内衬层对CJ86/SC型船用电缆结构和重量的影响

卢军军，王 俊，辅志辉

(中天科技装备电缆有限公司，江苏 南通 226010)

0 引言

目前，国内大部分的民用船舶所采用的电缆均要符合IEC 60092系列标准，其中船用低压电力电缆所执行的标准为IEC 60092-353《Electrical installations in ships -Part 353: Power cables for rated voltages 1 kV and 3 kV》。该标准详细规定了船用低压电力电缆的基本要求、结构和检测要求，但是对于电缆型号的命名方式并未做明确的要求和规定。国内船用电缆的命名方式大部分是参照GB/T 9331—2008《船舶电气装置额定电压1 kV和3 kV挤包绝缘非径向电场单芯和多芯电力电缆》中附录B的规定并予以改进的一套船用电缆的命名方式。

型号为CJ86/SC的船用电缆是目前民用船舶设计时采用的比较普遍的型号，由内而外的基本结构为导体、绝缘、铠装和外护套。电缆的主要材料为交联聚乙烯绝缘、铜丝编织铠装、热塑性低烟无卤材料外护套。电缆需要满足成束阻燃、低烟、无卤、低毒的要求。

由于标准对电缆的内衬层规定了多种结构和材料，所以电缆产品的外径和重量也不完全相同，最终影响船舶整体的空船重量和电缆所占据的空间。本文详细阐述并解释IEC标准对内衬层的相关要求，从电缆的性能角度分析内衬层结构设置的必要性，并以实例计算不同内衬层结构对应的电缆尺寸和重量，基于船舶设计中的实际情况分析给出电缆选型需要考虑的因素和建议。

1 IEC标准对CJ86/SC船用电缆的要求

1.1 结构要求

IEC 60092-353第5.1.3章节中a)类电缆“铠装型单外护套电缆”的结构要求具体表述如下：

①铜导体;

②绝缘;

③成缆(仅对于多芯电缆);

④静电屏蔽层下的内衬层(可选，如缆芯外有编织层屏蔽或金属带屏蔽时则是必须的);

⑤静电屏蔽层(可选);

⑥内衬层(可选，如果铠装层是镀锌钢丝编织结构，则内衬层必须是挤出型的);

⑦编织铠装;

⑧一层或两层的外护套。

按照上述要求，CJ86/SC的船用电缆的内衬层结构标准要求是可选项，所以电缆是否设置内衬层、内衬层的结构和材料就有多个不同的选择方案。

1.2 内衬层要求

1.2.1 结构要求

按照IEC 60092-350标准要求，如有内衬层，可以是挤包或者是绕包，具体的要求详见相关的产品标准，内衬层需要满足能够被剥离而不影响其内部的电缆结构的要求。

绕包结构的内衬层可以选择一层或多层包带绕包。在计算绕包内衬层假定外径过程中，如果成缆的假定外径不超过40 mm，内衬层的假定厚度则为0.4 mm；如果成缆的假定外径超过40 mm，内衬层的假定厚度则为0.6 mm。挤包内衬层的尺寸参照IEC 60092-353标准。在计算假定外径的过程中，挤包内衬层厚度的“近似值”见表1。

表1 挤包内衬层的假定外径和厚度

1.2.2 材料要求

IEC标准要求：内衬层应该由非吸湿性的材料制成，选择的材料应该与它所接触的电缆结构相适应，并能够适应电缆的工作温度。

1.2.3 绕包内衬层与成缆绕包带的区分

成缆包带的主要作用是保证电缆的圆整度，其选型过程中更多考虑生产工艺的可执行性；而绕包型内衬层的主要作用是隔离成缆线芯和铠装，并起到保护成缆线芯的作用。在选型的过程中会充分考虑其是否满足IEC 60092-350相关要求，并对包带的强度、包带材料与电缆其他结构的兼容性能有具体的要求。

鉴于成缆绕包带和内衬层材料在选择过程中有着较大的通用性和重叠性，建议船舶设计人员在电缆选型过程中对此结构提出明确要求。

1.3 关于假定外径的定义和解释

忽略导体的形状和紧压程度，基于导体截面、绝缘厚度和芯数的公式计算出假定外径，将护套、铠装等结构的尺寸与假定外径联系起来。由于假定外径的计算方法是精确规定的，不存在尺寸不清的问题，与实际生产所造成的细微差别无关，电缆的尺寸设计也就实现了标准化。此计算方法仅适用于计算或确定电缆护套、铠装等结构的尺寸，不作为实际的标准直径的计算方法。

1.4 按照IEC标准要求所对应的不同结构

满足CJ86/SC型船用电缆的内衬选择：

①成缆后不设置内衬层，结构为“导体+绝缘+成缆+铠装+护套”；

②成缆后设置绕包内衬层，结构为“导体+绝缘+成缆+绕包内衬+铠装+护套”；

③成缆后设置挤包的内衬层，结构为“导体+绝缘+成缆+挤包内衬+铠装+护套”。

2 CJ86/SC型电缆设置内衬层的必要性

2.1 机械性能保护

CJ86/SC型电缆在实际生产、运输和安装敷设过程中，存在电缆的铠装材料损伤电缆绝缘的可能性。而内衬层的设置具备隔离铠装与绝缘的功能，从而起到了保护电缆绝缘层的作用。

2.2 电气性能保护

在实际运行过程中，CJ86/SC型电缆内衬层通常也具备一定的绝缘性能，它的存在可以提供一部分的电缆绝缘电气保护能力，实现“双绝缘”保护，有效提高了电缆的电气安全可靠性。

2.3 燃烧性能

在选择内衬层材料时，在满足标准要求的条件下，选择具有阻燃性能的相关材料，可以提高电缆非金属材料部分的阻燃材料的含量，从而实现提高电缆整体阻燃性能的目的。

2.4 不同内衬结构成品电缆的对比

在满足标准要求的基础上，将CJ86/SC型船用电缆的机械性能、电气保护性能和燃烧性能进行比对，按性能好坏排序为：挤包内衬层电缆、绕包内衬层电缆、无内衬层电缆。船舶是一个系统工程，电缆只是船舶电气系统的一部分，在考虑性能的条件下，同样要考虑空间、敷设安装和经济性能等。

3 实例分析

参照本文所描述的相关结构，选择电压等级为0.6/1 kV、型号为CJ86/SC、规格为3×16 mm的船用电缆，分别计算不同内衬层材料、结构最终电缆的外径和重量。计算过程中忽略电缆的填充部分及各厂家由于制造工艺造成的尺寸和材料误差，将挤包型内衬的厚度规定为表1规定的假定值，仅以标准要求的理论尺寸进行计算。

3.1 电缆结构尺寸计算

CJ86/SC 3×16 mm电缆结构对比见表2。表2中，绕包内衬层厚度的计算值取常用低烟无卤绕包带的实测厚度0.1 mm，挤包型内衬层的计算值取表1中要求的内衬层厚度的近似值1.0 mm。结果可见：挤包内衬层结构的电缆最终外径要远大于不设置内衬的电缆的成品外径，而绕包内衬层结构的电缆外径与不设置内衬层的电缆外径相差很小。

表2 CJ86/SC 3×16 mm2电缆结构对比

3.2 成品电缆重量计算

经计算，挤包内衬层结构的电缆重量远大于不设置内衬的电缆的成品重量，而绕包内衬层结构的电缆重量与不设置内衬层的电缆重量相差很小。

3.3 分析及总结

经过上述的计算和比对，结合电缆设置内衬层结构的必要性，对于电压等级0.6/1 kV、型号CJ86/SC、规格3×16 mm的船用电缆，如果电缆设置的绕包结构的内衬层，外径和重量比不设置内衬层的电缆增加非常的微小，而且在电缆的各项性能方面也有所加强和保障。而设置挤包内衬结构的电缆，虽然性能达到了最优，但是外径和重量增加了许多，直接占用了船舶的设备空间和空船重量，减小了船舶的载货量和载货空间，间接降低了船舶的经济性。

4 结论

型号为CJ86/SC的船用电缆是否设置内衬层、内衬层的结构和材料的选择对于成品电缆的外径、重量有着非常大的影响，仅以电缆型号来判定电缆是否符合设计要求是不合理的。电缆的选择可以遵循以下原则：

(1)如果电缆路过存在机械损伤风险的区域，应选择有挤包内衬层结构的电缆。

(2)如果电缆敷设在一般区域，权衡电缆性能和经济性，应选择有绕包内衬层结构的电缆。

(3)如果船型结构紧凑、电缆敷设空间有限、空船重量要求极其严格，无内衬结构的电缆是最合理的选择。

最终选择何种结构的电缆，要依据电缆的敷设路径、空间、现场施工作业的规范性等因素，结合船舶的经济性、适航性等方面综合考虑，以确定最优的方案。