铜包铝电缆在城市照明行业应用探析

张利国　　孙　　　　乐　　齐春晓济南市路灯管理处（２５０００１）杨　　　　勇　　侯传志济南城市照明工程有限公司（２５０００１）摘 要：城市功能照明长足发展，电缆设施被盗问题频繁发生，对城市照明的线路造成极大安全隐患，引发人们的高度关注。本文通过分析电缆的通用技术要求、几种不同材质电缆性能的比较以及铜包铝电缆的技术特性，借助实际工程应用案例，较深入地介绍了铜包铝电缆的制作、应用以及推广，启发人们对新材质电缆应用的思考。关键词：铜包铝 电缆 城市照明近年来，我国城市照明取得了长足的发展，２０１６年通过对１０９８个城市道路照明管理单位的初步调研，截止２０１５年底，全国共有路灯２３３３．８９万盏，配电线路５０．９５万ｋｍ。通过对山东省５２个县市区的调研，截止２０１５年底，山东省共有城市道路照明灯约９７．３４　万盏，安装功率总计　２３．２２万千瓦，景观照明灯约　５７．９２万盏，安装功率总计　２．６４万千瓦。截止２０１８年底，济南市城市功能照明１２５９７５盏，路灯控制点９９８个，电缆线路总长度５０３１ｋｍ。除去应用极少的太阳能ＬＥＤ路灯之外，电缆将电源、控制点、灯具连接起来，是一种非常重要的照明设施，如果选择应用不当，电缆故障将会引发大面积区域性熄灯，对照明行业的社会效益、经济效益造成不利的影响。

目前，照明行业大多穿管使用聚氯乙稀绝缘聚氯乙烯护套电力电缆（ＶＶ或ＶＬＶ）、交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆（ＹＪＶ或ＹＪＬＶ），电缆尺寸根据用电负荷、供电半径等以１０、１６、２５、３５平方毫米居多，大多采用铜制电缆。但是，在城乡结合部及某些偏远地区，电缆被盗现象时有发生，已成为照明行业不得不面对的共性问题，各城市每年因电缆被盗造成的直接经济损失少则十几万元、几十万元，多则上百万元。为此，不少城市采用铝制电缆及铝合金电缆，防盗效果立竿杆见影，但由于铝电缆的氧化问题及铜铝接头的电化学腐蚀问题的制约，我们对应用上述电缆心有忌惮。自２０１８年起，我们在城乡结合部尝试使用铜包铝电缆，现将有关情况分析如下：

一、电缆选择通用技术要求

电缆的选择是确定电缆型号、耐电压等级、芯数和截面积的过程，这些受到电缆的使用环境、敷设方式、功率负荷、供电半径、机械载荷及经济因素等条件的影响。其关键是确定电缆的载流量，而导体的材质、截面积、绝缘的材质是电缆本体影响载流量的主要因素。

１．导体导电性能好

根据电阻定律，Ｒ＝ρＬ／Ｓ　（其中ρ表示电阻的电阻率，常用单位Ω·ｍｍ２／ｍ　；Ｌ表示导体的长度，常用单位ｍ；Ｓ表示导体的横截面积，常用单位ｍｍ２）不同金属的电阻率是不同的，在各种金属中，铜不仅导电性能仅次于银排在第二位，而且其导热性能、化学稳定性、机械性能、塑性、易焊接等性能俱佳，因此是导体材料的首选。在照明设计时，区分电缆不同的材质，根据供电负荷、供电半径等参数，一般按照及时切断末端接地故障、允许电压损失、发热条件、经济电流密度等选择电缆截面积。导体标称截面积并不是导体的几何面积，而是电气有效面积。

　路灯常用型号电缆阻抗比较表　　　　　单位：Ω／ｋｍ　　　　　　　　　　　　　　　表１

材质型号线路单位长度阻抗值计算相对地相保电流用铜Ｃｕ１６ｍｍ２１．０９７３．２９１２５ｍｍ２０．７０２２．１０６铝ＡＬ２５ｍｍ２１．１５１３．４５３３５ｍｍ２０．８２２２．４６６铜包铝２５ｍｍ２１．１０３．３０３５ｍｍ２０．７６５２．２９５２．绝缘可靠。绝缘层包覆在导体外，对内防止电流泄漏，对外防止油、水及其他介质的渗入。绝缘材料既要有良好的电绝缘性能、较低的介质损耗和介电常数，又要有一定的耐热性及热传导性。前些年照明行业常用聚氯乙稀绝缘电缆，由于交联聚乙烯绝缘电缆的长期允许工作由７０度提高到９０度，所以近几年照明行业正逐步推广使用交联聚乙烯绝缘电缆。

３．机械强度高，使用寿命长。除铠装电缆可直埋敷设，路灯用电缆一般是穿管敷设，埋设深度也不尽满意，路灯电缆常因野蛮施工横遭破坏，而且由于市政建设管理水平的参差不齐，路灯电缆被泡在雨水、污水中的现象也时有发生。在如此恶劣的工作环境下，如何保证电缆的安全稳定运行又是摆在路灯管理人员面前的一个令人头痛的问题。

４．工艺简单，施工方便。电缆敷设应简单易操作，电缆接头制作步骤简练不繁琐，且在日常的养护维修中利于现场重新制作。

222019年 12月 第23 卷 第四期设计应用５．价格合理，经济适用。二、铜包铝电缆的技术特点

铜包铝导体由纯铜和纯铝两种金属构成，但其结构不是“铜套铝”，而是铜层与铝芯界面上的铜、铝原子在加工过程中依靠原子间的引力及相互扩散实现冶金结合而形成一个

整体。

１、铜包铝电缆生产工艺

铜包铝线的生产方法包括包覆焊接法、套管法、半连续浇铸法、连续铸造法等，目前国内应用最多的是包覆焊接－拉拔法。铜包铝单丝生产流程见图１。

图１　铜包铝单丝生产流程

２、导体的电气性能见表１：

铜包铝线的主要特性

主要特性结构特性结构参数铜铝界面结构状态铜层体积比　／％铜层厚度（≮半径％）软态抗拉强度力学性能断裂时伸长率／％最大电阻率／最小电导率电学性能与铜用配线器具的连接特性密度／（ｇ·ｃｍ－３）比热／（Ｊ·ｋｇ－１·℃）物理性能化学性能线膨胀系数／（１·℃）金属电极电位／Ｖ硬态软态硬态０．０２７　４３６２．８３．３２７６２．０２２．２　×１０　－６表１

纯铜线—２０７．０１００——２７１　～４２１１０　～３５０．５　～３．５０．０２５　９４６６．４３．９６—－６铜包铝线实现冶金结合１０３．５１５５．０１３８　～１７２１１０　～２０５５．０～１５１．０　～１．５０．０２６　７６６４．４良好３．６３６２３．８２１．９　×１０　纯铝线—００９８９５　～２０５１５　～２０≯３０．０２８　００６１．５—２．７０９００．１－６－６０．０１７　２４１００良好８．８９３８５．２１７×１０—２４×１０铜、铝的电极电位不同，易产生电化学腐蚀现象＋０．３４５－１．６７０直流电阻率是衡量导体电性能的指标，２０℃时铜的最大电阻率为０．０１７２４１Ω·ｍｍ２／ｍ，铝的最大电阻率为０．０２８００Ω·ｍｍ２／ｍ，铜包铝（１５Ａ）的最大电阻率为０．０２６７６Ω·ｍｍ２／ｍ。导体的直流电阻与截面积成反比，铜包铝导体与铜导体直流电阻相同时铜包铝导体截面需放大１．４５倍左右，此时铜包铝导体电性能与铜导体相当。

３、导体的热稳定性

不同金属的膨胀系数有较大差异，测量温度２０℃时，铜和铝的线膨胀系数分别１７．５×１０－６／℃　和２３．２×１０－６／℃（见表２），这也是在使用铝电缆时，铝电缆和铜制灯引线连接处故障频发的主要原因之一。解决这个问题的关键是铜包铝电缆能否能够冶金结合形成一个整体。笔者自己做了一个实验，经过弯折试验，平均２０次左右铜包铝缆芯就会折断，试

验选取的铜包铝电缆缆芯断口没有明显分层，符合冶金结合的要求详见图２。

金属膨胀系数表

表２

金属元素线性热膨金属元素线性热膨名称符号胀系数名称符号胀系数铍Ｂｅ１２．３铝Ａｌ２３．２锑Ｓｂ１０．５铅Ｐｂ２９．３铜Ｃｕ１７．５镉Ｃｄ４１．０铬Ｃｒ６．２铁Ｆｅ１２．２锗Ｇｅ６．０金Ａｕ１４．２铱Ｉｒ６．５镁Ｍｇ２６．０锰Ｍｎ２３．０钼Ｍｏ５．２镍Ｎｉ１３．０铂Ｐｔ９．０银Ａｇ１９．５锡Ｓｎ２．０注：测定温度条件及单位：２０℃，（单位１Ｅ－６／Ｋ或１Ｅ－６／℃）

23DEC .2019 Vol.23 No.4据测算，铜包铝电缆是同等性能参数铜电缆价格的一半左右。

三、实际工程应用情况

图４　工程实际使用的铜包铝电缆案例

据介绍，海口、呼和浩特等地路灯行业都有铜包铝电缆的应用案例，为了防盗，２０１８年６月济南市在位于城乡结合部的刘长山路工程建设中试验安装了部分铜包铝电缆。刘长山路道路建设工程位于济南市市中区，道路西起二环西路，东至西十里河东街，刘长山路（二环西路－南辛庄西路）段长度为２４１０米，卧龙路（南辛庄西路－西十里河东街）段长度为１１５７米，道路全长３５６７米，规划红线宽度为５０－６６米，规划绿线宽度为６６－７６米，道路等级为城市主干路，主路设计时速６０ｋｍ／ｈ，辅路设计时速为４０ｋｍ／ｈ。我们共敷设ＹＪＣＶ－

图２　铜包铝电缆折弯试验后的断口图

４、导体的连接性能

铜包铝线的外层为纯铜包覆，故正常情况下铜包铝电缆与铜制灯引线之间的连接、导体与接线端子的连接都是铜与铜的连接，似乎不存在电化学腐蚀的危险。

各种线材的接触载荷和接触电阻的关系见图３。　

４×３５＋１×１６／ＹＪＣＶ－４×２５＋１×１６铜包铝电缆５０００余米，截止目前应用良好。

四、几点思考

１、使用铜包铝电缆也许是照明行业为了防盗不得不采用的选择之一。《刑法》第１１８条规定：“破坏电力、燃气或者其他易燃易爆设备，危害公共安全，尚未造成严重后果的，处三年以上十年以下有期徒刑。”《刑法》第１１９条规定：“破坏交通工具、交通设施、电力设备、燃气设备、易燃易爆设备，造成严重后果的，处十年以上有期徒刑、无期徒刑或者死刑。但实际上，公安机关往往以偷盗罪名按《治安处罚条例》匆匆处理了事，因电缆残值不高，往往处罚较轻，犯罪成本较低，犯罪分子的嚣张气焰无法被扼制。电缆被盗，经济损失只是一个方面，关键会造成大面积灭灯，形成安全隐患，颇为上级领导和老百姓诟病。为此，我们采用过铠装电缆直埋、电缆检查井填埋封堵、安装防盗报警装置、加强人工巡检等方

图３　各种线材的接触载荷和接触电阻的关系　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５、铜包铝电缆型号的特殊性

按传统方式，参考铜电缆，铜包铝电缆的标称截面积以相同导电能力的铜导体截面积表示。选型时，以铜芯电缆的参数和规格为依据选择铜芯电缆，选定后，加注铜包铝代号“Ｃ”，即自然进行了转换，制造出的铜包铝电力电缆，其载流量自然和选定的铜芯电缆等效使用。如：铜芯０．６／１ｋＶ　１ｋＶ　ＹＪＶ－４×２５＋１×１６　转化成铜包铝为：０．６／１ｋＶ　１ｋＶ　ＹＪＶＣ－４×２５＋１×１６。但是根据《铜包铝电力电缆工程技术规范》ＣＥＣＳ３９９：２０１５，电缆型号的标注办法却有所不同，如：０．６／１ｋＶ１ｋＶ　ＹＪＣＶ－４×３５＋１×２５，直流电阻等参数可查阅相关规范，其可近似替代铜芯电缆０．６／１ｋＶ１ｋＶ　ＹＪＶ－４×２５＋１×１６。

６、价格优势

法，有时是“杀敌一千，自损八百”，效果并不理想，还给自己的管理工作造成诸多麻烦。因此，客观环境要求我们不得不采用铜包铝、铝合金及铝制电缆，这几种电缆各有利弊，需要我们趋利避害，合理应用。

２、做好电缆接头是重中之重。路灯电缆每隔几十米就有一个电缆接头，数量众多，不方便预制，只能现场制作，是最大的一个事故隐患故障点。而我们目前应用的灯引线绝大多数是铜制的，与铜包铝电缆接头如果处理不好就会存在电化学腐蚀的危险。铜铝之间存在电位差：铝的电化电位是－１．３４伏，铜的电位是＋０．３４伏，因此铜铝之间有１．６８伏的电位差，铜铝之间极易产生电化腐蚀现象。目前照明行业常用的几种接头方式有：干包式接头、热缩式接头、穿刺线夹接头、灌胶式接头、绝缘帽接头等，不管采用哪种方式，一定不要破坏铜包铝电缆的铜包覆层，且要密封紧密，防止

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242019年 12月 第23 卷 第四期设计应用由于目前国内外生产的灯具无统一的型号规格，设计中选用的灯具规格、型号、重量等更是千变万化，因此，安装时在参照有关灯具的产品说明书及具体设计要求的前提下，诊断有国家认证的产品，剔除特殊场所、特殊要求外，景观照明灯具安装用于城市新建、改建和扩建的建筑物、构筑物、景观小品、商业步行街、广场、公园、广告与标识等夜景照明灯具安装。图集中给出了一些常用灯具的结构示意图和安装例图，并对一些需要注意的细节进行了提示性的要求：如室外照明装置的金属管、接线盒应达到相应的防护要求。防水接线盒至灯具的金属软管应有可挠、防水、防腐性能好的金属软管保护。软管长度不宜大于１．２ｍ。在使用条件恶劣场所应使用ＩＩＩ类灯具，一般场所使用Ｉ类或ＩＩ类灯具。灯具防触电保护要满足规范要求。其电源的专业漏电保护装置应全部检测合格，自电源引入灯具的导管必须采用绝缘导管，严禁采用金属或有金属保护层的导管。

本图集列举介绍了常用的不同类型景观灯具在硬质地面、草坪、墙身地面、屋面、室内等不同场合的安装示意图。　由于目前国内外生产的灯具无统一的型号规格，设计中选用的灯具规格、型号、重量等更是千变万化，因此，针对不同类型的灯具在不同的使用场合，本图集给出供安装施工所用的标准的通用的安装图，根据该图结合灯具与场合实际来指导现场施工。　

３．５　城市照明节能

以绿色照明为基础，在保证道路照明系统的技术要求安全可靠、科学合理、先进适用、维护方便，应用节能技术保证系统的功能达到各项技术指标的前提下，全面考虑道路照明系统的性能和节能效果，综合考虑光源、灯具及附属装置、照明供电、照明控制等各个技术环节的节能效果和作用，具体给出了无功补偿节能、降压控制节能器、变功率节能、光源节能等节能建议。

５　总结

本图集的编制出版不仅有效解决了城市照明设计与施工中存在的难点，提升行业的能力水平，同时也能提升照明产业链的制造水平，城市照明设计与施工标准化可以引领更多有创新能力企业进入城市照明行业，可促进照明产业链上下游的制造企业研发生产出更加适合照明行业特性的产品，提高城市照明产品的质量水平。

此外，从经济效益看：通过普及城市照明图集中的相关标准及内容，可以让使用者显著提高劳动生产效率，提高城市照明设计质量以及后续产生的城市照明工程及产品质量，从而促进相关产业的经济发展。同时，图集的标准化，可以大大减少运维成本，间接产生显著的经济效益。从社会效益看：城市照明图集的标准化制定及应用，会涉及城市照明产业的上下游产业及相关产业。在标准引导下，处于产业上游的企业不得不加快技术创新速度，并提高配套产品的技术水平。

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水气进入。图５是热塑连接时铜包铝电缆外层被破坏案例。

灯投资建设方应征求维护单位的意见后，根据客观情况决定是否需要使用铜包铝电缆，设计单位选好型号，施工方要特别做好电缆接头。材料供应商供应货真价实的产品，铜体积比、直流电阻等指标必须达标，坚决不能有货供到就了事的想法，要考虑工程实际应用情况，协助施工方解决工程应用中遇到的问题，争取多做一些经得起时间考验的精品工程。只有这样，铜包铝电缆在城市照明行业的应用才能健康良性发展。

【参考文献】

［１］郑传涛　戴雅康　《铜包铝线特性对铜包电缆使用性能的影响》　２０１６，６

［２］王卫东　《电缆制造技术基础》

图５　　热塑连接时铜包铝电缆外层被破坏案例３、多方努力，共同做好铜包铝电缆的建设维修工作。路

［３］张华　《城市照明工程设计施工手册》．中国建筑工业出版社

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