內襯層對CJ86/SC型船用電纜結構和重量的影響

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，國內大部分的民用船舶所采用的電纜均要符合IEC 60092系列標準，其中船用低壓電力電纜所執行的標準為IEC 60092-353《Electrical installations in ships -Part 353: Power cables for rated voltages 1 kV and 3 kV》。該標準詳細規定了船用低壓電力電纜的基本要求、結構和檢測要求，但是對于電纜型號的命名方式并未做明確的要求和規定。國內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單芯和多芯電力電纜》中附錄B的規定并予以改進的一套船用電纜的命名方式。

型號為CJ86/SC的船用電纜是目前民用船舶設計時采用的比較普遍的型號，由內而外的基本結構為導體、絕緣、鎧裝和外護套。電纜的主要材料為交聯聚乙烯絕緣、銅絲編織鎧裝、熱塑性低煙無鹵材料外護套。電纜需要滿足成束阻燃、低煙、無鹵、低毒的要求。

由于標準對電纜的內襯層規定了多種結構和材料，所以電纜產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的空間。本文詳細闡述并解釋IEC標準對內襯層的相關要求，從電纜的性能角度分析內襯層結構設置的必要性，并以實例計算不同內襯層結構對應的電纜尺寸和重量，基于船舶設計中的實際情況分析給出電纜選型需要考慮的因素和建議。

1 IEC標準對CJ86/SC船用電纜的要求

1.1 結構要求

IEC 60092-353第5.1.3章節中a)類電纜“鎧裝型單外護套電纜”的結構要求具體表述如下：

①銅導體;

②絕緣;

③成纜(僅對于多芯電纜);

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

⑤靜電屏蔽層(可選);

⑥內襯層(可選，如果鎧裝層是鍍鋅鋼絲編織結構，則內襯層必須是擠出型的);

⑦編織鎧裝;

⑧一層或兩層的外護套。

按照上述要求，CJ86/SC的船用電纜的內襯層結構標準要求是可選項，所以電纜是否設置內襯層、內襯層的結構和材料就有多個不同的選擇方案。

1.2 內襯層要求

1.2.1 結構要求

按照IEC 60092-350標準要求，如有內襯層，可以是擠包或者是繞包，具體的要求詳見相關的產品標準，內襯層需要滿足能夠被剝離而不影響其內部的電纜結構的要求。

繞包結構的內襯層可以選擇一層或多層包帶繞包。在計算繞包內襯層假定外徑過程中，如果成纜的假定外徑不超過40 mm，內襯層的假定厚度則為0.4 mm；如果成纜的假定外徑超過40 mm，內襯層的假定厚度則為0.6 mm。擠包內襯層的尺寸參照IEC 60092-353標準。在計算假定外徑的過程中，擠包內襯層厚度的“近似值”見表1。

表1 擠包內襯層的假定外徑和厚度

1.2.2 材料要求

IEC標準要求：內襯層應該由非吸濕性的材料制成，選擇的材料應該與它所接觸的電纜結構相適應，并能夠適應電纜的工作溫度。

1.2.3 繞包內襯層與成纜繞包帶的區分

成纜包帶的主要作用是保證電纜的圓整度，其選型過程中更多考慮生產工藝的可執行性；而繞包型內襯層的主要作用是隔離成纜線芯和鎧裝，并起到保護成纜線芯的作用。在選型的過程中會充分考慮其是否滿足IEC 60092-350相關要求，并對包帶的強度、包帶材料與電纜其他結構的兼容性能有具體的要求。

鑒于成纜繞包帶和內襯層材料在選擇過程中有著較大的通用性和重疊性，建議船舶設計人員在電纜選型過程中對此結構提出明確要求。

1.3 關于假定外徑的定義和解釋

忽略導體的形狀和緊壓程度，基于導體截面、絕緣厚度和芯數的公式計算出假定外徑，將護套、鎧裝等結構的尺寸與假定外徑聯系起來。由于假定外徑的計算方法是精確規定的，不存在尺寸不清的問題，與實際生產所造成的細微差別無關，電纜的尺寸設計也就實現了標準化。此計算方法僅適用于計算或確定電纜護套、鎧裝等結構的尺寸，不作為實際的標準直徑的計算方法。

1.4 按照IEC標準要求所對應的不同結構

滿足CJ86/SC型船用電纜的內襯選擇：

①成纜后不設置內襯層，結構為“導體+絕緣+成纜+鎧裝+護套”；

②成纜后設置繞包內襯層，結構為“導體+絕緣+成纜+繞包內襯+鎧裝+護套”；

③成纜后設置擠包的內襯層，結構為“導體+絕緣+成纜+擠包內襯+鎧裝+護套”。

2 CJ86/SC型電纜設置內襯層的必要性

2.1 機械性能保護

CJ86/SC型電纜在實際生產、運輸和安裝敷設過程中，存在電纜的鎧裝材料損傷電纜絕緣的可能性。而內襯層的設置具備隔離鎧裝與絕緣的功能，從而起到了保護電纜絕緣層的作用。

2.2 電氣性能保護

在實際運行過程中，CJ86/SC型電纜內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能力，實現“雙絕緣”保護，有效提高了電纜的電氣安全可靠性。

2.3 燃燒性能

在選擇內襯層材料時，在滿足標準要求的條件下，選擇具有阻燃性能的相關材料，可以提高電纜非金屬材料部分的阻燃材料的含量，從而實現提高電纜整體阻燃性能的目的。

2.4 不同內襯結構成品電纜的對比

在滿足標準要求的基礎上，將CJ86/SC型船用電纜的機械性能、電氣保護性能和燃燒性能進行比對，按性能好壞排序為：擠包內襯層電纜、繞包內襯層電纜、無內襯層電纜。船舶是一個系統工程，電纜只是船舶電氣系統的一部分，在考慮性能的條件下，同樣要考慮空間、敷設安裝和經濟性能等。

3 實例分析

參照本文所描述的相關結構，選擇電壓等級為0.6/1 kV、型號為CJ86/SC、規格為3×16 mm的船用電纜，分別計算不同內襯層材料、結構最終電纜的外徑和重量。計算過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，將擠包型內襯的厚度規定為表1規定的假定值，僅以標準要求的理論尺寸進行計算。

3.1 電纜結構尺寸計算

CJ86/SC 3×16 mm電纜結構對比見表2。表2中，繞包內襯層厚度的計算值取常用低煙無鹵繞包帶的實測厚度0.1 mm，擠包型內襯層的計算值取表1中要求的內襯層厚度的近似值1.0 mm。結果可見：擠包內襯層結構的電纜最終外徑要遠大于不設置內襯的電纜的成品外徑，而繞包內襯層結構的電纜外徑與不設置內襯層的電纜外徑相差很小。

表2 CJ86/SC 3×16 mm2電纜結構對比

3.2 成品電纜重量計算

經計算，擠包內襯層結構的電纜重量遠大于不設置內襯的電纜的成品重量，而繞包內襯層結構的電纜重量與不設置內襯層的電纜重量相差很小。

3.3 分析及總結

經過上述的計算和比對，結合電纜設置內襯層結構的必要性，對于電壓等級0.6/1 kV、型號CJ86/SC、規格3×16 mm的船用電纜，如果電纜設置的繞包結構的內襯層，外徑和重量比不設置內襯層的電纜增加非常的微小，而且在電纜的各項性能方面也有所加強和保障。而設置擠包內襯結構的電纜，雖然性能達到了最優，但是外徑和重量增加了許多，直接占用了船舶的設備空間和空船重量，減小了船舶的載貨量和載貨空間，間接降低了船舶的經濟性。

4 結論

型號為CJ86/SC的船用電纜是否設置內襯層、內襯層的結構和材料的選擇對于成品電纜的外徑、重量有著非常大的影響，僅以電纜型號來判定電纜是否符合設計要求是不合理的。電纜的選擇可以遵循以下原則：

(1)如果電纜路過存在機械損傷風險的區域，應選擇有擠包內襯層結構的電纜。

(2)如果電纜敷設在一般區域，權衡電纜性能和經濟性，應選擇有繞包內襯層結構的電纜。

(3)如果船型結構緊湊、電纜敷設空間有限、空船重量要求極其嚴格，無內襯結構的電纜是最合理的選擇。

最終選擇何種結構的電纜，要依據電纜的敷設路徑、空間、現場施工作業的規范性等因素，結合船舶的經濟性、適航性等方面綜合考慮，以確定最優的方案。