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.1434 北京科技大学学报 第31卷 扁排的工作温度为48.7℃，而80mm×10mm的铜 数如表2所示，从表中可见：采用截面尺寸相同的 包铝扁排和铜扁排分别为75.9℃和60.1℃.同时， 铜包铝扁排代替铜扁排，电阻R0由2.16×10-52. 铜包铝复合材料的比热容比纯铜大，因此，与铜 m-1增大为2.99×10-52m1,增加了38.4%，交 扁排相比，无论短时间还是长时间工作，单位长度电 流功率损耗从72.0Wm-1增大为100.6Wm-1, 阻相同的铜包铝扁排的工作温度较低，导电性能相 增加42.5%；而采用直流电阻相同的111mm× 对提高 10mm铜包铝扁排替代铜扁排，工作温度下降，交流 当环境温度为Th=20℃、当量换热系数为a= 功率损耗降低至69.5Wm-1,减小3.5%，同时可 10Wm-2.K-1及载流量为I=1600A时，包覆层 节约原材料成本约60%.因此，可以采用铜包铝导 面积比SA=20%,包覆层均厚（òh=òw),断面尺寸 电扁排替代铜扁排，在节省铜资源和成本的同时，导 分别为80mm×10mm、111mm×10mm的铜包铝 体功率损耗和工作温度降低 扁排和断面尺寸为80mm×10mm铜扁排的性能参 表2铜包铝扁排和铜扁排的性能参数及原材料成本对比 Table 2 Comparison of performance parameters and cost of CCA and copper flat bars Ro/(.m) 工作温度/ R1/(.m) k PAc/ 线密度/ 原材料成 扁排规格 (20℃) ℃ (稳定时) (稳定时) (W.m1) (kg'm1) 本/（元m) 80mmX10mm,Cu 2.16×10-5 60.1 2.49×10-5 1.130 72.0 7.12 235.0 80mm×10mm,CCA, 2.99×10-5 75.9 3.66X10-5 1.073 100.6 3.15 66.0 8h=6w,SA=20% 111mmX10mm.CCA. 2.16×10-5 45.7 2.41×10-5 1.127 4.37 91.6 6h=6m,SA=20% 69.5 注：文中铜、铝原材料价格分别设定为3.3万元-和11万元t1. 4结论 料成本降低约60%. 参考文献 (1)当扁排工作温度升高，交流功率损耗增加 之比小于直流电阻增加的比例，当包覆层面积比 [1]Perrard W.Strategies for optimizing cable design and performance Sa=20%、包覆层均厚（òh=δw)、80mmX10mm through the use of bimetallic wire.Wire J Int.2001.34(7): 154 的铜包铝扁排的工作温度从20℃升高至80℃时， [2]Xie JX.Liu X H.Liu X F.et al.Horizontal Continuous Direct 单位长度直流电阻增加24.1%，功率损耗系数减小 Composite Cast Forming Equipment and Technology of a 约2.5%，交流功率损耗增加20.8%，小于直流电阻 Cladding Materials:China Patent.200610112817.3.2008-04 增加的比例. -02 (谢建新，刘新华，刘雪峰，等.一种包复材料水平连铸直接复 (②)在包覆层的断面结构相同时，扁排可承载 合成形设备与工艺：中国专利，200610112817.3.2008-04- 的平均电流密度随断面积的增大而减小，以温升 02) 60℃为例，相比60mm×10mm扁排，80mm× [3]Xie JX,Liu X H.Liu X F,et al.A High Performance Rectan- 10mm、100mm×10mm扁排可承载的平均电流密 gle Cross Section Copper Cladding Aluminum Composite Electric 度分别降低3.3%和5.6%. Bus bar and Manufacturing Process:China Patent. 200810057668.4.2008-0204 (③)随当量换热系数的增大，扁排温升降低，其 (谢建新，刘新华，刘雪峰，等.一种高性能铜包铝矩形横断面 降低趋势逐步减小. 复合导电扁排及其制备工艺：中国专利，2008100576684.2008 (4)采用单位长度直流电阻相同的铜包铝导电 0204) 扁排替代铜扁排，在节省铜资源和原材料成本的同 [4]Wang Y.Zhang L.Economic analysis of the copper aluminum 时，功率损耗和工作温度降低，例如，采用包覆层面 compound bus duct.Group Technol Prod Modernization.2007 积比为SA=20%、包覆层均厚（δh=6w)、断面尺寸 (3):42 (汪玉，张磊·铜铝复合母线槽的技术经济分析.成组技术与 为111mm×10mm铜包铝扁排代替80mm×10mm 生产现代化，2007(3)：42) 铜扁排，在温升60℃时，铜包铝扁排可承载的最大 [5]Kang C G.Jung Y J.Kwon HC.Finite element simulation of die 载流量增加16.2%，交流功率损耗减小3.5%，原材 design for hot extrusion process of Al/Cu clad composite and its扁排的工作温度为48∙7℃而80mm×10mm的铜 包铝扁排和铜扁排分别为75∙9℃和60∙1℃．同时 铜包铝复合材料的比热容［17］比纯铜大．因此与铜 扁排相比无论短时间还是长时间工作单位长度电 阻相同的铜包铝扁排的工作温度较低导电性能相 对提高． 当环境温度为 Th＝20℃、当量换热系数为 a＝ 10W·m －2·K －1及载流量为 I＝1600A 时包覆层 面积比 SA＝20％包覆层均厚（δh＝δw）断面尺寸 分别为80mm×10mm、111mm×10mm 的铜包铝 扁排和断面尺寸为80mm×10mm 铜扁排的性能参 数如表2所示．从表中可见：采用截面尺寸相同的 铜包铝扁排代替铜扁排电阻 R0 由2∙16×10－5Ω· m －1增大为2∙99×10－5Ω·m －1增加了38∙4％交 流功率损耗从72∙0W·m －1增大为100∙6W·m －1 增加 42∙5％；而采用直流电阻相同的111mm× 10mm铜包铝扁排替代铜扁排工作温度下降交流 功率损耗降低至69∙5W·m －1减小3∙5％同时可 节约原材料成本约60％．因此可以采用铜包铝导 电扁排替代铜扁排在节省铜资源和成本的同时导 体功率损耗和工作温度降低． 表2 铜包铝扁排和铜扁排的性能参数及原材料成本对比 Table2 Comparison of performance parameters and cost of CCA and copper flat bars 扁排规格 R0／（Ω·m －1） （20℃） 工作温度／ ℃ R1／（Ω·m －1） （稳定时） kf （稳定时） PAC／ （W·m －1） 线密度／ （kg·m －1） 原材料成 本／（元·m －1） 80mm×10mmCu 2∙16×10－5 60∙1 2∙49×10－5 1∙130 72∙0 7∙12 235∙0 80mm×10mmCCA δh＝δwS A＝20％ 2∙99×10－5 75∙9 3∙66×10－5 1∙073 100∙6 3∙15 66∙0 111mm×10mmCCA δh＝δwS A＝20％ 2∙16×10－5 45∙7 2∙41×10－5 1∙127 69∙5 4∙37 91∙6 注：文中铜、铝原材料价格分别设定为3∙3万元·t －1和1∙1万元·t －1． 4 结论 （1） 当扁排工作温度升高交流功率损耗增加 之比小于直流电阻增加的比例．当包覆层面积比 SA＝20％、包覆层均厚（δh＝δw ）、80mm×10mm 的铜包铝扁排的工作温度从20℃升高至80℃时 单位长度直流电阻增加24∙1％功率损耗系数减小 约2∙5％交流功率损耗增加20∙8％小于直流电阻 增加的比例． （2） 在包覆层的断面结构相同时扁排可承载 的平均电流密度随断面积的增大而减小．以温升 60℃ 为 例相 比60mm×10mm 扁 排80mm× 10mm、100mm×10mm 扁排可承载的平均电流密 度分别降低3∙3％和5∙6％． （3） 随当量换热系数的增大扁排温升降低其 降低趋势逐步减小． （4） 采用单位长度直流电阻相同的铜包铝导电 扁排替代铜扁排在节省铜资源和原材料成本的同 时功率损耗和工作温度降低．例如采用包覆层面 积比为 SA＝20％、包覆层均厚（δh＝δw）、断面尺寸 为111mm×10mm 铜包铝扁排代替80mm×10mm 铜扁排在温升60℃时铜包铝扁排可承载的最大 载流量增加16∙2％交流功率损耗减小3∙5％原材 料成本降低约60％． 参 考 文 献 ［1］ Perrard W．Strategies for optimizing cable design and performance through the use of bimetallic wire．Wire J Int200134（7）： 154 ［2］ Xie J XLiu X HLiu X Fet al．Horiz ontal Continuous Direct Composite Cast Forming Equipment and Technology of a Cladding Materials：China Patent200610112817．3．2008－04 －02 （谢建新刘新华刘雪峰等．一种包复材料水平连铸直接复 合成形设备与工艺：中国专利200610112817．3．2008－04－ 02） ［3］ Xie J XLiu X HLiu X Fet al．A High Performance Rectangle Cross Section Copper Cladding Aluminum Composite Electric Bus-bar and Manuf acturing Process： China Patent 200810057668．4．2008－02－04 （谢建新刘新华刘雪峰等．一种高性能铜包铝矩形横断面 复合导电扁排及其制备工艺：中国专利2008100576684．2008 －02－04） ［4］ Wang YZhang L．Economic analysis of the copper-aluminum compound bus duct．Group Technol Prod Moderniz ation2007 （3）：42 （汪玉张磊．铜铝复合母线槽的技术经济分析．成组技术与 生产现代化2007（3）：42） ［5］ Kang C GJung Y JKwon H C．Finite element simulation of die design for hot extrusion process of Al／Cu clad composite and its ·1434· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷