有發(fā)生變化。該試驗(yàn)歷時(shí)8個(gè)多月，充分證實(shí)了銅鋁復(fù)合排的使用壽命滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

有色金屬加工、電控配電設(shè)備、電工材料三個(gè)行業(yè)權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)和可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果證實(shí)了銅鋁復(fù)合排完全滿足電控、配電設(shè)備的要求。

六、銅鋁復(fù)合排料頭再生和循環(huán)利用

銅鋁復(fù)合排在加工過(guò)程中產(chǎn)生的料頭如不能回收、分解再利用，不但不能為國(guó)家節(jié)約材料，反而會(huì)造成浪費(fèi)。這是銅鋁復(fù)合排推廣應(yīng)用的最大障礙。行業(yè)內(nèi)在產(chǎn)品研發(fā)初期就意識(shí)到了這個(gè)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)近幾年的研發(fā)，成功研究了銅鋁復(fù)合排的料頭分解工藝，分解出的銅和鋁循環(huán)使用，解決了銅鋁復(fù)合材料行業(yè)共同面臨的問(wèn)題。

銅鋁復(fù)合母線的推廣應(yīng)用剛開(kāi)始，要取得實(shí)質(zhì)突破，最大限度的替代銅排，還需要解決很多問(wèn)題。比如，電力部門的認(rèn)可和推廣，3C認(rèn)證還要做大量試驗(yàn)等等，要解決這些問(wèn)題需要行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)共同努力，協(xié)同作戰(zhàn)，同時(shí)要得到**及有關(guān)部門的大力支持。只有這樣，銅鋁復(fù)合材料行業(yè)才能獲得快速發(fā)展。

七、在成套電氣設(shè)備中的應(yīng)用案例

（一）在全國(guó)聯(lián)合設(shè)計(jì)產(chǎn)品中的應(yīng)用

中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)電控、配電設(shè)備分會(huì)組織了三次成套電氣設(shè)備全國(guó)聯(lián)合設(shè)計(jì)，全部采用銅鋁復(fù)合排作導(dǎo)體。

2008年組織了GCK2低壓柜的聯(lián)合設(shè)計(jì)，4000A三面樣機(jī)導(dǎo)體全部采書(shū)。在鑒定會(huì)上專家對(duì)低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備采用銅鋁復(fù)合排作導(dǎo)體給予了極高評(píng)價(jià)。

2011年全國(guó)聯(lián)合設(shè)計(jì)的新型節(jié)能母線槽產(chǎn)品中，空氣型400A-2000A、密集型2500A-7200A試驗(yàn)樣機(jī)全部采用華銅復(fù)合排作導(dǎo)體，試驗(yàn)全部合格。該產(chǎn)品在同年10月中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)組織的專家鑒定會(huì)上被評(píng)價(jià)為達(dá)到“國(guó)際先進(jìn)水平”。

（二）在工程項(xiàng)目上的運(yùn)行

從2008年起，北京華北長(zhǎng)城母線槽有限公司、正泰電氣、江蘇泰宇、江蘇華強(qiáng)等母線槽生產(chǎn)企業(yè)相繼做了一百多項(xiàng)銅鋁復(fù)合排母線槽工程。這些工程大部分已運(yùn)行五年，沒(méi)有出現(xiàn)任何故障，反映良好。

2011年至2013年，長(zhǎng)城汽車徐水一、二期，天津一、二期，中興汽車，江鈴汽車等12個(gè)大型廠房母線槽項(xiàng)目導(dǎo)體全部采用銅鋁復(fù)合排。

（三）在新能源產(chǎn)品中的應(yīng)用

風(fēng)電系統(tǒng)的導(dǎo)電軌、變流器、箱變和光伏系統(tǒng)的逆變器等設(shè)備已開(kāi)始規(guī)模應(yīng)用。

八、經(jīng)濟(jì)效益分析

（一）降低導(dǎo)體材料成本

以電解銅每噸5萬(wàn)元計(jì)算，銅排的密度是8.9，銅鋁復(fù)合排密度是3.94。以10x100截面為例，同等界面情況下：銅排每米474.7元，銅鋁復(fù)合排每米 255.7元，每米節(jié)約成本219元，節(jié)約46%。

同等載流量情況下：銅排每米474.7元，銅鋁復(fù)合排每米 307.3元，每米節(jié)約成本167.4元，節(jié)約35.3%。

（二） 降低線路能耗

成套電氣設(shè)備中導(dǎo)體傳輸電能的同時(shí)也消耗電能，導(dǎo)體截面越大，電阻越小，耗能越小。銅鋁復(fù)合排成本比銅排低得多，因此，可以以較低的成本選用較大的截面，減小線路能耗。