关于提高铸造铝合金导体导电率的研究 史润军 （河南平高东芝高压开关有限公司，河南 平顶山４６７０１３） 摘要：高压开关中铸造铝合金导体的材料一般为ＺＬ１０１Ａ—Ｔ６，导电率一般为３３％～３６％ＩＡＣＳ。近些年，随着电力需求的提高， 高压电器设备的载流容量要求越来越高。在不改变现有铸造铝合金导体结构的前提下，为了提升导体的载流容量，就必须提高现有 导体的导电率。本文从铸造铝合金导体的制造工艺方面研究了提高导电率的方法。 关键词：铸造铝合金导体；导电率；工艺方法 中图分类号：ＴＧ１４６文献标识码：Ａ文章编号：１００３—５１６８（２０１３）１７—００６０－０１ 近些年，随着国内高压电器制造厂家的增多，市场竞争Ｅｔ 趋激烈，高压电器正在朝着小型化、低成本化的方向发展。设备 小型化后，内部结构更加紧凑、复杂，考虑到绝缘的要求，内部 导体很多都必须采用铸造结构。受制于铸造工艺的特性，铸造 导体与棒材加工的导体相比，材料金相组织比较粗大，杂质较 多，致使铸造导体的导电率比较低。 １铸造铝合金导体常规的制造工艺及性能参数 高压电器中的铸造铝合金导体，材质一般为ＺＬ１０１Ａ—Ｔ６， 导体的导电率为３３～３６％ＩＡＣＳ『试样电导率与某一标准值的比 值的百分数称为该试样的导电率。１９１３年，国际退火铜标准确 定：采用密度为８．８９ｇ／ｃｍ 、长度为１ｍ、重量为１ｇ、电阻为 ０．１５３２８欧姆的退火铜线作为测量标准。在２００＇：Ｅ温度下，上述 退火铜线的电阻系数为０．０１７２４１ｆ或电导率为５８．ＯＭＳ／ｍ）时确 定为ＩＯ０％ＩＡＣＳ（国际退火铜标准），其他任何材料的导电率 ＩＡＣＳ）可用下式进行计算：导电率（％ＩＡＣＳ）＝Ｏ．０１７２４１／ｐ＊１００％］。 铸造铝合金导体的主要制造工艺流程：铝液熔化一浇 注— 热处理— 机械加工。 ＺＬ１０１Ａ—Ｔ６的化学成分及机械性能分别见表１、表２。 表１化学成分（ＧＢ／Ｔ１１７３） 表２机械性能（ＧＢ／Ｔ１１７３） 布氏硬度 抗拉强度 屈服强度 伸长率８ｓ 代号 合金状态 成型方法 ＨＢＳ（５／ ｆＭＰａ） （ＭＰａ） （％） ２５０／３０） ＺＬ１０１Ａ －Ｔ６ ＪＢ ≥２９５ ≥３ ≥８Ｏ ２提高导体导电率的必要性 随着高压电器技术的发展．市场对设备的载流能力要求 越来越高。为了使导体具备更高的载流要求，通常可以从以下 两个方面进行改善。 ２．１增加铝合金导体的截面积 导体的电阻率和长度一定时，增加导体的截面积．可以降 低导体的电阻，即在温升不变时，导体可以承载更大的电流。但 导体的截面积增大后，产品的绝缘裕度可能会降低，而且增加 导体成本。 ２．２采用纯铜导体 纯铜的导电率在７０％ＩＡＣＳ以上，采用相同截面积的纯铜 导体可以显著提高导体的载流能力。但纯铜的成本高，且质量 大．转运、安装不方便。 以上两个方法，可以达到提高导体载流能力的目的，但都 会较大幅度得增加导体成本，甚至会降低绝缘裕度，不是最优 方案。如何在不改变现有导体结构的前提下来提高导体的载流 能力，是一个值得研究的课题。 ６０ ３提高铸造铝合金导电率的工艺方法 为了提高ＺＬ１０１Ａ铸造导体的导电率，可以从调整材料的 化学成份、熔炼工艺和热处理工艺等方面考虑。经过大量的实 验验证后，得出以下规律：１）材料杂质越少、越纯净，则其导电 率就越高。对于铸造铝合金导体的材料ＺＬ１０１Ａ来说，Ｆｅ、Ｃｕ、 Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ等元素均属于杂质，这些元素含量越少，导体的导电 率就越高。２）铝液进行熔炼时，变质处理和精炼能够提高材料 的导电率和机械性能。３）热处理时，提高时效温度，可以提高导 体的导电率，但导体的强度会随之降低。 结合导体在高压开关中的作用，导体在设计及制造时应 考虑以下两个方面：１）导电率。导体的作用是通流，故其必须具 备足够的导电率，保证在常态工作时，高压电器设备的温升满 足设计要求；２）机械强度。导体在通流的同时，会相互产生一定 的电动力，为了确保导体不产生影响性能的变形、破坏，导体必 须具备足够的抗拉强度、屈服强度、延伸率等机械性能。 综合考虑导体的性能和制造成本，在提高导体的导电率 时．应遵循以下原则：１）导体的导电率和机械性能应同时考虑； ２）材料和工艺成本相对原来增加不大；３）优化后的制造工艺尽 可能和常规工艺保持一致。 参照以上原则，导体在实际批量制造时，制造厂家可以从 以下几个方面进行工艺改善：１）严格控制材料中杂质元素的含 量；２）对铝熔液精炼和变质处理：熔液经过精炼和变质处理后， 晶粒得到细化．金相组织更加致密，有利于提高导体的导电率 和机械性能；３）改变热处理工艺：在进行时效热处理时，可以适 当提高人工时效的温度、延长时效的时间．通过改变材料的金 相组织，在兼顾导体的机械性能的前提下提高其导电率。 ４应用案例 根据以上工艺改善方法．对铸造铝合金导体进行了小批 量试做，并在１１０ｋＶ３１５０Ａ高压开关温升样机上进行了试用。 结果和常规铸造铝合金导体ＺＬ１０１Ａ—Ｔ６相比，导体导电率从 原先的３６％ＩＡＣＳ提高到了４５％ＩＡＣＳ以上。而且导体的机械性 能仍能满足设计要求；样机的温升相对导造工艺改善前有 所下降，试验结果全部符合标准要求。试验效果达到了预期，而 且导体的综合成本较原来也没有明显增加。 ５结束语 在不改变原铸造铝合金导体结构的前提下，通过改善导 体的制造工艺。有效地提高了导体的导电率，不仅满足了大容 量高压开关的要求，而且综合成本也增加不大，实际工程应用 后．取得了一定的社会效益和经济效益。 参考文献： 【１］张猛，陈丽芬．高压开关设备中铝合金铸造工艺发展综 述ｆＪ］．高压电器，２０１１．４，４７（４），４
