由于國(guó)內(nèi)銅資源短缺，國(guó)內(nèi)電力行業(yè)開(kāi)始推廣應(yīng)用鋁合金電力電纜代替銅電纜。但是船舶行業(yè)還沒(méi)有開(kāi)始使用鋁合金電纜，市場(chǎng)上也還沒(méi)有電纜生產(chǎn)廠家為船舶行業(yè)生產(chǎn)船用鋁合金電纜。本文主要通過(guò)對(duì)電力行業(yè)用銅芯電纜、鋁合金電纜和船用銅芯電纜進(jìn)行對(duì)比，分析鋁合金電纜的優(yōu)缺點(diǎn)，研究其在船舶行業(yè)應(yīng)用的可行性。
銅和鋁是目前世界上電線電纜的最主要材料。銅電纜導(dǎo)電率和可靠性高，但價(jià)格昂貴;鋁芯電纜導(dǎo)電率低、機(jī)械性能差、可靠性略低，但重量輕、價(jià)格便宜。我國(guó)電力電纜中銅電纜占90%以上，但目前國(guó)內(nèi)銅資源短缺，同時(shí)電解鋁產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩，因此國(guó)家在大力推行以鋁代銅。
美國(guó)從1988年開(kāi)始應(yīng)用AA-8000系列鋁合金作為核心導(dǎo)體的電力電纜，其機(jī)械特性較純鋁芯電纜有明顯改善。近年來(lái)國(guó)內(nèi)已經(jīng)在建筑和電力行業(yè)中開(kāi)始推廣應(yīng)用鋁合金電纜，但還未出現(xiàn)船用鋁合金電纜。通過(guò)對(duì)比電力行業(yè)用鋁合金電纜，分析在船舶行業(yè)應(yīng)用鋁合金電纜的可行性。
2 鋁合金電纜的優(yōu)點(diǎn)
目前電力行業(yè)應(yīng)用的鋁合金電力電纜具有以下優(yōu)點(diǎn)：抗蠕變性能比純鋁電纜提高300%;抗拉強(qiáng)度好，延伸率比純鋁電纜提高30%;熱膨脹系數(shù)與銅相當(dāng);連接性能與銅電纜一樣安全穩(wěn)定;自重承載力強(qiáng);防腐蝕性能優(yōu)于銅電纜;柔韌性優(yōu)于銅電纜;具有緊壓特性，在同等載流量情況下導(dǎo)體外徑只比銅電纜大10%。
3 鋁合金電纜和銅芯電纜的選取
3.1 電纜的電壓等級(jí)
電力行業(yè)使用電纜的電壓區(qū)間是220 V～35 kV，鋁合金電纜電壓等級(jí)是從0.6/1 kV～26/35 kV;船舶行業(yè)船用電壓等級(jí)是220 V～6 kV，電纜電壓等級(jí)是0.6/1 kV～8.7/15 kV，其中6 kV及以上使用較少。在下面對(duì)比分析時(shí)，選取的三種電纜電壓等級(jí)是參照船用電纜中使用量最大的0.6/1 kV等級(jí)電纜。
3.2 電纜絕緣、鎧裝、護(hù)套類型
（1）電力行業(yè)用鋁合金電纜
主要有YJLHV、YJLHY、YJLH60、YJLH62、YJLH63、VLHV、VLHV22等幾類，其核心導(dǎo)體都是AA-8000稀土鋁合金，主要區(qū)別在于絕緣、鎧裝和護(hù)套材料，詳見(jiàn)表1。
船舶行業(yè)在進(jìn)行電纜選擇時(shí)要考慮船舶的特殊環(huán)境，主要是高溫、高鹽、高濕、易發(fā)生機(jī)械損傷、易發(fā)生火災(zāi)等，因此船用電纜在絕緣、護(hù)套和鎧裝材料上的選用要求比電力行業(yè)用電纜高，部分類型船用電纜比電力行業(yè)用的電力電纜要多一層內(nèi)護(hù)套，詳見(jiàn)表3。
在進(jìn)行上述幾種電纜對(duì)比時(shí)，要盡量選用絕緣、護(hù)套和鎧裝的材料都比較相近的幾種電纜：電力行業(yè)用鋁合金電纜類型是YJLH62，即鋁合金導(dǎo)體、交聯(lián)聚乙烯絕緣、鋁合金聯(lián)鎖鎧裝、聚氯乙烯外護(hù)套電纜;電力行業(yè)用銅芯電纜是YJV32，即銅芯、交聯(lián)聚乙烯絕緣、鋼絲編織鎧裝、聚氯乙烯護(hù)套電纜;船用銅芯電纜是CJ92/SA，即銅芯、交聯(lián)聚乙烯絕緣、鍍鋅鋼絲編織鎧裝、聚氯乙烯外護(hù)套電纜。
3.3 電纜芯線數(shù)量
電力系統(tǒng)根據(jù)中性點(diǎn)接地和保護(hù)類型，分為三相三線制、三相四線制、三相五線制等。電力行業(yè)使用的電纜芯線數(shù)量有3、3+1、3+2、4或者4+1;船舶電力系統(tǒng)多數(shù)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，電纜以3芯電纜為主。在對(duì)比分析時(shí)，選取的三種電纜都是3芯電纜。
3.4 電纜導(dǎo)體截面積
電力行業(yè)應(yīng)用的ACWU90（YJLHVLKV）型鋁合金電纜截面積是10～400 mm2;船用電纜截面積一般是1～185 mm2。為方便對(duì)比，選取的三種電纜芯線截面積是10～185 mm2。
4 三種電纜的對(duì)比分析
4.1 電纜連續(xù)工作時(shí)的額定載流量 ?。?）參考標(biāo)準(zhǔn)
電纜的額定載流量是電纜最重要的參數(shù)，主要與導(dǎo)體的導(dǎo)電性能、絕緣材料、安裝方式、基準(zhǔn)環(huán)境溫度和允許最高工作溫度有關(guān)。三種電纜采用的標(biāo)準(zhǔn)及工作條件如下：
?、匐娏π袠I(yè)用鋁合金電纜標(biāo)準(zhǔn)為《NB/T 42051-2015 額定電壓0.6/1 kV鋁合金導(dǎo)體交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜》[1];工作條件為空氣中敷設(shè)、環(huán)境溫度40 ℃、45 ℃時(shí)校正系數(shù)0.94、電纜允許最高工作溫度90 ℃。
?、诮ㄖこ毯碗娏こ逃玫你~芯電纜的標(biāo)準(zhǔn)為《IEC60364-5-523銅芯電線電纜載流量標(biāo)準(zhǔn)》[2]、《GB/T16895.15-2002建筑物電氣裝置.布線系統(tǒng)載流量》[3];工作條件為空氣中敷設(shè)、環(huán)境溫度30 ℃、45 ℃時(shí)校正系數(shù)0.87、電纜允許最高工作溫度90 ℃。
?、鄞勉~芯電纜標(biāo)準(zhǔn)為《IEC60092-352船舶電氣設(shè)施.低壓電力系統(tǒng)用電纜的選擇和敷設(shè)》[4]、《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范2015》[5];工作條件為空氣中敷設(shè)、環(huán)境溫度45 ℃、電纜允許最高工作溫度90 ℃。
?。?）數(shù)據(jù)對(duì)比
三種類型電纜都采用空氣中敷設(shè)、交聯(lián)聚乙烯絕緣，允許最高工作溫度都為90 ℃。但相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中采用基準(zhǔn)環(huán)境溫度各不相同，需進(jìn)行溫度校正將載流量統(tǒng)一到45 ℃環(huán)境溫度條件下。根據(jù)各標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范提供的載流量數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度校正后，整理得出的數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。
?。?）數(shù)據(jù)分析
?、黉X合金電纜的導(dǎo)電性能低于銅芯電纜，在相同截面積時(shí)電力行業(yè)用鋁合金電纜的載流量?jī)H為銅芯電纜的84%。為此，通過(guò)增大電纜規(guī)格來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，即70 mm2以下銅芯電纜選擇相同載流量的鋁合金電纜時(shí)，鋁合金電纜截面積比銅芯電纜大一個(gè)規(guī)格;70 mm2及以上時(shí)，鋁合金電纜比銅芯電纜大兩個(gè)規(guī)格。
?、诖碍h(huán)境較為惡劣，船用材料和設(shè)備所需的安全閾值較高，因此在相同截面積時(shí)船用銅芯電纜的載流量低于電力行業(yè)用銅芯電纜，僅為后者的約80%。
4.2 電纜的外徑和單位長(zhǎng)度重量
?。?）原始數(shù)據(jù)對(duì)比
根據(jù)各電纜生產(chǎn)廠家提供的三種電纜資料，見(jiàn)表5和表6。
（2）增大規(guī)格后的數(shù)據(jù)對(duì)比
電力行業(yè)遵循鋁合金電纜增大規(guī)格使用的原則，增大規(guī)格使用后的對(duì)比情況見(jiàn)表7。
?。?）數(shù)據(jù)分析
由表6可以看出：在同等截面積時(shí)，電力行業(yè)用鋁合金電纜比銅芯電纜外徑大15%、重量減輕50%;船用銅芯電纜的外徑比電力行業(yè)用銅芯電纜大9%、重量基本相當(dāng);
由表7可以看出：鋁合金電纜增大規(guī)格使用時(shí)，電力行業(yè)用鋁合金電纜比電力行業(yè)用銅芯電纜外徑大30%、重量減輕23%。
由此可以得出結(jié)論：同等截面積的導(dǎo)體，用作船用電纜時(shí)外徑比用作電力行業(yè)時(shí)增加9%;在增大規(guī)格使用的情況下，鋁合金電纜的外徑比銅芯電纜大30%、重量減輕30%。
4.3 電纜彎曲半徑
根據(jù)電纜生產(chǎn)廠家提供的資料：
YJLH62型電力行業(yè)用鋁合金電纜的最小彎曲半徑為7D;
YJV32型電力行業(yè)用銅芯電纜的最小彎曲半徑為15D;
CJ92/SA型船用銅芯電纜的最小彎曲半徑為6D。
由此可以看出，鋁合金電纜最小彎曲半徑遠(yuǎn)小于電力行業(yè)用銅芯電纜，這種鋁合金導(dǎo)體制成船用鋁合金電纜時(shí)，最小彎曲半徑必然小于船用銅芯電纜的6D。
4.4 電纜單位長(zhǎng)度價(jià)格
目前電力行業(yè)用的鋁合金電纜在增大規(guī)格使用后，價(jià)格仍然只有銅芯電纜的70%—80%;使用AA-8000鋁合金導(dǎo)體制成船用鋁合金電纜，即使增大規(guī)格使用，價(jià)格也只有船用銅芯電纜的70%—80%。
4.5 電纜的其它性能
電纜的其它性能還包含：工作溫度、阻燃/耐火性、機(jī)械性能、耐腐蝕性能等。這些性能與電纜核心導(dǎo)體有一定關(guān)系，也與電纜的絕緣、鎧裝和護(hù)套材料有關(guān)。根據(jù)相關(guān)資料，AA-8000鋁合金導(dǎo)體的機(jī)械性能（拉伸性、抗疲勞性）優(yōu)于同等截面積的銅導(dǎo)體，并且由于鋁合金接觸空氣的部分會(huì)氧化，在導(dǎo)體表面形成一層致密氧化膜，起到保護(hù)內(nèi)部導(dǎo)體的作用，故其耐腐蝕性能也優(yōu)于銅導(dǎo)體。
如果按照船用標(biāo)準(zhǔn)使用AA-8000鋁合金導(dǎo)體制造船用電纜，那么電纜工作溫度、阻燃/耐火性、耐腐蝕性能等可以做到與目前使用的船用銅芯電纜基本相當(dāng)，甚至部分性能更加優(yōu)良。
5 結(jié)論
由于船用電纜與電力行業(yè)用電纜所采用標(biāo)準(zhǔn)不同，目前電力行業(yè)使用的鋁合金電纜和銅芯電纜不能直接用于船舶。通過(guò)對(duì)三種電纜各項(xiàng)參數(shù)的對(duì)比分析，可以得出以下結(jié)論：
（1）可以預(yù)估，當(dāng)使用AA-8000鋁合金導(dǎo)體制成船用電纜時(shí)：載流量是電力行業(yè)用鋁合金電纜的80%;外徑是電力行業(yè)用鋁合金電纜的109%、單位長(zhǎng)度重量相當(dāng);最小彎曲半徑和耐腐蝕能力優(yōu)于船用銅芯電纜;電纜工作溫度、防水、阻燃/耐火性能、防止機(jī)械損傷能力、承受軸向拉力極限等參數(shù)與船用銅芯電纜相當(dāng)。
（2）鋁合金電纜的載流量低于銅芯電纜。在通過(guò)載流量選擇電纜截面積時(shí)，船用鋁合金電纜需要較船用銅芯電纜增大規(guī)格使用。在增大規(guī)格使用時(shí)，船用鋁合金電纜與船用銅芯電纜相比，兩者載流量相當(dāng)，重量是后者70%，外徑是后者130%，價(jià)格是后者70%—80%。
在其它性能基本相當(dāng)?shù)那闆r下，AA-8000鋁合金導(dǎo)體制造的船用鋁合金電纜可以應(yīng)用于船舶行業(yè)。其優(yōu)缺點(diǎn)如下：重量輕、價(jià)格低，但占用空間多。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，船用鋁合金電纜可以應(yīng)用在一些空間寬裕、對(duì)成本和重量控制嚴(yán)格的船舶上，不宜用在空間有限的船舶上。
目前國(guó)內(nèi)電力行業(yè)用鋁合金電纜代替銅電纜處于起步階段，市場(chǎng)上出現(xiàn)船用鋁合金電纜還需時(shí)日。但國(guó)內(nèi)銅資源短缺，在國(guó)家大力推行以鋁代銅的背景下，制造專用的船用鋁合金電纜是大勢(shì)所趨。本文僅基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，未來(lái)市場(chǎng)上出現(xiàn)船用鋁合金電纜時(shí)，還需要經(jīng)過(guò)專業(yè)檢測(cè)、論證才可進(jìn)行實(shí)船應(yīng)用。
