內(nèi)襯層對(duì)CJ86/SC型船用電纜結(jié)構(gòu)和重量的影響

盧軍軍，王 俊，輔志輝

(中天科技裝備電纜有限公司，江蘇 南通 226010)

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)大部分的民用船舶所采用的電纜均要符合IEC 60092系列標(biāo)準(zhǔn)，其中船用低壓電力電纜所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)為IEC 60092-353《Electrical installations in ships -Part 353: Power cables for rated voltages 1 kV and 3 kV》。該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了船用低壓電力電纜的基本要求、結(jié)構(gòu)和檢測(cè)要求，但是對(duì)于電纜型號(hào)的命名方式并未做明確的要求和規(guī)定。國(guó)內(nèi)船用電纜的命名方式大部分是參照GB/T 9331—2008《船舶電氣裝置額定電壓1 kV和3 kV擠包絕緣非徑向電場(chǎng)單芯和多芯電力電纜》中附錄B的規(guī)定并予以改進(jìn)的一套船用電纜的命名方式。

型號(hào)為CJ86/SC的船用電纜是目前民用船舶設(shè)計(jì)時(shí)采用的比較普遍的型號(hào)，由內(nèi)而外的基本結(jié)構(gòu)為導(dǎo)體、絕緣、鎧裝和外護(hù)套。電纜的主要材料為交聯(lián)聚乙烯絕緣、銅絲編織鎧裝、熱塑性低煙無(wú)鹵材料外護(hù)套。電纜需要滿足成束阻燃、低煙、無(wú)鹵、低毒的要求。

由于標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電纜的內(nèi)襯層規(guī)定了多種結(jié)構(gòu)和材料，所以電纜產(chǎn)品的外徑和重量也不完全相同，最終影響船舶整體的空船重量和電纜所占據(jù)的空間。本文詳細(xì)闡述并解釋IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)內(nèi)襯層的相關(guān)要求，從電纜的性能角度分析內(nèi)襯層結(jié)構(gòu)設(shè)置的必要性，并以實(shí)例計(jì)算不同內(nèi)襯層結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的電纜尺寸和重量，基于船舶設(shè)計(jì)中的實(shí)際情況分析給出電纜選型需要考慮的因素和建議。

1 IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CJ86/SC船用電纜的要求

1.1 結(jié)構(gòu)要求

IEC 60092-353第5.1.3章節(jié)中a)類電纜“鎧裝型單外護(hù)套電纜”的結(jié)構(gòu)要求具體表述如下：

①銅導(dǎo)體;

②絕緣;

③成纜(僅對(duì)于多芯電纜);

④靜電屏蔽層下的內(nèi)襯層(可選，如纜芯外有編織層屏蔽或金屬帶屏蔽時(shí)則是必須的);

⑤靜電屏蔽層(可選);

⑥內(nèi)襯層(可選，如果鎧裝層是鍍鋅鋼絲編織結(jié)構(gòu)，則內(nèi)襯層必須是擠出型的);

⑦編織鎧裝;

⑧一層或兩層的外護(hù)套。

按照上述要求，CJ86/SC的船用電纜的內(nèi)襯層結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)要求是可選項(xiàng)，所以電纜是否設(shè)置內(nèi)襯層、內(nèi)襯層的結(jié)構(gòu)和材料就有多個(gè)不同的選擇方案。

1.2 內(nèi)襯層要求

1.2.1 結(jié)構(gòu)要求

按照IEC 60092-350標(biāo)準(zhǔn)要求，如有內(nèi)襯層，可以是擠包或者是繞包，具體的要求詳見(jiàn)相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)襯層需要滿足能夠被剝離而不影響其內(nèi)部的電纜結(jié)構(gòu)的要求。

繞包結(jié)構(gòu)的內(nèi)襯層可以選擇一層或多層包帶繞包。在計(jì)算繞包內(nèi)襯層假定外徑過(guò)程中，如果成纜的假定外徑不超過(guò)40 mm，內(nèi)襯層的假定厚度則為0.4 mm；如果成纜的假定外徑超過(guò)40 mm，內(nèi)襯層的假定厚度則為0.6 mm。擠包內(nèi)襯層的尺寸參照IEC 60092-353標(biāo)準(zhǔn)。在計(jì)算假定外徑的過(guò)程中，擠包內(nèi)襯層厚度的“近似值”見(jiàn)表1。

表1 擠包內(nèi)襯層的假定外徑和厚度

1.2.2 材料要求

IEC標(biāo)準(zhǔn)要求：內(nèi)襯層應(yīng)該由非吸濕性的材料制成，選擇的材料應(yīng)該與它所接觸的電纜結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，并能夠適應(yīng)電纜的工作溫度。

1.2.3 繞包內(nèi)襯層與成纜繞包帶的區(qū)分

成纜包帶的主要作用是保證電纜的圓整度，其選型過(guò)程中更多考慮生產(chǎn)工藝的可執(zhí)行性；而繞包型內(nèi)襯層的主要作用是隔離成纜線芯和鎧裝，并起到保護(hù)成纜線芯的作用。在選型的過(guò)程中會(huì)充分考慮其是否滿足IEC 60092-350相關(guān)要求，并對(duì)包帶的強(qiáng)度、包帶材料與電纜其他結(jié)構(gòu)的兼容性能有具體的要求。

鑒于成纜繞包帶和內(nèi)襯層材料在選擇過(guò)程中有著較大的通用性和重疊性，建議船舶設(shè)計(jì)人員在電纜選型過(guò)程中對(duì)此結(jié)構(gòu)提出明確要求。

1.3 關(guān)于假定外徑的定義和解釋

忽略導(dǎo)體的形狀和緊壓程度，基于導(dǎo)體截面、絕緣厚度和芯數(shù)的公式計(jì)算出假定外徑，將護(hù)套、鎧裝等結(jié)構(gòu)的尺寸與假定外徑聯(lián)系起來(lái)。由于假定外徑的計(jì)算方法是精確規(guī)定的，不存在尺寸不清的問(wèn)題，與實(shí)際生產(chǎn)所造成的細(xì)微差別無(wú)關(guān)，電纜的尺寸設(shè)計(jì)也就實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。此計(jì)算方法僅適用于計(jì)算或確定電纜護(hù)套、鎧裝等結(jié)構(gòu)的尺寸，不作為實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)直徑的計(jì)算方法。

1.4 按照IEC標(biāo)準(zhǔn)要求所對(duì)應(yīng)的不同結(jié)構(gòu)

滿足CJ86/SC型船用電纜的內(nèi)襯選擇：

①成纜后不設(shè)置內(nèi)襯層，結(jié)構(gòu)為“導(dǎo)體+絕緣+成纜+鎧裝+護(hù)套”；

②成纜后設(shè)置繞包內(nèi)襯層，結(jié)構(gòu)為“導(dǎo)體+絕緣+成纜+繞包內(nèi)襯+鎧裝+護(hù)套”；

③成纜后設(shè)置擠包的內(nèi)襯層，結(jié)構(gòu)為“導(dǎo)體+絕緣+成纜+擠包內(nèi)襯+鎧裝+護(hù)套”。

2 CJ86/SC型電纜設(shè)置內(nèi)襯層的必要性

2.1 機(jī)械性能保護(hù)

CJ86/SC型電纜在實(shí)際生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝敷設(shè)過(guò)程中，存在電纜的鎧裝材料損傷電纜絕緣的可能性。而內(nèi)襯層的設(shè)置具備隔離鎧裝與絕緣的功能，從而起到了保護(hù)電纜絕緣層的作用。

2.2 電氣性能保護(hù)

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，CJ86/SC型電纜內(nèi)襯層通常也具備一定的絕緣性能，它的存在可以提供一部分的電纜絕緣電氣保護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)“雙絕緣”保護(hù)，有效提高了電纜的電氣安全可靠性。

2.3 燃燒性能

在選擇內(nèi)襯層材料時(shí)，在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的條件下，選擇具有阻燃性能的相關(guān)材料，可以提高電纜非金屬材料部分的阻燃材料的含量，從而實(shí)現(xiàn)提高電纜整體阻燃性能的目的。

2.4 不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)成品電纜的對(duì)比

在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，將CJ86/SC型船用電纜的機(jī)械性能、電氣保護(hù)性能和燃燒性能進(jìn)行比對(duì)，按性能好壞排序?yàn)椋簲D包內(nèi)襯層電纜、繞包內(nèi)襯層電纜、無(wú)內(nèi)襯層電纜。船舶是一個(gè)系統(tǒng)工程，電纜只是船舶電氣系統(tǒng)的一部分，在考慮性能的條件下，同樣要考慮空間、敷設(shè)安裝和經(jīng)濟(jì)性能等。

3 實(shí)例分析

參照本文所描述的相關(guān)結(jié)構(gòu)，選擇電壓等級(jí)為0.6/1 kV、型號(hào)為CJ86/SC、規(guī)格為3×16 mm的船用電纜，分別計(jì)算不同內(nèi)襯層材料、結(jié)構(gòu)最終電纜的外徑和重量。計(jì)算過(guò)程中忽略電纜的填充部分及各廠家由于制造工藝造成的尺寸和材料誤差，將擠包型內(nèi)襯的厚度規(guī)定為表1規(guī)定的假定值，僅以標(biāo)準(zhǔn)要求的理論尺寸進(jìn)行計(jì)算。

3.1 電纜結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算

CJ86/SC 3×16 mm電纜結(jié)構(gòu)對(duì)比見(jiàn)表2。表2中，繞包內(nèi)襯層厚度的計(jì)算值取常用低煙無(wú)鹵繞包帶的實(shí)測(cè)厚度0.1 mm，擠包型內(nèi)襯層的計(jì)算值取表1中要求的內(nèi)襯層厚度的近似值1.0 mm。結(jié)果可見(jiàn)：擠包內(nèi)襯層結(jié)構(gòu)的電纜最終外徑要遠(yuǎn)大于不設(shè)置內(nèi)襯的電纜的成品外徑，而繞包內(nèi)襯層結(jié)構(gòu)的電纜外徑與不設(shè)置內(nèi)襯層的電纜外徑相差很小。

表2 CJ86/SC 3×16 mm2電纜結(jié)構(gòu)對(duì)比

3.2 成品電纜重量計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，擠包內(nèi)襯層結(jié)構(gòu)的電纜重量遠(yuǎn)大于不設(shè)置內(nèi)襯的電纜的成品重量，而繞包內(nèi)襯層結(jié)構(gòu)的電纜重量與不設(shè)置內(nèi)襯層的電纜重量相差很小。

3.3 分析及總結(jié)

經(jīng)過(guò)上述的計(jì)算和比對(duì)，結(jié)合電纜設(shè)置內(nèi)襯層結(jié)構(gòu)的必要性，對(duì)于電壓等級(jí)0.6/1 kV、型號(hào)CJ86/SC、規(guī)格3×16 mm的船用電纜，如果電纜設(shè)置的繞包結(jié)構(gòu)的內(nèi)襯層，外徑和重量比不設(shè)置內(nèi)襯層的電纜增加非常的微小，而且在電纜的各項(xiàng)性能方面也有所加強(qiáng)和保障。而設(shè)置擠包內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的電纜，雖然性能達(dá)到了最優(yōu)，但是外徑和重量增加了許多，直接占用了船舶的設(shè)備空間和空船重量，減小了船舶的載貨量和載貨空間，間接降低了船舶的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)論

型號(hào)為CJ86/SC的船用電纜是否設(shè)置內(nèi)襯層、內(nèi)襯層的結(jié)構(gòu)和材料的選擇對(duì)于成品電纜的外徑、重量有著非常大的影響，僅以電纜型號(hào)來(lái)判定電纜是否符合設(shè)計(jì)要求是不合理的。電纜的選擇可以遵循以下原則：

(1)如果電纜路過(guò)存在機(jī)械損傷風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域，應(yīng)選擇有擠包內(nèi)襯層結(jié)構(gòu)的電纜。

(2)如果電纜敷設(shè)在一般區(qū)域，權(quán)衡電纜性能和經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)選擇有繞包內(nèi)襯層結(jié)構(gòu)的電纜。

(3)如果船型結(jié)構(gòu)緊湊、電纜敷設(shè)空間有限、空船重量要求極其嚴(yán)格，無(wú)內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的電纜是最合理的選擇。

最終選擇何種結(jié)構(gòu)的電纜，要依據(jù)電纜的敷設(shè)路徑、空間、現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)的規(guī)范性等因素，結(jié)合船舶的經(jīng)濟(jì)性、適航性等方面綜合考慮，以確定最優(yōu)的方案。