摘 要：本文通过对比分析铜芯，铝芯和铝合金电缆在光伏电站中的使用，给出一种合理的选型原则，以降低光伏电站的建设成本。通过对比得出，在载流量相同的情况下，铝合金电缆和铝芯电缆的导体截面是铜的2倍多，需要考虑汇流箱和逆变器的安装问题；在相同项目地，铝合金电缆比铜电缆采购价格便宜40%，铝电缆比铜电缆采购价格便宜42%，故推荐使用铝合金或铝电缆代替铜芯电缆，以降低成本，保护环境。
关键词：铜芯；铝芯；铝合金；光伏电缆
近年来，我国光伏发电产业发展迅速，光伏电站建设成本不断下降，大型光伏电站占地面积大，集电线路长，电缆造价所占比重较大，而实际应用中以铜导体为主，在当前铜资源严重缺乏，铝资源丰富的情况下，电缆行业应该“以铝节铜”是大势所趋。[1]其次，铜导体的质量和生产过程中易造成污染等问题日趋严峻，并且价格居高不下，使得电缆成本过高。[1]另外电缆业外的铜业组织过分夸大铜芯电缆的优点，而不顾中国铜铝资源的现状，因而对铝芯电缆的制造、应用和市场产生误导。我国正在建设绿色，低碳，低耗，资源节约型的发展模式，各行各业都在提倡节能减排，作为绿色能源的太阳能光伏电站、居民分布式电站等，在工程允许场合下，电缆采用“以铝节铜”的节能措施，必定会带来巨大的经济和社会效益。[2]本文通过对铜芯、铝合金和铝芯三种电缆在机械性能、采购成本及安装使用等方面进行对比分析，同时对铝合金电缆、铝芯电缆在光伏电站中的应用作了可行性研究。
1 电力电缆发展及性能
电力电缆常见电缆导体有铝芯和铜芯两种，从1968年开始，美国开始研制生产铝合金电力电缆，并在美国、加拿大等国家已有40多年的应用历史。近十年来，美国、加拿大等电缆厂商把铝合金电缆和附件配套系统引入我国家，铝合金电缆在我国得到推广应用，并且国内电缆厂家也开始生产和销售铝合金电缆。
1.1 电缆的性能特点
如表1所示，列出了三種电缆的性能对比。从表1可以看出，铜导体的电阻率比较小，具有较好的导电性，铝合金和铝的电阻率较大，导电性相对较弱，但铝合金的抗拉强度和屈服强度比较接近铜电缆。铝合金导体相比于纯铝导体，由于加入了特殊的成分并采用了特殊的加工工艺，极大的提高了抗拉强度，且延伸率提高到30%，接近于铜，使用更加安全可靠。
如下表2为额定电压0.6/1KV钢带铠装铜、铝合金和铝电缆外径和重量对比表，从表2可以看出，相似外径和重量的情况下，铝合金需求截面积比铜高一个等级，铝芯需求截面积比铜高2个等级，在满足相同导电性能的前提下，铝合金导体的截面约为铜导体的1.6倍， 铝合金重量约为铜导体的20%；铝导体截面约为铜导体的1.9倍多，重量约为铜的50%。1.2 电缆的腐蚀性能
铝固有的防腐性能缘自当铝表面与空气接触时形成薄而坚固的氧化层，这种氧化层特别耐受各种形式的腐蚀。而合金中添加的稀土元素又能进一步改善铝合金的耐腐蚀性能。碱性土壤和某些类型的酸性土壤环境对铝有较大的腐蚀性，所以直埋敷设的铝导体应使用绝缘层或模压护套防止腐蚀。在含硫的环境中，例如铁路隧道和其它类似地方，铝合金的抗腐蚀性能优于铜。
1.3 电缆的经济性
如下表3为额定电压0.6/1KV钢带铠装铜，铝合金和铝电缆价格对比，从表3可以看出，铝合金和铝电缆的价格较铜便宜较多，在满足相同导电性能的前提下，铝合金和铝的价格比传统的铜芯电缆低30%～50%。
2 实际项目对比
以正泰西藏拉萨运高10MW地面光伏电站为例，电压等级35KV，共布置9个1.25MWp光伏方阵。电站采用310Wp组件，17块一串联；并网逆变器采用630MW，共18台；9个1400KVA箱式变压器在高压侧并联串接为一回进线。
该项目直流电缆压降设计控制在3%左右，其中组件至汇流箱的电缆压降在1%左右，汇流箱至逆变器的电缆压降在2%左右。其中组件至汇流箱直流电缆规格为PV14mm2，长度为183.24KM。
如下表4为项目实际汇流箱至逆变器汇流直流电缆规格和长度，因并网逆变器采用630MW，故直流电缆电压选取0.6/1kV，再根据电流选取对应的载流量对应的电缆截面积。通过优化设计用以下铝合金或铝芯电缆替代汇流箱至逆变器汇流铜电缆如下表4示。
电力电缆截面积主要取决于载流量、短路热稳定性、压降以及经济性、机械强度等因素，因此电缆截面积的选择要对电缆的发热及其允许电流、电缆的允许电压损失、机械强度及电流密度等进行综合考虑后做出选择。由4表知，用铝合金或铝芯替代铜芯电缆，在满足载流量的条件下，导体的横截面积增加，电缆的规格种类增加，按照表3的对应单价对应计算后，铝合金电缆比铜电缆采购价格便宜约40%，铝芯电缆便宜约42%，铝合金和铝芯电缆在价格上优势较大。
ZRCYJLHV220.6/1kV铝合金电缆载流量的回路工作电流如表5所示，能满足回路电缆需求。
3 电缆搭线要求
《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》中明确规定，[34]母线与母线、母线与分支；支线、母线与电气接线搭接时，其搭接面的处理应符合如下表6要求：
4 结论与建议
从以上三种材料的电缆分析对比得出如下结论与建议：
（1）从成本和环境方面考虑，推荐在合适的区域项目上使用铝合金或铝芯电缆替代铜电缆。
（2）选用铝合金或铝芯电缆替代铜电缆，电缆外径有所增加，需要考虑汇流箱和逆变器电缆安装问题，尤其是铜芯与铝线链接处应严格按照搭线要求进行。
（3）铝合金电缆现在还是新兴产品，市场良莠不齐，在供应商选择上要谨慎，要选择有连铸连扎生产设备和相关检测设备的电缆厂家；要选择能提供全套解决方案和技术支持的供应商。
参考文献：
[1]重庆市将稀土材料列入优质投资高技术项目[R].铝加工200812830.
[2]GB/T2951.122008 电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法[S].
[3]GBT 29512008电缆机械物理性能试验方法[S].
[4]GB/T 305522014 电缆导体用铝合金线[S].