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、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)備等傳動控制設(shè)備及軋機等冶金控制設(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、軌道交通等國民經(jīng)濟各個行業(yè)的供電。電控設(shè)備廣泛應(yīng)用于制造行業(yè)各種機器設(shè)備的運行控制。

二、銅鋁復(fù)合排需求分析

1、配電設(shè)備

低壓成套開關(guān)設(shè)備全國有規(guī)模的的生產(chǎn)企業(yè)超過1000家，2012年中國電器工業(yè)協(xié)會電控配電設(shè)備分會統(tǒng)計了上報的102家資料：換算到1000家，低壓開關(guān)柜480萬面（1622億元），母線槽1246萬米（337億元），每面低壓柜平均用銅120kg，折合銅鋁復(fù)合排60kg，480萬面需復(fù)合排約29萬噸。每米母線槽平均用銅30kg，折合成復(fù)合排約16.8kg，1246萬米需復(fù)合排21萬噸。低壓配電設(shè)備共需50萬噸。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10萬噸。高低壓配電設(shè)備需銅鋁復(fù)合排合計約60萬噸。

我國每年新增裝機容量1億kW，需中壓開關(guān)柜100多萬面，低壓開關(guān)柜500萬面左右，母線槽2010年產(chǎn)值超300億元，與上述統(tǒng)計基本吻合。

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)，對導(dǎo)體的需求量越來越大。城市軌道交通發(fā)展也非常迅速，全國36個城市線網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)規(guī)劃已獲批，也會增大銅鋁復(fù)合排需求量。電控設(shè)備年需銅鋁復(fù)合排在10萬噸以上。

兩項合計，年需銅排約140萬噸。若全部替代，銅鋁復(fù)合排約需70萬噸，用銅31.5萬噸，可節(jié)銅 108.5萬噸，增加用鋁38.5萬噸。

三、國家各行業(yè)大力支持銅鋁復(fù)合排發(fā)展

有色、電器、電力、建設(shè)、機械等行業(yè)和產(chǎn)品認證、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。

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、熱沖擊，動、熱穩(wěn)定設(shè)計時怎么校驗。

5、采用什么設(shè)備進行沖孔、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，端面如何保護等等。

用戶提出的這些問題就是應(yīng)用技術(shù)研究要解決的問題。

（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、加工方法等問題導(dǎo)出了銅鋁界面結(jié)合強度的概念、定義、表達方法、參數(shù)的要求、測試方法等。通過大量試驗，得出了影響界面結(jié)合強度的各種因素，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，填補了國內(nèi)空白。

3、進行了銅鋁復(fù)合排機械性能的研究，確定了抗拉強度、延伸率等參數(shù)，進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、機械三個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4、銅鋁復(fù)合母線的下游產(chǎn)品低壓成套開關(guān)設(shè)備、母線槽都要進行國家強制性認證。為此，國家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（天津），國家節(jié)能產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（濟南）對采用銅鋁復(fù)合排的低壓成套開關(guān)設(shè)備進行了3C型式試驗，已取得3C證書的企業(yè)有400多家。低壓開關(guān)柜有GGD、GCK、GCS、MNS等；母線槽有長城母線槽公司的CCX168SJ，全國聯(lián)合設(shè)計的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，并嚴格控制其質(zhì)量，國家認監(jiān)委TC24工作組立項研究“銅鋁復(fù)合排在低壓成套開關(guān)設(shè)備中的應(yīng)用”。中國質(zhì)量認證中心（CQC）頒布了“銅鋁復(fù)合母線CQC認證實施細則”。通過了CQC認證的銅鋁復(fù)合母線，就可用于強制性認證的下游產(chǎn)品中作導(dǎo)體。

6、為設(shè)計院設(shè)計選型銅鋁復(fù)合母線作導(dǎo)體提供依據(jù)，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院編輯出版了《銅鋁復(fù)合母線》設(shè)計參考圖集，內(nèi)容包括銅鋁復(fù)合母線的型號、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)計手冊》也將銅鋁復(fù)合母線的設(shè)計選型資料列入其中。

五、銅鋁復(fù)合排可靠性試驗驗證

（一）電控配電設(shè)備對導(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、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。在這個前提下，成本越低越好，也就是說，工藝流程越短越好，生產(chǎn)效率越高越好。

經(jīng)理論分析和試驗驗證，無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)合強度、銅層體積比必須達到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。至于使用可靠性和壽命必須通過試驗來驗證。

（二）使用可靠性和壽命試驗

1、熱脹冷縮應(yīng)力的試驗

對不同規(guī)格的銅鋁復(fù)合排進行了0—200℃,100次熱循環(huán)試驗。界面結(jié)合強度沒有降低，這說明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110℃，因此使用是安全的。

2、可靠性和電氣壽命試驗驗證

為了驗證銅鋁復(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)體用壓接式和機械式連接金具試驗方法和要求》對HT-TLMY銅鋁復(fù)合排做了1000次熱循環(huán)試驗，電阻比率和離散度都滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)果完全合格。 (機械工業(yè)電工材料及特種線纜產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，報告編號MTN2010-0242)。

這說明在整個試驗后，銅鋁復(fù)合排的材質(zhì)沒有發(fā)生變化。該試驗歷時8個多月，充分證實了銅鋁復(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、電工材料三個行業(yè)權(quán)威檢測機構(gòu)的檢測和可靠性試驗驗證結(jié)果證實了銅鋁復(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)合排在加工過程中產(chǎn)生的料頭如不能回收、分解再利用，不但不能為國家節(jié)約材料，反而會造成浪費。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)初期就意識到了這個問題，經(jīng)過近幾年的研發(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)共同面臨的問題。

銅鋁復(fù)合母線的推廣應(yīng)用剛開始，要取得實質(zhì)突破，最大限度的替代銅排，還需要解決很多問題。比如，電力部門的認可和推廣，3C認證還要做大量試驗等等，要解決這些問題需要行業(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）在全國聯(lián)合設(shè)計產(chǎn)品中的應(yīng)用

中國電器工業(yè)協(xié)會電控、配電設(shè)備分會組織了三次成套電氣設(shè)備全國聯(lián)合設(shè)計，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，4000A三面樣機導(dǎo)體全部采書。在鑒定會上專家對低壓開關(guān)設(shè)備采用銅鋁復(fù)合排作導(dǎo)體給予了極高評價。

2011年全國聯(lián)合設(shè)計的新型節(jié)能母線槽產(chǎn)品中，空氣型400A-2000A、密集型2500A-7200A試驗樣機全部采用華銅復(fù)合排作導(dǎo)體，試驗全部合格。該產(chǎn)品在同年10月中國電器工業(yè)協(xié)會組織的專家鑒定會上被評價為達到“國際先進水平”。

（二）在工程項目上的運行

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

2011年至2013年，長城汽車徐水一、二期，天津一、二期，中興汽車，江鈴汽車等12個大型廠房母線槽項目導(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)備已開始規(guī)模應(yīng)用。

八、經(jīng)濟效益分析

（一）降低導(dǎo)體材料成本

以電解銅每噸5萬元計算，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。