0 引言
我国是铝资源丰富，铜资源匮乏的大国，早在1957年，工业与民用建筑电气应用方面就已经形成“以铝代铜”的理念，并确定为国家级技术政策。到20世纪70年代末，由于纯铝导体的机械强度和柔韧性差，使用过程中出现铝线开裂，折断，特别是连接处铝导体热膨胀系数大导致连接不可靠的电力事故频发，所以在电气应用上人们逐渐抛弃铝电缆而采用铜导体电力电缆。1968年，美国南方线缆公司开始研制生产铝合金线缆，并在欧美国家推广应用这种新型导体电力电缆，铝合金导体相比铝导体，拥有更好的抗拉和屈服强度，更好的延伸率，解决了铝导体在使用中大部分问题，并且美国发布了NEC2008《国家电气规范》，规范铝合金电力电缆使用，时至今日，美国建筑行业、工商业领域电气连接中铝合金导体占主要地位，应用已有40多年。
铝合金导电缆是采用特殊辊压成型型线绞合生产工艺和退火等先进技术制造的新型材料电力电缆，在我国GB 50217《电力工程电缆设计规范》中规定“除限于仅有铜导体和确定应选用铜导体的情况外，电缆导体材质可选用铜或铝导体”，由此可见，可以在规定场所内使用铝或铝合金电缆，随着科学技术的发展，铝合金导体的生产技术、工艺趋向成熟，铝合金电缆也逐步走向市场。
1 分布式光伏发电
分布式光伏发电系统特指在用户场地附件建设，运行方式以用户侧“自发自用，余点上网”，且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施，分布式光伏发电遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用的原则，充分利用当地太阳能资源，替代和减少化石能源消费。目前应用最为广泛的分布式光伏发电系统，是建在城市建筑物屋顶的光伏发电项目。
分布式光伏发电具有以下特点：①相比较大型地面电站，输出功率相对较小；②能够在一定程度上缓减局部用电紧张情况；③一般是建设在建筑物屋顶。
2 铝、铝合金及铜导体性能对比分析
2.1 定义
铝合金导体为铝的质量分数大于95%以上的合金。
2.2 成分
铝合金导体化学成分见表1。
表1 电缆导体用铝合金导体化学成分
由表1可以得出，铝合金导体主要成分是铝，铝合金导体拥有铝导体相似的电气性能，但是铝合金导体中加入了微量稀有元素，弥补了纯铝导体机械性能的不足，提高了导体的弯曲性能和抗蠕变性能。
2.3 使用范围
铝、铝合金及铜电缆均能使用在工频额定电压0.6/1kV电力系统，可室内、室外安装，可垂直安装、托架或沿墙敷设，也可地下直埋安装。
2.4 铝、铝合金及铜芯导体性能对比
铝、铝合金及铜芯导体性能对比见表2。
表2 铝、铝合金及铜芯导体性能对比表
2.5 常用电缆载流量对比及经济性分析
常用电缆载流量对比及经济性分析见表3和表4。
表3 常用铜、铝合金电缆载流量对比表
表4 常用铜、铝合金电缆经济性对比
数据来自国内某知名电缆制造企业铝合金电缆选型载流量表及材料价格单。
通过表3、表4，可近似地认为：铜芯电缆截面积小于等于50mm2，铝合金电缆的截面积比铜电缆的面积大一个等级，铜芯电缆截面大于等于70mm2，铝合金电缆的截面积比铜电缆的截面积大两个等级，基本满足两者载流量保持相同水平；与铜电缆相比，铝合金电缆单价（元/米）平均下降约60%。
2.6 电缆的热膨胀系数及连接性能
铝的热膨胀系数比铜高，因此铜铝连接是电气工程中常遇到的问题，铜和铝（铝合金）直接搭接，之间存在1.997V的电位差，空气中存在一定水分，之间就容易形成电化学腐蚀，增大接触电阻，使得接头处发热，如果采用刚性连接则会造成金属疲劳，长时间使用造成连接处松弛，也会增加接触电阻，从而导致安全事故发生。光伏发电系统随着环境温度、辐照度及用户负荷周期性变化等条件改变时，输出功率、电流、电压均不一样，在这样的条件下，对电缆的连接可靠性要求更高。
解决连接问题，主要采用以下方法：
（1）采用镀锡，用铜牌、铝（铝合金）端子镀锡来解决铜铝过渡问题。
（2）采用特制的过渡垫片。
（3）涂抹抗氧化剂，当不采用镀锡方法时，可以采用涂抹抗氧化剂来防止电解质（如空气中水分）的进入。
（4）使用铜铝（铝合金）过渡端子。
以上（1）、（2）、（3）方法接线时，均需要加垫片来解决热膨胀系数不同导致连接头是松动问题，（4）方法中则需求配套的铜铝（铝合金）过渡端子与连接端口进行连接，且铜铝合金过渡端子应符合GB/T 9327《额定电压35kV（Um=40.5kV）及以下电力电缆导体用压接式和机械式连接金具试验方法和要求》规定的1000次热循环测试，保证端子和铝合金电缆具有良好的匹配性，同时提供配套压接工具，由专业施工人员在现场进行安装指导，确保铜铝合金过渡端子压接可靠，电缆的连接稳定运行。
2.7 其他性能综合分析
（1）铜电缆以其优良导电性，并在制造和应用领域拥有充分的规范和标准，成为了分布式光伏发电领域首选。但是其资源匮乏和价格昂贵特性，是制约我国电缆产业可持续发展的根本。
（2）在满足同等电气性能的前提下，铝合金电缆重量约为铜电缆重量的1/3，对于分布式光伏发电项目，电缆通过桥架或电器竖井敷设时，大大降低施工难度和工作量，缩短工期，节省人工成本。
（3）铝合金电缆最小弯曲半径7D优于铜电缆10～20D，弯曲灵活，在建筑物内敷设电缆非常方便，尤其在空间狭窄的场所，能轻松布线到位，绕开障碍物等，使得电缆布线整齐，美观。
（4）阻燃性能。在JGJ 16《民用建筑电气设计规范》中规定“对一类高层建筑以及重要的公共场所等防火要求高的建筑物，应使用阻燃递延无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆”，目前常用铝合金电缆的绝缘采用的是XLPE（交联聚乙烯）材料，且具有自锁型铠装结构，阻燃性能良好，散热性能优异。
由于铝的熔点是660℃，因此在消防线路中严禁采用铝（铝合金）电力电缆。
（5）防腐性能。铝/铝合金导体在空气中，自然形成致密的氧化层，具有抵御腐蚀的效能，在空气或隧道中铝合金电缆的防腐蚀性能优于铜电缆；在酸、碱环境下，铝及铝合金电缆容易化学腐蚀，性能劣于铜电缆。
2.8 分布式光伏上应用
分布式光伏发电领域，铝合金直流电缆可以应用在直流汇流箱至逆变器，铝合金低压交流电缆应用在组串逆变器至交流汇流箱/并网柜、并网柜至接入柜等，铝合金电缆使用寿命达40年，完全满足光伏电站25年寿命要求，铝合金电缆在光伏发电领域应用必将掀起热潮。
3 结语
太阳能资源是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，具有资源充足性及潜在经济性等特点，光伏发电充分利用太阳能资源，系统安全可靠、无噪音、无污染、不影响用户用电环境，并可以减少对石油、煤炭等不可再生能源的依赖，在无电和荒漠地区建设的光伏电站，在给人们送去能源外还对环境治理也起到一定效果。
分布式光伏发电，不受资源分布地域限制，可利用建筑物屋面的优势，“自发自用，余电上网”模式有效减少建筑物业主电费支出，并缓减供电压力。铝合金电缆一定程度弥补了纯铝电缆的不足，电气性能优越，在分布式光伏发电领域合理利用铝合金电缆，将有力推进光伏行业向“平价上网”时代迈进，带来重大社会经济效益。
参考文献
[1]上海电缆研究所，永固集团股份有限公司．额定电压35kV（Um=40.5kV）及以下电力电缆导体用压接式和机械式连接金具试验方法和要求：GB/T 9327—2008[S]．北京：中国标准出版社，2009．
[2]杜毅威．铝合金电缆在建筑工程中的应用[J]．建筑电气，2010（5）：42-45．
[3]李德聪．铝合金电缆的优劣分析与应用[J]．电气工程应用，2013（1）：16-19，22．
[4]王鹏，蔡国阳，黄伟琼，等．合金电缆在低压配电网中的适应性研究[J]．电气技术，2012（8）：18-22．
（作者李杨供职于浙江正泰安能电力系统工程有限公司）
