舰用铝合金电缆应用可行性分析_邓海军.pdf

中国电工网舰用铝合金电缆应用可行性分析邓海军，潘碧霞，宗俊（江苏中煤电缆有限公司，江苏 宜兴 ）摘要：通过分析铝合金电缆的特点，对比同等载流量情况下的铜芯与铝合金导体电缆外径、质量。结合舰用电缆的使用环境，可知铝合金电缆不适用于消防要求较高的舰船舱室，且需专用铜铝过渡端子，压接工具由厂家专门配套，维护保养周期较长。探索铝合金电缆在舰船领域的应用可行性，对未来舰船装备的发展具有深远意义。关键词：铝合金；铜芯；铜铝过渡端子；可行性中图分类号：，（，）：，：；收稿日期：引言舰用电力电缆主要用于舰船的电力传输，目前多采用铜导体。实践表明铜导体舰用电缆具有导电性好、载流量大、耐腐蚀性好、机械抗拉强度高等优点。因为铜、铝的比重差别远远大于其导体率的差别，因此舰用电缆采用铝导体，在相同的电力传输能力下可极大减轻电缆总质量。本文通过对相关标准规范、铝合金电缆特点、电缆质量等进行分析，确定舰用铝合金电缆应用的可行性。相关规范的规定 舰船用低烟电缆和软线通用规范 和 舰船用电线电缆通用规范 标准中导体材料规定均未涉及铝合金线。：船舶电气设备 第 部分：船舶及近海设施用电力、控制和仪表电缆的一般结构和试验方法 标准中导体材料规定未涉及铝合金线。住宅建筑电气设计规范 中第 条规定在电气竖井内敷设作为主干供电的封闭式母线和线缆，可选用铜、铝和合金材质的导体，这说明铝合金电缆在住宅 电 气 设 计 中 主 要 作 为 干 线 供 电 电 缆 使 用。电力工程电缆设计标准 中第 条规定“电机励磁、重要电源、移动式电气设备等需保持连接具有高可靠性回路；振动场所、有爆炸危险或对铝有腐蚀等工作环境；耐火电缆；紧靠高温设备布置；人员密集场所；核电厂常规岛及与生产有关的附属设施”应采用铜导体；条规定除限于产品仅有铜导体；第 条确定应选用铜导体外，电缆导体材质可选用铜导体、铝或铝合金 导 体；铝 合 金 不 宜 作 为 电 压 等 级 以 上 导 体材质。铝合金电缆特点 导体材质铝合金导体的机械性能和耐腐蚀性能较差，一般在电工铝中加入铁、硼、镁、硅、锌、锰等合金元素，同时通过特殊工艺调整处理，提高铝合金性能，弥补纯铝导体电缆的不足。电缆导体用铝合金线的化学成分满足 电缆导体用铝合金线 标准的要求。铝合金线、铝线和铜线的机械性能对比见表。表机械性能对比项目铝线铝合金线铜线抗拉强度（）断裂伸长率（）铜铝过渡铜的电极电势为 ，铝的电极电势为 电工技术电气设备2023 1期，二者的电位差为。铝、铜导体直接连接时，这两种金属接触表面在空气中的水等杂质作用下极易形成电解液。由于二者存在电位差，铝会逐渐被氧化腐蚀，铜得到还原，在铝线表面生成氧化物，因此造成铜、铝连接处的接触电阻增大，接头易发热，有电气火灾安全隐患。铜和铝在 时的热膨胀系数分别为 和 。导体温度将随环境温度变化而变化，外部电源电压的稳定将影响电流变化，而电流的大小影响导体温度，在外部环境和电源质量综合影响下，铜铝导体作不同收缩和扩张。又由于二者膨胀系数不同，因此将造成二者接触不良，接触电阻增加，从而电压集中引起局部发热，导致电缆绝缘局部加速老化，严重时还可能引发短路甚至火灾。通过对铜和铝的电位差、热膨胀系数的比较分析，可知铜、铝导体连接须采用铜铝专用过渡端子或铜铝过渡管。铜铝过渡端子的性能要求见表。表铜铝过渡端子的性能要求试验项目性能要求参考标准机械性能：拉力试验拉力的计算：铝导体：导体标称截面积，最大 ，压接连接处无滑移 防腐蚀性能：镀层厚度测试锡电镀层或者锡镍电镀层厚度不小于 防腐蚀性能：盐雾试验试验时间不少于 ，样品数量不少于个，可在第三方测 试 机 构 或 具 有 认 证 的 供应商实验室进 行。可 接 受 的 结 果 分 为 两 级：级，表面处理层无变化或仅光泽微暗；级，表面处理层出现腐蚀点或膜状氧化物，或光泽暗淡，但无基体金属腐蚀点 电气性能：电阻比率作强制要求，以保证设计和压接质量 电气性能：温升试验最高温度不大于参考导体的温度 电气性能：短路试验次 电气性能：热循环试验初始离散度 ；平均离散度 ；电 阻比率的变化 ；电阻比率增长率；最高温度参考导体的温度。电缆耐火性能铜的熔点为 ，铝的熔点为 ，一般情况下合金的熔点比纯金属的熔点低。舰船用电线电缆通用规范 标准中 条规定电缆耐火特性需进行供火温度不小于 或 （加冲击）的试验，因此铝合金电缆不能作为耐火电缆。电缆载流能力 时，铜线电阻率不大于 ，铝合金线电阻率不大于 ，同截面铝合金芯电缆载流量为铜芯电缆的 左右。铜芯与铝合金导体电缆载流量见表，其中电压等级为 ，工作温度为，环境温度为。表 电缆载流量截面载流量单芯芯芯铜铝合金铜铝合金铜铝合金 续表截面载流量单芯芯芯铜铝合金铜铝合金铜铝合金 通过表可得出同样载流情况下铝合金导体截面积对应的铜芯导体截面积，具体见表。表铝合金导体截面积对应的铜芯导体截面积铝合金导体截面铜芯导体截面铝合金导体截面铜芯导体截面 电缆外径、质量根据表，列举常见规格的铜芯与铝合金导体电缆外径、质量进行对比，具体见表。表 电缆外径、质量进行对比型号规格外径计算质量（）铜芯铝合金铜芯铝合金铜芯铝合金 由表可知，相同载流情况下，铝合金电缆比铜芯电缆外径大，但是质量轻。铝合金电缆用于舰船供电系统的可行性分析由于舰船自身的特殊性，在火灾情况下不仅要保证舰船的生命力同时也要保障舰员的生命安全，因此舰船上重要设备供电用电缆不仅要满足低烟无卤阻燃低毒，而且要满足耐火性能。铝合金电力电缆只有阻燃级，没有耐火级（下转第 页）电气设备电工技术中国电工网图 6 增加弹垫询问厂家后得知，出现这种情况时可把将军帽重新拆除，多试几次，找到合适的安装孔位。经多次试验，发现安装时每次紧固的位置其实是差不多的，紧固后基本每次都停留这个位置，个螺丝孔位还是无法对齐。最后采用一个弹簧垫加绝缘胶皮的方法。因为弹簧垫本身会提供一个反作用力加大二者直接压紧力，所以当将军帽在导电杆紧固后，即使出现螺丝孔位不对，要往回松的情况，也不会使螺牙连接存在间隙，依然很紧固。选择合适的弹簧垫后再次安装，个螺丝孔位不对齐问题已不存在，且将军帽上紧后与套管顶部平面有间隙。复装完成后相关直流电阻试验满足相关要求。结语通过这次对将军帽发热的分析及处理，对相关结构及发热原因有了更加深入的认识，今后再遇到类似缺陷，也有了相应处理方法。在此基础上，对将军帽发热的几种情况进行了汇总，具体如下。（）接触压力不足。判断方法：。处理方法：加高并在的位置增加弹性垫片；抬高铜杆且确保（铜杆上螺纹的尺寸）外漏部分全螺纹，无螺纹后不可继续抬高（为铜杆可抬高最大尺寸），可选择在位置增加平垫或螺帽等，抬高后测量（的尺寸需包含弹性垫片）。（）有效接触面积不足。判断方法：或。处理方法：更换将军帽或铜杆。（）接触面有污垢。判断方法：目测和位置应干净，无污垢。处理方法：清洁接触面。（）接触面不规则。判断方法：目测和位置螺纹应规则。处理方法：更换将军帽或铜杆。参考文献 陈泽光如何提高测量变压器直流电阻值的准确性广东省输电与变电技术，（）：油纸电容式变压器套管型式和尺寸 电力设备预防性试验规程 电力设备检修试验规程 郭清海典型变压器故障案例分析与检测北京：中国电力出版社，梁增杰，黄振荣多起变压器套管将军帽发热故障分析及处理措施机电信息，（）：黄晓峰变压器套管将军帽过缺陷典型特征分析电工电气，（）：，（上接第 页）电缆，所以铝合金电力电缆只能用于消防要求不高的舰船舱室。相同载流量下，铝合金电缆比铜芯电缆的外径大；舰船舱室敷设的电缆均需穿过管道和设备填料函，因此管道和填料函的尺寸均需加大，工程费用有所增加。铝合金电缆在与铜缆连接时需专用的铜铝过渡端子，压接端子头工具由厂家专门配套，维护时间较长，不利于舰员日常维护保养。由于机械强度问题，在截面 以下时不应选用铝合金电缆。结语目前，相关标准都没有关于舰船用铝合金电缆的规定，需发布相关标准或规范，规定材料、结构、尺寸和试验要求，这样就会使舰船用铝合金电缆进一步规范化。参考文献 舰船用低烟电缆和软线通用规范 舰船用电线电缆通用规范 ：，住宅建筑电气设计规范 电力工程电缆设计标准 电缆导体用铝合金线电工技术电气设备