我が国ではアルミニウム合金ケーブルは長らく使用されていなかったが、都市、工場、鉱山におけるアルミニウム合金ケーブルの使用には、既に大きな潜在的危険性とリスクが存在することを示す事例が存在する。以下では、2つの実例と、アルミニウム合金ケーブルの危険事故につながる8つの要因について論じる。
ケース1
ある製鉄所では、アルミニウム合金ケーブルがバッチ式に使用されていました。1年間で2件の火災が発生し、半月の操業停止と2億元の直接的な経済損失が発生しました。
これは火災後に修復された吊り橋です。火災の痕跡は今も鮮明に残っています。
ケース2
湖南省のある都市の照明配電システムでは、アルミニウム合金ケーブルが使用されています。設置後1年以内に、アルミニウム合金ケーブルに激しい腐食が発生し、ケーブル接続部と導体が損傷し、電力供給が停止しました。
これら二つの事例から、中国の都市、工場、鉱山におけるアルミニウム合金ケーブルの大規模な普及が、都市、工場、鉱山に潜在的な危険をもたらしていることがわかります。ユーザーはアルミニウム合金ケーブルの基本的な特性を理解していなかったため、甚大な損失を被りました。ユーザーがアルミニウム合金ケーブルの耐火信頼性と保護特性を事前に理解していれば、大きな損失を被ることはなかったでしょう。しかし、そのような損失は事前に回避できるはずです。
アルミニウム合金ケーブルの特性上、アルミニウム合金ケーブルは防火性および耐腐食性において固有の欠陥を有しており、それは以下の8つの側面に現れます。
1. 耐食性、8000シリーズアルミニウム合金は、通常のアルミニウム合金よりも劣ります
GB/T19292.2-2003規格表1注4には、アルミニウム合金の耐食性は一般アルミニウム合金よりも劣り、銅よりも劣ると記載されています。これは、アルミニウム合金ケーブルがマグネシウム、銅、亜鉛、鉄などの元素を含んでいるため、応力腐食割れ、層状腐食、粒界腐食などの局部腐食が発生しやすいためです。さらに、8000系アルミニウム合金は腐食しやすい公式に属しており、アルミニウム合金ケーブルは腐食しやすいです。熱処理工程を加えると、物理的状態に不均一が生じやすく、アルミニウムケーブルよりも腐食しやすくなります。現在、我が国で使用されているアルミニウム合金は、基本的に8000系アルミニウム合金です。
2. アルミニウム合金の耐熱性は銅のそれとは大きく異なります。
銅の融点は 1080 度、アルミニウムおよびアルミニウム合金の融点は 660 度であるため、耐火ケーブルには銅導体の方が適しています。現在、一部のアルミニウム合金ケーブル製造業者は、耐火アルミニウム合金ケーブルを製造し、関連する国家標準テストに合格できると主張していますが、この点ではアルミニウム合金ケーブルとアルミニウムケーブルに違いはありません。火災の中心部（上記）の温度がアルミニウム合金およびアルミニウムケーブルの融点よりも高い場合、ケーブルがどのような絶縁対策を講じても、ケーブルは非常に短時間で溶けて導電機能を失います。したがって、アルミニウムおよびアルミニウム合金は、耐火ケーブル導体として使用したり、人口密度の高い都市の配電網、ビル、工場、鉱山では使用しないでください。
3. アルミニウム合金の熱膨張係数は銅よりもはるかに高く、AA8030アルミニウム合金の熱膨張係数は普通のアルミニウム合金よりもさらに高くなります。
表からわかるように、アルミニウムの熱膨張係数は銅よりもはるかに高いです。アルミニウム合金AA1000とAA1350は若干改善されていますが、AA8030はアルミニウムよりもさらに高い値を示しています。高い熱膨張係数は、導体の熱膨張と収縮によって接触不良や悪循環を引き起こします。しかし、電源には常にピークと谷があり、ケーブルの性能に大きな負担をかけます。
4. アルミニウム合金はアルミニウムの酸化の問題を解決しない
大気にさらされたアルミニウム合金は、厚さ約10nmの硬く結合力はあるものの脆く、高い抵抗を持つ膜を急速に形成します。この膜の硬さと結合力により、導電性の接点を形成することが困難になります。そのため、アルミニウムおよびアルミニウム合金の表面にある酸化層は、設置前に除去する必要があります。銅の表面も酸化されますが、酸化層は柔らかく、半導体に分解しやすく、金属間接触を形成します。
5. アルミニウム合金ケーブルは応力緩和とクリープ耐性が向上していますが、銅ケーブルに比べるとはるかに劣ります。
アルミニウム合金のクリープ特性は、特定の元素を添加することで向上させることができますが、アルミニウム合金と比較するとその向上度合いは非常に限定的であり、銅とは依然として大きな差があります。アルミニウム合金ケーブルが本当に耐クリープ性を向上させることができるかどうかは、各企業の技術、製造技術、品質管理レベルに密接に関連しており、この不確実性自体がリスク要因となります。成熟した技術による厳格な管理がなければ、アルミニウム合金ケーブルのクリープ性能の向上を保証することはできません。
6. アルミ合金ケーブルはアルミ接続の信頼性問題を解決しない
アルミニウム接合部の信頼性に影響を与える要因は5つあります。アルミニウム合金は1つの問題のみを改善しましたが、アルミニウム接合部の問題そのものは解決していません。
アルミニウム合金の接合には5つの問題があります。8000系アルミニウム合金はクリープと応力緩和のみが改善されていますが、その他の面では改善が見られません。そのため、接合問題は依然としてアルミニウム合金の品質に影響を与える大きな問題です。アルミニウム合金もアルミニウムの一種であり、新素材ではありません。アルミニウムと銅の基本特性のギャップが解決されない限り、アルミニウム合金は銅の代替にはなりません。
7. 品質管理の不統一（合金組成）による国産アルミニウム合金のクリープ抵抗の低さ
POWERTECHがカナダで実施した試験の結果、国産アルミ合金の組成は不安定であることが判明しました。北米産アルミ合金ケーブルのSi含有量の差は5%未満であるのに対し、国産アルミ合金は68%に達しており、Siはクリープ特性に影響を与える重要な元素です。つまり、国産アルミ合金ケーブルの耐クリープ性は、まだ成熟した技術によって形成されていないということです。
8. アルミ合金ケーブルジョイント技術は複雑で、隠れた危険が残りやすいです。
アルミ合金ケーブルジョイントは、銅ケーブルジョイントよりも3工程多く必要です。効果的な酸化皮膜除去と酸化防止剤の塗布が鍵となります。国内の施工レベルはばらつきがあり、品質要求も不均一であるため、潜在的な危険が潜んでいます。さらに、中国には厳格な法的賠償制度がないため、実際の最終的な損失は基本的にユーザー自身が負担することになります。
上記の要因に加えて、アルミ合金ケーブルには遮断電流の統一規格がなく、接続端子が通過できず、容量電流が増加し、断面積の増加によりアルミ合金ケーブルの敷設距離が狭くなったり、支持力が不足したりします。また、ケーブル断面積の増加、ケーブル溝のスペースのマッチング、メンテナンスコストの急激な増加など、施工上の困難も生じます。ライフサイクルコストの上昇、設計者が従うべき基準の欠如、不適切な取り扱いや故意の無視など、一連の専門的な問題は、ユーザーに重大かつ取り返しのつかない損失や事故をもたらすのに十分です。
投稿日時: 2017年4月20日