船用耐火電纜的選用

王建中， 王國欽， 陳小兵， 朱呂歐， 羅桂山， 游哲銳

(1.上海勝華電氣股份有限公司， 上海 201314； 2.海軍駐704所軍代表室， 上海 200031； 3. 中國船級社 上海分社， 上海 200135 )

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船用耐火電纜的選用

王建中1， 王國欽1， 陳小兵1， 朱呂歐1， 羅桂山2， 游哲銳3

(1.上海勝華電氣股份有限公司， 上海 201314； 2.海軍駐704所軍代表室， 上海 200031； 3. 中國船級社 上海分社， 上海 200135 )

礦物絕緣電纜通過最高耐火等級BS 6387考核，較之常用船舶耐火電纜，具有耐火性能優(yōu)異，火焰條件下無煙、無毒、無異味，使用壽命長，以及截面尺寸小等特性。就其可靠性而言，可以列為優(yōu)選。實(shí)船使用過程中，船舶檢驗(yàn)部門對耐火電纜實(shí)施相關(guān)“規(guī)范”、“公約”、“法規(guī)”約束，可根據(jù)綜合敷設(shè)處所的環(huán)境條件、敷設(shè)方法、電流定額和工作特性等因素選用。

船舶； 耐火電纜； 礦物絕緣

0 引言

船用耐火電纜是船用電纜中不可或缺的品種。船舶某些區(qū)域或系統(tǒng)，例如通用緊急報警系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)、動力操作防火門與水密門的電力和控制以及狀態(tài)顯示系統(tǒng)、應(yīng)急照明、應(yīng)急消防泵等，在敷設(shè)電纜時應(yīng)滿足失火狀態(tài)下仍能保持電路完整性，以滿足設(shè)備正常運(yùn)行，為此CCS，LR，GL和ABS等各大船級社規(guī)定上述區(qū)域或系統(tǒng)采用耐火電纜。不同船型其船用耐火電纜在船舶電纜中的份額有所差異。通常，多用途船其船用耐火電纜占全船電纜的15%～22%；大型油船其船用耐火電纜則占全船電纜的14%～25%。

現(xiàn)有船用耐火電纜結(jié)構(gòu)，基本都含有橡塑成分，火焰條件下只能達(dá)到低煙無鹵，僅對人員減少危害而已。而礦物絕緣電纜不含任何可燃物質(zhì)，滿足BS 6387標(biāo)準(zhǔn)最高C，W和Z等級要求。從耐火性能試驗(yàn)嚴(yán)苛性考慮，可以認(rèn)為BS 6387-2013是當(dāng)今電纜最高耐火等級考核標(biāo)準(zhǔn)。BS 6387 C級表示在950±40 ℃情況下施加300 V電壓水平燃燒180 min不擊穿；BS 6387 W級表示在650±40 ℃情況下施加300 V電壓燃燒15 min后再淋水燃燒15 min不擊穿；BS 6387 Z級表示在950±40 ℃情況下施加300 V電壓一邊燃燒一邊每30 s機(jī)械沖擊振動一次15 min不擊穿。

船用耐火電纜都要求通過IEC 60332-3-22：2009考核，就可靠性而言，優(yōu)選礦物絕緣電纜。

1 環(huán)境適應(yīng)性

船用耐火電纜應(yīng)滿足敷設(shè)處所的溫度、濕度以及傾斜、搖擺與振動工況要求。

1.1 空氣、溫度、濕度

環(huán)境空氣溫度與濕度要求如表1所示。表2為適用于自動化設(shè)備的環(huán)境空氣溫度。表3為適用于自動化設(shè)備的相對空氣濕度。

表1 環(huán)境空氣溫度基本要求

表2 適用于自動化設(shè)備的環(huán)境空氣溫度 ℃

表3 適用于自動化設(shè)備的相對空氣濕度

船舶的氣候環(huán)境條件，濕度較高，而固定敷設(shè)在露天甲板、浴室、貨艙、冷藏處所等電纜易出現(xiàn)凝結(jié)水現(xiàn)象。因此，電纜護(hù)套應(yīng)具有杜絕潮氣滲透的能力，顯然金屬護(hù)套抗?jié)B透性優(yōu)于非金屬護(hù)套。鋼質(zhì)海船入級規(guī)范“電纜”章節(jié)規(guī)定，敷設(shè)在永久潮濕的處所，以吸潮材料作絕緣的電纜，均應(yīng)采用金屬護(hù)套。礦物絕緣電纜的銅質(zhì)護(hù)套，其徑向阻水能力明顯優(yōu)于橡塑類制品，可以有效杜絕潮濕滲透，適應(yīng)船舶環(huán)境空氣溫度與濕度工況?？紤]環(huán)境空氣中一定鹽霧、霉菌和機(jī)器處所油霧的含量，具體可按GB/T 13033.1-2007/IEC 60702-1：2002《額定電壓750 V及以下礦物絕緣電纜及終端》第一部分：電纜 擠制低煙無鹵外護(hù)套要求。

氧化鎂絕緣銅護(hù)套電纜通過BS 6387 W級試驗(yàn)考核，試驗(yàn)臺按BS 6387規(guī)定如圖1所示，是現(xiàn)有船用耐火電纜未曾做過的試驗(yàn)。噴水頭安裝在試驗(yàn)架上，位于噴燈中心位置，配置壓力為250～350 kPa的供水裝置，臨近電纜噴出0.25～0.30 L/(m2·s)水，噴水量由一個足夠深度的積水盤測量，積水盤位于電纜安裝位置中心下側(cè)，其縱軸與電纜縱軸平行，尺寸為400 mm×100 mm，導(dǎo)通檢驗(yàn)裝置(3 A)。氧化鎂絕緣銅管護(hù)套電纜即使敷設(shè)在異常潮濕環(huán)境中，其可靠性也優(yōu)于常用耐火電纜。

圖1 BS 6387 W級試驗(yàn)臺

1.2 傾斜、搖擺與振動

船用電纜應(yīng)滿足船舶傾斜、搖擺及振動要求。傾斜、搖擺及振動要求見表4。表5為自動化設(shè)備的振動試驗(yàn)要求。

表4 傾斜和搖擺 (°)

表5 自動化設(shè)備的振動試驗(yàn)要求

氧化鎂絕緣銅管護(hù)套電纜通過BS 6387 Z 級考核，試驗(yàn)裝置如圖2所示。其振動發(fā)生器的激振源為一根直徑Φ25mm±1.25mm，長度600mm±30mm的圓鋼棒，鋼棒安裝在與豎壁平行的樞軸上并可自由轉(zhuǎn)動。樞軸和豎壁上緣位于同一水平面且距豎壁上緣200mm。樞軸將鋼棒分成200mm和400mm兩部分，較長部分敲擊豎壁。每間隔30s±2s，鋼棒在自身重量作用下從60°角度墜落到水平面上，敲擊豎壁上緣中心。

圖2 BS 6387 Z級試驗(yàn)裝置

現(xiàn)船用耐火電纜包括滯燃型(IEC60332-3A)和阻燃型(IEC60331)2種，火焰條件下振動試驗(yàn)通常規(guī)定供火溫度不低于830℃，振動時間和敲擊頻率及試驗(yàn)裝置由制造商按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定。

氧化鎂絕緣銅管護(hù)套電纜通過BS6387Z級試驗(yàn)考核，較現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)苛，更適合船舶機(jī)械環(huán)境條件。

2 敷設(shè)

電纜敷設(shè)時，鋼質(zhì)海船入級規(guī)范明確固定敷設(shè)的電纜最小彎曲半徑，規(guī)定金屬護(hù)套礦物絕緣電纜為6D。其實(shí)同樣的載流量下，礦物絕緣電纜截面尺寸明顯小于現(xiàn)有耐火電纜，尤其是多芯電纜，截面尺寸僅為幾分之一，重量輕，現(xiàn)場敷設(shè)更簡便，實(shí)際最小彎曲半徑明顯小于6D。

船舶管系的敷設(shè)，施工量相當(dāng)大，如在船舶分段建造時，管系施工設(shè)計給出幾何形狀和尺寸，車間可同步加工，現(xiàn)場就位，省力又高效，此工藝電纜敷設(shè)也可采用。

實(shí)際情況表明，礦物絕緣電纜彎曲半徑小，截面尺寸小，重量輕，現(xiàn)場敷設(shè)較為簡單。

3 失火狀態(tài)

失火狀態(tài)下，現(xiàn)有低煙無鹵耐火電纜只能做到較少散發(fā)毒氣和煙，而氧化鎂絕緣銅管護(hù)套電纜不產(chǎn)生任何毒氣或煙。其在950 ℃火焰溫度下可保持180min，其在650 ℃火焰溫度下可保持15min再淋水保持15min，其在950 ℃火焰溫度下加振動可保持15min等惡劣工況下，氧化鎂絕緣銅管護(hù)套電纜仍然可保持電路完整性，保證船舶完成既定運(yùn)營、停泊或船員撤離，這對于執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)使命的艦船極其重要。因此，其在軍事設(shè)施和軍工產(chǎn)品領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。同一根氧化鎂絕緣銅管護(hù)套電纜即使經(jīng)受火災(zāi)后或經(jīng)歷BS6387C級、W級、Z級考核后，仍能繼續(xù)正常使用至規(guī)定壽命期，這是其最大優(yōu)勢，也表明其具有較強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)。

4 聯(lián)接器

鋼質(zhì)海船入級規(guī)范表明，維修或分段造船需要聯(lián)接器時，該聯(lián)接器導(dǎo)電連續(xù)性、絕緣性、機(jī)械強(qiáng)度和防護(hù)性、接地和耐火或滯燃等特性均應(yīng)不低于對電纜的相應(yīng)要求。

氧化鎂絕緣銅管護(hù)套電纜率先實(shí)現(xiàn)聯(lián)接器通過BS6387C級、W級、Z級考核，即耐火性能等同電纜本體，同時聯(lián)接可靠、尺寸小、重量輕、使用方便，既可在車間實(shí)施電纜聯(lián)接，然后卷盤發(fā)往用戶，也可現(xiàn)場敷設(shè)使用。機(jī)械密封聯(lián)接器如圖3所示。

圖3 機(jī)械密封聯(lián)接器

聯(lián)接器須具有足夠的緊固力，因?yàn)閮A斜、搖擺、振動和沖擊工況易導(dǎo)致密封松動。同時必須杜絕環(huán)境潮氣自聯(lián)接器各道縫隙滲透而入，導(dǎo)致絕緣性能的下降，造成電氣事故。機(jī)械密封聯(lián)接器應(yīng)按船舶氣候和機(jī)械環(huán)境條件設(shè)計并通過BS6387C級、W級、Z級考核。火焰下噴水驟冷應(yīng)注意材料熱變形所產(chǎn)生的影響。聯(lián)接件應(yīng)考慮振動工況下不松動，并始終保持良好的密封狀態(tài)。

為便于隨同電纜卷盤，聯(lián)接器尺寸必須小巧，在有限空間增大對電纜的緊固力，采用脹套聯(lián)接，按JB/T7934-1999要求，材料優(yōu)選鈦合金或高強(qiáng)度銅合金。密封試驗(yàn)是重要環(huán)節(jié)，參考GB/T12385-2008《管法蘭用墊片密封性能試驗(yàn)方法》規(guī)定，介質(zhì)壓力達(dá)規(guī)定值保持10min，測量時間視泄漏率大小而定，通常2～10min。本聯(lián)接器密封試驗(yàn)程序：聯(lián)接器組裝完畢，浸沒水中6h，3A導(dǎo)通檢驗(yàn)裝置通過；聯(lián)接器被注入0.15MPa或0.7MPa壓縮空氣，縫隙抹肥皂液未見氣泡，保持6h，高精度壓力表讀數(shù)未見波動；然后通過BS6387C級、W級、Z級考核出廠。經(jīng)過上述試驗(yàn)考核，有效保證聯(lián)接器在船舶氣候和機(jī)械環(huán)境條件的聯(lián)接與密封。

聯(lián)接器是火焰條件下保持電路完整性的重要組成部分，對于特種船舶或工程船，如果敷設(shè)環(huán)境傾斜、搖擺、振動、沖擊工況較苛刻，則聯(lián)接器必須經(jīng)過BS6387C級、W級、Z級的考核，確保惡劣工況下有效聯(lián)接與密封。機(jī)械密封聯(lián)接器較完美實(shí)現(xiàn)耐火性能和電纜本體等同，而且聯(lián)接可靠，裝卸方便。

5 結(jié)束語

全文重點(diǎn)介紹了氧化鎂絕緣銅管護(hù)套電纜，其工藝成熟、質(zhì)量穩(wěn)定，近年引進(jìn)德國先進(jìn)生產(chǎn)線，制品長度成倍增大。機(jī)械密封聯(lián)接器率先通過BS6387C級、W級、Z級考核，使礦物絕緣電纜特性更加完善。其優(yōu)異的耐火性能，火焰條件下無煙、無毒、無異味，就可靠性而言，也是船用耐火電纜中的優(yōu)選。同時，其截面尺寸小、彎曲半徑小，現(xiàn)場敷設(shè)方便。

船用耐火電纜是船用電纜中的重要品種，占有一定的使用比例。耐火電纜在火焰條件下保持電路完整性的優(yōu)異性能將明顯提高船舶營運(yùn)能力，可靠性和安全性是選用電纜的首要考慮因素，也是高附加值船舶關(guān)注的重點(diǎn)。

[1] 馬偉明，張曉峰，焦儂，等.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.

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[2] 李立虎，王國欽.一種電纜中間聯(lián)接器的密封方法：201210492350.5[P].2014-06-04.

[3] International Electrotechnical Commission.Tests for electric cables under fire conditions_Circuit integrity_Part 1:Test method for fire with shock at a temperature of at least 830 ℃ for cables of rated voltage up to and including 0.6/1.0 kV and with an overall diameter exceeding 20 mm：IEC 60331-1-2009[S/OL].[2009-05].http://www.doc88.com/p-1856917 109731.html.

[4] International Electrotechnical Commission.Tests for electric cables under fire conditions_Circuit integrity_Part 2:Test method for fire with shock at a temperature of at least 830 ℃ for cables of rated voltage up to and including 0.6/1.0 kV and with an overall diameter not exceeding 20 mm：IEC 60331-2-2009[S/OL].[2009-05].http://www.doc88.com/p-730457 1760219.html.

[5] BSI Standards Publication.Test method for resistance to fire of cables required to maintain circuit integrity under fire conditions:BS 6387-2013 [S/OL].2013.http://wenku.baidu.com/view/4e692ed9284 ac850aco24223.html.

[6] 中國船級社. 鋼質(zhì)海船入級規(guī)范(2015) [M]. 北京：人民交通出版社，2015.

Selection of Fire Resistant Cable for Ship

WANG Jianzhong1， WANG Guoqing1， CHEN Xiaobin1， ZHU Lyuou1，LUO Guishan2， YOU Zherui3

(1.Shanghai Shenghua Electrical Co., Ltd., Shanghai 201314, China;2. Navy Military Representative Office in 704, Shanghai 200031, China;3. Shanghai Branch of China Classification Society, Shanghai 200135, China)

Mineral insulated cables has passed through the highest fire-resistant test of BS 6387 standard, it has excellent fire resistance, no smoke, non-toxic, and no smell under flame condition, small size and other characteristics compared with the commonly used fire resistant cables. As far as reliability is concerned, it can be classified as preferrence. In the application of the real ship, the standards, the conventions, the statute constraints are implemented on the fire resistant cable by ship inspection department. The environment conditions of the premises, laying method, current rating and work characteristic are all considered on selection.

ship; fire-resistant cable; mineral insulation

上海市科技創(chuàng)新項(xiàng)目(編號：2015BOZKW4DB)

王建中(1965-)，男，常務(wù)副總經(jīng)理，研究方向?yàn)槟突痣娎|

1000-3878(2017)02-0038-04

TM216

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