3. 2 材料选择
有几种低电阻率 （ 或高电导率） 的金属可用作电力电缆的导体材料。 表 3- 1
按 20℃ 时电阻率递增的顺序列出了材料示例[1] 。
表 3- 1 20℃时金属的电阻率
金 属 名 称 | Ω·mm2 / m × 10 - 8 | Ω·cmil / ft × 10 - 6 |
银 | 1. 629 | 9. 80 |
铜， 退火 | 1. 724 | 10. 371 |
铜， 硬态 | 1. 777 | 10. 69 |
铜， 镀锡 | 1. 741 ～ 1. 814 | 10. 47 ～ 10. 91 |
软铝， 61. 2% 电导率 | 2. 803 | 16. 82 |
半硬 （ 硬） 铝 | 2. 828 | 16. 946 |
钠 | 4. 3 | 25. 87 |
镍 | 7. 8 | 46. 9 |
考虑到这些材料的电阻率和成本， 铜和铝成为合理的选择。 因此， 目前它们是电力电缆行业使用的主要金属材料。
一旦面临铜导体还是铝导体的选择， 就需要仔细比较两种金属的性能； 因为两者都有一些优点， 在一定条件下， 一种可能比另一种的更重要。 下面介绍了对电缆设计者而言最重要的特性。
3. 2. 1 直流电阻
铝的电导率是铜电导率的 61. 2% ～ 62% 。 因此， 想要获得与铜导体相等的直
流电阻， 铝导体的截面积应为铜导体的 1. 6 倍。 这一截面积差异大约等同于美国线规 （ AWG） 的两档尺寸。
3. 2. 2 重 量
除了经济性， 铝最重要的优点之一是低密度。 单位长度铝线与相同长度且直流电阻相等的铜线相比， 铝线重量仅为铜线的 48% 。 然而， 当导体外有绝缘时， 这一重量优势就不是那么明显， 因为等效的铝线外径更大， 需要的绝缘材料用量也更多。
3. 2. 3 载 流 量
铝导体与铜导体载流能力 （ 载流量） 的比较可以在许多资料中找到。 详见第
14 章。 但显而易见的是， 想要承载相同的电流， 铝导体要比铜导体具有更大的截
面积， 见表 3- 1。
3. 2. 4 电 压 降
对于交流回路中的小规格导体 （ #2 / 0 AWG 及以下）， 以及所有直流回路， 电抗效应都可以忽略不计。 相同的电压降要求铝导体截面积大约是铜导体截面积的
1. 6 倍。
对于交流回路中更大规格的导体， 集肤效应和邻近效应影响其电阻值 （ 交流与直流的比例， 下文会以交直流电阻比的形式表示）， 且电抗效应变得显著。 在这些情况下， 转换因数略有下降， 达到近似值 1. 4。
3. 2. 5 短 路
也要考虑可能的短路状况， 因为铜导体在短路情况下有更高的承受短路电流的能力。 然而， 一旦进行这样的比较， 与导体有接触的材料 （ 如屏蔽、 绝缘、 衬层、护套等） 的热极限也必须考虑。
3. 2. 6 其他重要因素
如果与铝导体相连接， 要有附加措施。 不仅因为铝导体容易蠕变， 还因为它会迅速氧化。 一旦铝导体暴露在空气中， 表面很快就会形成一层耐腐蚀的、 高介电强度的氧化薄层。
如果铜导体与铝导体相连接， 要有特殊技术来制作可靠的连接。 详见第 13 章的讨论。
铝在发电站、 变电站和移动式电缆中应用并不广泛， 因为小规格铝绞线较低的弯曲寿命不能总是满足电缆的机械性能要求。 在这些场合， 占用空间的大小也是经常考虑的一个因素。 然而， 由于铝的电导率与重量的比例很高， 使得它在架空导线上有压倒性优势； 同时在对空间没有明显限制的地下配电场合， 铝也因其经济性得到广泛应用。
8000 系列铝合金已经在大型商业场所、 公共场所以及一些工业应用上获得充分认可。 这类合金冷变形较小， 且抗蠕变性能优良。 对于户内连接通常选用的螺栓式端子， 这些特性使其扭矩保持特性更好。 美国国家电气规范 （ NEC） 中规定，
如果在 NEC 认可的几类导线上采用金属铝， 应选用铝合金。
两种金属 （ 铜和铝） 的成本肯定要考虑， 但一般要加上外覆材料的成本之后再权衡。