礦物絕緣電纜船舶應(yīng)用若干問題的探討

王益樞，　王國欽，　陳月華

（上海浦東電線電纜集團船舶有限公司，上海201414）

礦物絕緣電纜船舶應(yīng)用若干問題的探討

王益樞，王國欽，陳月華

（上海浦東電線電纜集團船舶有限公司，上海201414）

船用耐火電纜有三種類型，就可靠性而言，礦物絕緣電纜較之云母帶繞包結(jié)構(gòu)的電纜或擠包特殊的耐火復(fù)合層的電纜，可以列為優(yōu)選。但在實船使用中礦物絕緣電纜會遇到諸如現(xiàn)場敷設(shè)、中間聯(lián)接器、外徑尺寸和重量等問題，應(yīng)按船舶實際敷設(shè)環(huán)境工況，做出相應(yīng)對策。

電纜；礦物絕緣；船舶；應(yīng)用

0　引　言

船用耐火電纜是船用電纜的一個重要品種，各大船級社的海船建造規(guī)范及國際海上人命公約（SOLAS）都明確規(guī)定，輪機的供電及控制系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、電力操作的水密門和防火門的供電與控制系統(tǒng)、火警探測及報警系統(tǒng)、消防泵供電與控制、防火風(fēng)閘、有線廣播系統(tǒng)、低位照明系統(tǒng)必須使用船用耐火電纜。

采用云母帶繞包、擠包特殊的耐火復(fù)合層或礦物絕緣三種船用耐火電纜都要求通過IEC 60332-3 A類試驗，就可靠性而言，優(yōu)選礦物絕緣電纜。

礦物絕緣電纜實船使用中會遇到諸如現(xiàn)場敷設(shè)、中間聯(lián)接器、外徑和單位長度重量等問題，一定程度上影響其推廣應(yīng)用，故應(yīng)按實際敷設(shè)環(huán)境工況，做出相應(yīng)對策。

礦物絕緣電纜初始是氧化鎂絕緣銅管護套電纜，隨之柔性礦物絕緣電纜問世，近年來出現(xiàn)了隔離型（柔性）礦物絕緣電纜。

1　氧化鎂絕緣銅管護套電纜

氧化鎂絕緣銅管護套電纜（MI電纜）于19世紀90年代發(fā)明，距今已有一百多年歷史，國內(nèi)也有30年發(fā)展史，執(zhí)行GB/T 13033—2007/IEC 60702：2002《額定電壓750 V及以下礦物絕緣電纜及終端》。耐火性能應(yīng)滿足GB/T 9331—2008/IEC 60092-353：1995《船舶電氣裝置額定電壓1 kV和3 kV擠包絕緣非徑向電場單芯和多芯電力電纜》的要求。

MI電纜用于船舶應(yīng)滿足氣候環(huán)境條件與機械環(huán)境條件。

1.1氣候環(huán)境條件

環(huán)境溫度的基本要求見表1。自動化設(shè)備的環(huán)境溫度要求見表2。自動化設(shè)備的相對濕度要求見表3。

表1　環(huán)境溫度的基本要求

表2　適用于自動化設(shè)備的環(huán)境溫度

表3　適用于自動化設(shè)備的相對濕度

氧化鎂絕緣銅管護套電纜應(yīng)滿足環(huán)境溫度及濕度要求，考慮到空氣中存在鹽霧、霉菌和油霧，可按GB/T 13033.1—2007擠制無鹵低煙外護套。

1.2機械環(huán)境條件

傾斜和搖擺要求見表4。

表4　傾斜和搖擺

船舶正常運行會產(chǎn)生振動和沖擊，船級社對自動化設(shè)備振動試驗的要求見表5。

表5　自動化設(shè)備的振動試驗要求

1.3中間聯(lián)接器的改進

氧化鎂絕緣銅管護套電纜采用多次退火、多次拉拔工藝，制品長度受到生產(chǎn)場地制約，所以現(xiàn)場敷設(shè)必須借助中間聯(lián)接器。

中間聯(lián)接器應(yīng)具有足夠的緊固力，同時應(yīng)杜絕環(huán)境濕氣從緊固螺母伸出處和螺母擰入中間體螺紋縫隙處滲透進入?，F(xiàn)有中間聯(lián)接器為銅質(zhì)，采用類似活塞環(huán)形狀的密封環(huán)緊固與密封，見圖1。

圖1　銅質(zhì)中間聯(lián)接器

圖1中的銅質(zhì)中間聯(lián)接器，其銅密封環(huán)所產(chǎn)生的緊固力，不足以保證處于船舶傾斜、搖擺、振動、沖擊工況下的聯(lián)接與緊固。同時，兩金屬剛性件為達到防止?jié)駳鉂B透的密封要求，必須具備嚴格的尺寸公差、形位公差，并且兩金屬剛性件必須研磨光滑，以消除之間的間隙。顯然，實船安裝時銅密封環(huán)及其對偶銅管護套很難做到上述要求。所以，中間聯(lián)接器應(yīng)按船舶機械環(huán)境條件設(shè)計并通過考核。

為了增大中間聯(lián)接器對電纜的緊固力，采用脹套聯(lián)接，其性能要求按JB/T 7934—1999。緊固螺母和中間體改用鈦合金制作，脹套與螺母及電纜縫隙密封采用密封墊片，脹套與中間體縫隙密封采用密封環(huán)，見圖2。密封件耐高溫，具備良好的壓縮、回彈性，密封面補償能力強，按GB/T 12385—2008《管法蘭用墊片密封性能試驗方法》進行氣壓密封試驗，泄漏率不超過1.2×10-5cm3/s。耐火試驗通過了BS 6387：1994《在火焰條件下電纜保持電路完整性要求規(guī)范》，即火焰燃燒加水噴淋或機械沖擊，有效保證了船舶機械環(huán)境條件下的聯(lián)接與密封。

圖2　脹套中間聯(lián)接器

桿狀氧化鎂絕緣銅管護套電纜在現(xiàn)場敷設(shè)時可仿效船舶管系安裝工藝的要求，即在船舶電氣施工設(shè)計時給出所需電纜的幾何形狀與尺寸。

2　柔性礦物絕緣電纜

柔性礦物絕緣電纜采用復(fù)合云母帶繞包絕緣，銅管護套軋連續(xù)波紋。較之氧化鎂絕緣銅管護套電纜，其生產(chǎn)簡單、使用方便。國內(nèi)企業(yè)也有多年制造經(jīng)驗，執(zhí)行JC/T 313—2011《額定電壓750 V及以下金屬護套無機礦物絕緣電纜及終端》，耐火性能應(yīng)滿足GB/T 9331—2008/IEC 60092-353：1995的要求。

柔性礦物絕緣電纜在船舶現(xiàn)場敷設(shè)時應(yīng)滿足使用環(huán)境溫度及濕度要求，如敷設(shè)在露天甲板、潮濕處所、電池艙、制冷間等易腐蝕場所，可按JC/T 313—2011擠包無鹵低煙外護套。

為了保證處于船舶傾斜、搖擺、振動、沖擊環(huán)境條件下的聯(lián)接與緊固，其中間聯(lián)接器應(yīng)按圖2制作。

3　隔離型（柔性）礦物絕緣電纜

隔離型（柔性）礦物絕緣電纜集氧化鎂礦物絕緣電纜和柔性礦物絕緣電纜的優(yōu)勢于一身，其結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3　隔離型（柔性）礦物絕緣電纜

隔離型（柔性）礦物絕緣電纜繞包云母帶絕緣，其金屬套為鋁管，依次擠包隔氧層、耐火層、低煙無鹵護套。執(zhí)行企標Q/ANAE 19—2011《額定電壓1 kV（Um＝1.2 kV）隔離型礦物絕緣電纜》，耐火性能按BS 6387：1994檢測，應(yīng)滿足GB/T 9331—2008/ IEC 60092-353：1995的要求。

為了保證處于船舶傾斜、搖擺、振動、沖擊環(huán)境條件下的聯(lián)接與密封，其中間聯(lián)接器應(yīng)按圖2制作。

隔離型（柔性）礦物絕緣電纜耐火性能優(yōu)良，為適應(yīng)船用要求，并成為優(yōu)先選用品種，應(yīng)進行優(yōu)化設(shè)計。礦物質(zhì)隔氧層具有熱轉(zhuǎn)換功能，著火前熱阻小利于散熱，一旦著火，生成多空隙、高發(fā)泡熱阻材料，增強內(nèi)置鋁管的抗高溫能力。隔氧層外再置耐火層，雙重加強鋁管抗高溫能力。優(yōu)化設(shè)計的目的是以較小的隔氧層與耐火層厚度達到耐火性能要求。鋁的熔點為660.37℃，成纜過程采用不同的隔氧層、耐火層組合厚度并取樣，按IEC 60332-3檢測不同隔氧層與耐火層組合厚度在火焰條件下的電纜內(nèi)部溫度。調(diào)整隔氧層與耐火層的構(gòu)成，由此得到較小的隔氧層與耐火層組合厚度，以滿足船舶要求的較小外徑和重量。

同時可選用具有優(yōu)良耐火性能的陶瓷化高分子復(fù)合耐火硅橡膠，耐火硅橡膠在火焰的燒蝕下，首先由配方中的結(jié)構(gòu)控制劑起作用，溢出有機物質(zhì)，燃燒2～4min后開始燒結(jié)，生成陶瓷狀殼體，這種陶瓷狀殼體的隔絕層可以非常有效地阻擋火焰繼續(xù)燃燒。在之后的燒蝕過程中（陶瓷狀殼體在700～900℃高溫火焰的煅燒催化下），陶瓷狀殼體生成SiO2陶瓷，經(jīng)得起700～1300℃高溫火焰燒蝕；且陶瓷狀殼體堅硬，具有一定的絕緣性能，能夠抵御火災(zāi)現(xiàn)場水澆和間接的機械振動。

用耐火硅橡膠取代隔氧層與耐火層的組合，可減小電纜的外徑和重量，同時具備普通硅橡膠的良好加工性能，增大成品電纜的柔軟度，有利于船舶現(xiàn)場敷設(shè)。

4　結(jié)束語

船用耐火電纜是船用電纜的一個重要品種，就可靠性而言優(yōu)選礦物絕緣電纜。視不同船型，使用耐火電纜的比例亦有差異：例如，多用途輪使用的耐火電纜約占全船電纜的15%～22%；大型油輪使用的耐火電纜約占全船電纜的14%～25%。礦物絕緣電纜在實船使用中會遇到諸如現(xiàn)場敷設(shè)、中間聯(lián)接器、外徑和重量等問題，應(yīng)按船舶環(huán)境條件的要求，對礦物絕緣電纜的種類做出針對性的選擇。對于執(zhí)行特殊使命的船舶，尤其是對機械環(huán)境條件要求較高的場所，其敷設(shè)電纜的中間聯(lián)接器必須經(jīng)過嚴格考核，確保有效聯(lián)接與密封。

[1]馬偉明，張曉峰，焦儂，等主編.中國電氣工程大典第12卷船舶電氣工程[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]張仲韜，牛方輝，吳衛(wèi)峰，等.6 kV到15 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣耐火電力電纜的研發(fā)[J].電線電纜，2012（4）：20-21.

The Problem s of Ship Application for M ineral Insulated Cable

WANG Yi-shu，WANG Guo-qin，CHEN Yue-hua
（Shanghai Pudong Wire and Cable（Group）Ship Co.，Ltd.，Shanghai201414，China）

Among the three types ofmarine fire resistant cables，mineral insulated cable is considered superior to traditional construction or specially extruded halogen-free composite layer in term of reliability.However，appropriate countermeasures shall be established in practice in respectof field laying-out，intermediate connector，outside dimension and weight etc.depending on the environmental conditions of compartments and zones of ship where the cables are arranged.

cable；mineral insulated；ship；application

TM246.9

A

1672-6901（2016）01-0018-04

2015-04-07

王益樞（1953-），男，總經(jīng)理.

作者地址：上海市奉賢青港工業(yè)園區(qū)上線路 777號[201414].