艦船用岸電電纜的研制

李永江

（江蘇遠洋東澤電纜股份有限公司，江蘇揚州225129）

艦船用岸電電纜的研制

李永江

（江蘇遠洋東澤電纜股份有限公司，江蘇揚州225129）

介紹了一種基于延長使用壽命而研制的艦船用岸電電纜。該電纜結(jié)構(gòu)緊密穩(wěn)定，具有船舶岸電場合特別要求的柔韌、耐磨損、抗撕裂、高機械強度、長期浸水電性能優(yōu)異和護套易剝離施工等優(yōu)點。

岸電電纜；研制；結(jié)構(gòu)；優(yōu)點

0 引 言

根據(jù)交通部“十二五”規(guī)劃對節(jié)能減排的要求，以往大型船舶在停泊港口碼頭時采用重油或柴油發(fā)電向船舶供電的情況逐漸被岸電電力系統(tǒng)供電替代。岸電電力系統(tǒng)供電是由人工將岸電電纜從船舶拖拽到岸上并手工連接至岸電配電箱，船舶離港時再同樣由人工對電纜進行卷繞操作。作為船岸連接的岸電電纜需具備易彎曲、耐磨損、抗撕裂、高機械強度、長期浸水電性能優(yōu)異、易剝離施工和輕便的綜合性能。遺憾的是目前使用于此的電纜并不完全具備這些性能。為此，研制集上述性能于一體的艦船用岸電電纜對于保證船舶駐港供電、降低成本、保障人員安全具有重要的現(xiàn)實意義。

1 岸電電纜現(xiàn)狀

目前尚無完全滿足岸電供電要求的電纜，通常多采用YCW型橡套電纜、CEFR、CEPJR或JEPJR型船艦用電纜等作為岸電電纜。但這些電纜均存在明顯的弊端，使用壽命短、易造成供電故障且更換成本高昂。

（1）YCW型橡套電纜弊端

YCW型電纜的長期浸水絕緣電阻較低，耐壓承受差，僅為2 500 V、5 min，與港口碼頭多水潮濕的作業(yè)環(huán)境不相吻合；同時其導(dǎo)體最高額定工作溫度僅為60℃，遠低于岸電電纜95℃的額定工作溫度要求，從而使得額定載流量過低，在負載大功率電流時需要很大的截面，造成電纜外徑大、重量重，不能滿足人工拖拽作業(yè)的輕便要求；絕緣和護套易粘連，不利于端部護套剝離施工。

（2）CEFR、CEPJR和JEPJR型電纜弊端

此類電纜耐溫等級較高，正常工作時導(dǎo)體最高額定工作溫度可達90℃，能夠部分降低外徑重量，滿足輕便要求。但此類電纜導(dǎo)體單絲的絲徑較粗，彎曲性能差，成纜時絕緣線芯外部緣縫隙會填充額外的纖維、塑料或橡膠，纜芯外繞包扎帶，使用中電纜經(jīng)多次收放彎曲后容易造成絕緣扭轉(zhuǎn)破裂、線芯位移、護套鼓包；同時CEFR電纜耐磨損性能差，CEPJR和JEPJR電纜護套硬度大，不利于柔韌彎曲。

2 產(chǎn)品研制

2.1 關(guān)鍵材料

（1）柔性導(dǎo)體

船用電纜一般采用IEC 60228標準的2類銅絲，大規(guī)格電纜結(jié)構(gòu)較硬，不利于成盤卷繞?？紤]岸電電纜平時收盤，用時由人工拖拽處理，設(shè)計采用GJB 1916中軟結(jié)構(gòu)絞合導(dǎo)體，單絲直徑更小，更柔軟。

（2）絕緣材料

絕緣材料選型重點考慮兼顧耐高溫、柔軟和電氣絕緣性能，尤其要確保長期浸水電性能優(yōu)異的目標?；诖?，絕緣采用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的防水柔軟乙丙橡膠，其耐溫等級高，長期額定工作溫度可達95℃，遠高于目前所用岸電電纜的60℃和90℃的工作溫度，相同負載條件下利于減小導(dǎo)體截面，降低電纜外徑和重量；長時間浸水絕緣電阻的穩(wěn)定性及耐壓等級高，可經(jīng)受9.5 kV、5 min的高壓試驗，優(yōu)于常規(guī)電纜的2.5 kV、5 min和3.5 kV、5 min耐壓性能，利于承受供電瞬間峰值電壓沖擊，保證大功率供電安全。

（3）護套材料

護套選型主要考慮高強度、柔軟、耐磨損和抗撕裂。對比各種材料性能后，選用了高強度氯化聚乙烯，其綜合性能比現(xiàn)有岸電電纜所用的氯丁橡膠、交聯(lián)聚烯烴等材料更為優(yōu)異，機械物理性能符合美國ANSI/ICEA S-75-381規(guī)定，磨損指數(shù)按照ISO 4649的方法測試不大于100，柔軟性能好，成品電纜最小彎曲半徑為4倍的電纜外徑。

2.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

安全使用壽命除受所用材料影響外，與電纜結(jié)構(gòu)合理與否也有很大關(guān)系。經(jīng)對現(xiàn)有岸電電纜使用后發(fā)生損傷情況進行研究，發(fā)現(xiàn)以往電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計多存有弊端，為此我們重新設(shè)計了岸電電纜結(jié)構(gòu)：導(dǎo)體外包覆隔離層，避免絕緣嵌入絞合導(dǎo)體；在三根絕緣線芯成纜的中心縫隙采用橡膠進行填充，避免絕緣線芯受壓變形；纜芯外圍縫隙不采用獨立填充材料，不進行包帶纏繞，直接用護套材料擠壓填充，使護套兼具填充作用；護套采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，在內(nèi)外層護套之間置有編織加強層。對于環(huán)境特別惡劣的港口，在單根絕緣線芯外擠包線芯護套，然后再絞合成纜。具體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3 制造工藝關(guān)鍵點

（1）岸電電纜由于絕緣和護套均為柔軟橡膠，導(dǎo)體采用軟結(jié)構(gòu)束絞后再復(fù)絞，在絕緣和護套擠包過程中容易造成偏心，甚至電纜不圓整。為此需特別控制同心度和圓整度，通過對牽引裝置進行特殊處理，有效防止擠出后牽引擠壓偏心或壓扁，保證偏心度不大于15%，不圓度不大于10%。

（2）成纜的中間縫隙所用膠條的直徑約為理論計算值的90%，采用生膠制備，依靠擠包護套對填充條進行硫化，使其膨脹填滿縫隙。

（3）注意加強層編織工藝，編織覆蓋率為30%～50%，編織角為40°～70°，此時對保證成品抗拉強度最有益。加強層避免采用金屬材料。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

（4）為使絕緣和護套之間不粘連，可在擠包護套時在纜芯外涂覆滑石粉。合適的硫化度使橡膠電纜產(chǎn)品機械物理性能得以保證，可按ANSI/ICEA T-28-562-2003，通過載荷下的延伸率來考核硫化度，本產(chǎn)品在規(guī)定載荷下的絕緣和護套的延伸率均不大于50%。

3 特殊性能試驗結(jié)果

試驗項目分為常規(guī)檢測項目和特殊性能試驗項目。其中常規(guī)項目的性能主要符合ANSI/ICEA S-75-381的規(guī)定。特殊性能試驗項目包括彎曲前耐壓與絕緣電阻測試、夏季彎曲試驗、冬季彎曲試驗、護套縱向逆剝離試驗、彎曲后耐壓與絕緣電阻測試。試驗方法和順序如下：

（1）彎曲試驗。取長度為365 cm的成品電纜，將其中心部位置于可起降的電纜盤圓軸的頂點上，電纜盤圓軸直徑為51 cm；垂直升起電纜盤直至電纜兩端與水平面垂直，并完全離開地面。在電纜兩端分別掛上重36 kg的砝碼，在30 s內(nèi)從電纜盤圓軸正下方切線處測量電纜之間水平距離。試驗過程中電纜的彎曲不借助任何其他外力，僅靠自身重量和砝碼重量完成。夏季彎曲試驗要求在（25±2）℃時電纜之間最大距離不大于63.5 cm；冬季彎曲試驗要求在（5±2）℃時電纜之間最大距離不大于71 cm。

（2）護套縱向逆剝離試驗。將長度為365 cm的成品電纜兩端分別用割刀和尖嘴鉗剝除不少于61 cm的護套。剝除操作在（20±2）℃的室溫環(huán)境下進行，且不對護套進行加熱處理。試驗過程中要求絕緣或線芯護套與電纜護套之間無粘連，絕緣或線芯護套不發(fā)生撕裂；電纜內(nèi)外護套之間保持良好粘合狀態(tài)。

（3）耐壓與絕緣電阻測試。在彎曲試驗前后均需進行該項試驗，試驗方法按ANSI/ICEA S-75-381進行。要求電纜耐受交流9.5 kV、5 min不擊穿，絕緣電阻不小于100 MΩ。

（4）長期浸水絕緣電阻。試驗按照UL 44規(guī)定進行，要求浸水期間絕緣電阻不小于5 GΩ·m。

（5）耐磨損試驗。試驗按照ISO 4649進行，磨損指數(shù)不大于100。

（6）抗撕裂試驗。試驗按照ANSI/ICEA S-75-381進行，要求絕緣的抗撕裂強度不小于3.5 N/ mm，護套的抗撕裂強度要求不小于6.1 N/mm。

研制產(chǎn)品的特殊性能試驗結(jié)果見表1。

4 結(jié)束語

研制的艦船用岸電電纜采用優(yōu)化的結(jié)構(gòu)、專制的材料和特別的生產(chǎn)工藝，減小了外徑和重量，經(jīng)檢測各項性能指標均達到了設(shè)計要求，具有耐磨損、柔軟彎曲、護套縱向逆剝離和長期浸水電氣性能優(yōu)異等性能。

表1 特殊性能試驗結(jié)果

［1］ UL 44-2010 Thermoset-insulated wires and cables［S］.

［2］ ANSI/ICEA T-28-562-2003 Test method for measurement of hot creep of polymeric insulations［S］.

［3］ ANSI/ICEA S-75-381-2008 Portable and power feeder cables for use in mines and similar applications［S］.

［4］ ISO 4649-2010 Rubber，vulcanized or thermoplastic-Determination of abrasion resistance using a rotating cylindrical drum device［S］.

Development of Ship-to-Shore Cable

LIYong-jiang
（Jiangsu Yuanyang Cable Co.，Ltd.，Yangzhou 225129，China）

This paper presents development and research of ship-to-shore cable based on the requirement of longer life.The cable has following advantages as tight steady construction，flexibility，abrasion resistance，tear resistance，excellentmechanical strength，and satisfactory electrical properties after long-term water immersion and easy cut-back for installation.

ship-to-shore cable；development；construction；advantage

TM246.9

A

1672-6901（2014）06-0039-03

2014-03-14

李永江（1982-），男，高級工程師.

作者地址：江蘇揚州市瓜洲鎮(zhèn)寶石路2號［225129］.