低压岸电附件与电缆管理系统的设计

陈 波,常冀凡, 袁正炜 ，宋 丽

(1.江苏省镇江船厂(集团)有限公司,江苏 镇江 212002；2.镇江市节能监测中心，江苏 镇江 212001；3.镇江供电公司，江苏 镇江 212002)

0 引言

在推进船舶使用岸电时出现了2个新术语：一个是“accessory(附件)”，IEC 60309-5:2017出版物《工业用途的插头、插座和耦合器 第5部分：船舶低压岸电连接系统用插座、插头、船用连接器的尺寸兼容性和互换性要求》对“附件”的定义是：“plug, socket-outlet, ship connector or ship inlet(插头、插座、船用连接器和船舶入口的统称)”; 另一个是“cable management system(电缆管理系统)”，IEC/IEEE CDV 80005-3：2016出版物《港口公用连接设施 第3部分：低压岸电连接(LVSC)系统 — 一般要求》对“电缆管理系统”的定义是：“all equipment designed to control, monitor and handle the flexible cables, for power and control, and their connection devices(设计用于控制、监测和处理柔性电缆和控制电缆及其连接装置的所有设备)。”[1]这2个新术语关系到低压岸电连接系统中港口接电箱与船载岸电箱的电源出、入口配置，关系到连接岸电的电缆由谁提供等。

近几年有关方面对于港口接电箱与船载岸电箱的电源出、入口如何配置，有哪些要求；电缆管理系统应当设置在港口码头还是设置在船上，应具备哪些功能，以及连接岸电的柔性电缆是由港口码头提供还是由船舶自备等问题的认识不够统一，造成了一定的资源浪费和其他负面影响。正如IEC 80005-3出版物在第7章船-岸连接及接口设备中指出：“If an alternative to the standard arrangement of cable and LV plugs and socket-outlets is used，it is likely that the installation will not be able to connect to a compliant shore supply/ship without significant additional equipment and modification(如果使用电缆、低压插头和插座标准布置的替代方案，则在没有额外增加设备和大量修改的情况下，船舶很可能无法连接到符合要求的岸电装置)。”

为支持船舶靠港顺利连接岸电，本文以国际公认的规范标准为依据，把上述问题界定清楚，以供在低压岸电系统设计和船舶建造时参考。

1 低压附件的使用与要求

1.1 IEC 60309-5：2017出版物要求

IEC 60309-5:2017出版物在对附件进行定义时，提供了附件使用示意图，见图1。

A—(岸)插头和插座；B—(岸)插座；C—(岸)插头；D—船用耦合器；E—船用连接器；F—船用接入口。

IEC 60309-5：2017出版物是低压岸电连接系统附件的国际标准，图1的本义是为术语“accessory(附件)”的定义介绍其各组成部分的使用示意。但因为IEC 60309-5出版物的图501被广泛误认为港口码头供电设施和船舶受电设施上都需要安装“附件”，从而引起了岸电设施的成本增加，连接不便，甚至要增加转换器等问题。所以，在推进岸电使用时，应当正确理解有关规范和标准的规定。

1.2 中国船级社要求

中国船级社(CCS)发布的《钢质海船入级规范》(2021)(下文简称《海规》)要求如下[2]：

(1)第4篇第3章的3.3.2.11要求：“用作连接岸电或其他外来电源的岸电箱应具有：①用于连接软电缆的合适的接线柱；②用于将船体与岸地相连的接地接线柱”。

(2)第8篇第19章的19.3.6.1要求：“船舶和岸上电源之间的连接可以通过适当的型式或插头和插座连接。插头和插座的设计应确保不会出现不正确连接，并且确保不能带电插拔。插头和插座应符合国际和/或国内标准”，并注明：“交流低压岸电系统参见IEC 60309-1 出版物《工业用插头、插座和耦合器第 1 部分—通用要求》、IEC 60309-2 出版物《工业用插头插座和耦合器 第 2 部分：带插销和插套的电器附件的尺寸兼容性和互换性要求》和IEC 60309-5出版物《工业用插头、插座出口和耦合器第 5 部分—低压岸边连接系统(LVSC)用插头、插座出口、船用连接器和船用入口的尺寸兼容性和互换性要求》。”

1.3 IEC 80005-3：2016出版物要求

(1)在引言中指出：“Ships that do not apply this standard may find it impossible to connect to compliant shore supplies(不符合本标准的船舶可能会发现无法连接到符合要求的岸上供电设施)”。

(2)在第7.1节中对附件的使用和要求主要有：“The shore-side of the connection cable shall be fitted with a plug if a socket-outlet is used ashore。The ship-side of the connection cable shall be fitted with a ship connector if a ship inlet is used onboard(如果在岸上使用插座，则连接电缆的岸侧应安装插头。如果船上使用船用入口，则连接电缆的船侧应安装船用连接器)”。

(3)在第7.3.1节中说明：“The plug, socket-outlet, ship connector and ship inlet shall be in accordance with IEC 60309-1 and IEC 60309-5 and the following clauses(插头、插座、船用连接器和船用入口应符合IEC 60309-1和IEC 60309-5的相关要求)”，并规定：“One type of plug, socket-outlet, ship inlet and ship connector shall be used for all types of the ships(所有类型的船舶应使用同一类型的插头、插座、船用连接器和船用入口)”，还要求：“Operating personnel shall be protected from electrical hazard by an interlocking arrangementwhile plugging and unplugging of LV plug and ship connectors(低压插头和船用连接器的插入或拔出应通过联锁装置，以保护操作人员免受电气危害)”；对预期的短路故障电流的要求为：“Plugs，sockets-outlets，inlets and connectors shall be rated for minimum of 16 kA r.m.s. for 1 s, and 40 kA peak(插头、插座、连接器和岸电接入口的额定值应至少为16 kA 有效值，持续1 s，峰值为40 kA)。”

IEC 60309-1、IEC 60309-2出版物中63、125 A自身结构具有机械联锁装置带开关的附件，能防止附件在使用时带电插拔；IEC 60309-5出版物只提供了一种350 A、690 V的附件，触点能够符合IEC 80005-3的要求，具有4个主触点带4个控制触点，其他指标均满足IEC 80005-3出版物的要求。

2 电缆管理系统的设置

港口低压接电箱上是否需要安装插座，船载低压岸电箱上是否需要安装船用接入口，是由电缆管理系统所在位置决定的。IEC 80005-3：2016出版物在第1章中说明其适用范围是交流电压1 kV及以下、电流250 A以上的LVSC系统。对电缆管理系统的设置因船而异，并由此决定了岸上接电箱电源出线和船载岸电箱电源进线的连接方式。

2.1 电缆管理系统设置在岸上

IEC 80005-3：2016在附录中规定：旅游船，海工服务船、工作船、供应船、客滚船、天燃气船、油轮等，在岸侧设置电缆管理系统(见图2)，柔性电缆由岸侧提供，其岸侧端部和接电箱的电源输出端固定连接(见图2中的1与2)，柔性电缆船侧端部需安装船用连接器，船载受电设施岸电箱上需安装船舶入口，供船用连接器插接(见图2中的5与6)。

2.2 电缆管理系统设置在船上

IEC 80005-3在附录中规定：集装箱船、货轮等其他类型的船舶，在船上设置电缆管理系统(见图3)，柔性电缆由船上自备，其船侧端部和与岸电箱的端子固定连接(见图3中的8与9)，柔性电缆岸侧端部需安装插头，岸侧供电设施接电箱上需安装插座，供插头插接(见图3中的5与6)。

IEC 80005-3在图2与图3中说明：连接岸电的三相柔性电缆“Up to 5 LV connectors/sockets outlets(最多5个低压连接器/插座)”“Up to 5 three-phase cables parallel(最多5根并联三相电缆)”。其主要参数为：额定电压400 V/440 V/690 V，频率50/60 Hz，短路耐受电流16 kA、1 s。

1—岸侧主或/和馈电线断路器；2—与岸侧控制线联锁；3—岸侧保护继电器；4—电缆管理系统；5—低压插头；6—控制导线(集成在插头和插座内)；7—船侧保护继电器；8—与船上控制线联锁；9—船上配电板连接岸电的开关；10—最多5个低压连接器/插座。

1—岸侧主或/和馈电线断路器；2—与岸侧控制线联锁；3—岸侧保护继电器；4—电缆管理系统；5—低压插头；6—控制导线(集成在插头和插座内)；7—船侧保护继电器；8—与船侧控制线联锁；9—船上配电板连接岸电的开关；10—最多5根并联三相电缆。

2.3 不具备电缆管理系统的船舶

在IEC 80005-3出版物所述范围外，还有大量的内河船舶对岸电容量的需求在250 A及以下，船上一般只备有简易手动电缆绞盘和柔性电缆，不具备符合标准的电缆管理系统。

国家海事局发布的《内河船舶法定检验技术规则(2019)》在第5篇第2.3.15对在交流相间电压为1 kV 及以下的低压岸电系统中连接岸电的方式有具体规定[3]。

(1)第2.3.15.3要求：“船上应设有岸电供电的固定连接装置。旅游船的岸电连接电缆应由码头方提供；除旅游客船以外的其他船舶应设有岸电连接电缆。连接电缆应采用具有足够电流定额的，耐油、滞燃护套的柔性电缆，并应符合公认标准(IEC 60092-353出版物或其他等效标准)。电缆的连接端头不应承受外力。单根电缆的规格不应超过3×95 mm2，并尽量选用3×25 mm2、3×70 mm2、3×95 mm23种规格”，由此明确了内河船舶连接岸电的柔性电缆由港口码头方提供还是由船舶自备的问题，并对柔性电缆提出了要求。

(2)第2.3.15.5规定：“船电和岸电之间应通过插头和插座连接。插头和插座的设计应确保不会出现不正确连接，并且确保不能带电插拔。插头、插座应满足公认的标准。插头-插座应根据船舶靠港期间负载的大小选用下列规格之一：①400 V、63 A；②400 V、125 A；③400 V、250 A”。

(3)第 2.3.15.6 规定岸电箱应具有“用于连接柔性电缆的合适的插座(旅游船)或接线柱(除旅游船以外的其他船舶)和将船体与地(岸地或零线)相连的接地接线柱”，从而明确了内河船舶在低压岸电系统中连接岸电的方式，因此旅游客船连接岸电的柔性电缆由港口码头提供，其岸侧端部与港口接电箱电源输出端固定连接 (见图2中的1与2)，其船侧端部安装船用连接器与船载岸电箱电源输入端的船用入口插接(见图2中的5与6)；除旅游客船以外的其他内河船舶均需自备连接岸电的柔性电缆，其船侧端部与船载岸电箱的电源输入端固定连接(见图3中的8与9)，其岸侧端部安装的插头和港口接电箱上插座插接(见图3中的5与6)。

为防止带电插拔，对250 A的附件可采用GB/T 11918.5—2020(IEC 60309-5：2017，MOD)标准中具有4个主触点(L1、L2、L3、E)和4个控制触点(P1、P2、P3、P4)的产品，控制电路可按照IEC 80005-3出版物7.3.1规定的安全回路原理；对岸电需求为三相或单相125 A及以下时，可采用符合GB/T 11918.2—2014 (IEC 60309-2:2012，MOD)、GB/T 11918.4—2014 (IEC 60309-4:2012，MOD)标准中提供的自身结构具有机械联锁装置带开关能防止带电插拔的附件，三相附件的主触点标记号为L1、L2、L3、N、PE，单相附件的主触点标记号为L、N、PE。该附件已在船电系统中使用多年，安全可靠，维护量小，将其用于岸电连接，简单易行，成本低。

3 电缆管理系统的组成与要求

CCS在《海规》第8篇第19章中，将电缆管理系统定义为“典型的电缆管理系统是由电缆绞车、电缆长度或张力自动控制设备和相关仪表组成。船舶通过电缆管理系统收放岸电电缆，与岸上电源进行连接。”该定义简要表示了电缆管理系统的组成主要用途。电缆管理系统中的各项设备或装置，应能耐受船舶与海洋环境，在电气参数允许误差范围内正常工作，其基本组成与要求如下：

(1) 柔性电缆：各类船舶及海上浮动装置靠泊后，用于连接岸电或外来电源的柔性电缆。CCS要求：连接低压岸电的柔性电缆电气额定值和规范应符合IEC 80005-3出版物附录A的规定；或船级社可以接受的其他标准规定。连接岸电的柔性电缆至少是符合IEC 60332-1-2规定的阻燃型；考虑所有可能的热效应影响，最高工作温度不得超过95 ℃。

(2) 电缆绞车：用于电缆收放卷绕的设备，其强度要求应符合规定。主要配置与要求为：独立的驱动装置(宜配置电力驱动)，额定功率应符合实用要求，其额定转矩与最大转矩应符合规定；电缆卷筒的直径、公称转速、卷筒负载应按被卷绕的电缆规格设计并符合相关要求；用于多根电缆卷绕时，应按电缆根数配置多组电缆卷筒(最多5组)同时收放卷绕；卷筒离合器应能使卷筒与驱动装置脱开，并能锁紧；传动装置中的齿轮、减速箱、链轮等应符合相关要求；制动器必须能自动起制动作用，当电缆绞车承受卷筒负载在公称转速下停止卷筒转动时，能不发生打滑或损坏；自动排缆装置应能确保电缆卷绕时排列整齐；操作手柄的操作方向需有明显的永久标志并符合收/放缆的规定；当人工操作时，操作手柄必须自动恢复到制动或停止位置。

(3) 滑环箱:又称集电环箱，箱内是通过电刷与铜质环体接触来实现360°旋转导电的装置。滑环的组数应与柔性电缆的根数相等。每组导电滑环应至少包括主滑环4个(L1、L2、L3、E)。连接低压岸电的控制滑环为4个(P1、P2、P3、P4)。主滑环(包括电刷装置)的额定绝缘电压与可承载的额定工作电流，应不低于柔性电缆主芯线的电压和电流等级。控制滑环(包括电刷装置)一般为额定绝缘电压≥250 V，额定工作电流≥10 A。滑环箱内应具备除湿防凝露的措施。

(4) 控制箱与监测保护装置：控制箱主要用于对电动机的控制与保护，对柔性电缆的张力与在电缆卷筒上的剩余长度进行监测。阈值限制分2个阶段进行：①当电缆张力达到设计阈值时启动报警；②电缆张力超过设计阈值时启动紧急停止并报警。

监测电缆卷筒上的电缆剩余长度：①当电缆卷盘上的电缆剩余长度为5圈时启动报警；②剩余电缆长度只有1圈时启动紧急停止并报警。

(5) 机动电缆车:把电缆管理系统的全部设备装在一辆电缆车上，可行驶到需要的场所为靠港船舶连接岸电。电缆车通常还装有伸缩臂与敷缆机械等装置，能把柔性电缆运送到一定的高度，电缆收放敷设由机械操作。这种电缆管理系统一般是在港口码头用于巨型船舶连接岸电；机动电缆车应采用蓄电池作为动力源，具备充电和相关保护装置。

4 电缆管理系统的功能与型式

4.1 电缆管理系统的功能

(1)能够收放柔性电缆，使电缆到达港口码头岸电接电箱和船载岸电箱之间。

(2)能够在收放柔性电缆过程中，自动防止电缆张力超过限制，保持电缆的最佳长度，使电缆的松弛最小化。

(3)配备独立于其控制系统的监测装置，对电缆最大张力和最大放缆长度进行监控与保护。

(4)预防或设计避免设备浸水风险。

(5)在电缆敷设、稳态运行和收缆时，将电缆弯曲半径保持在允许的最小弯曲半径以上。

(6)应能使柔性电缆跟踪船舶在整个吃水和潮汐落差范围内的移动，以及允许船舶从码头向前、向后或向外移动的最大范围内正常工作。

(7)在出现异常情况时输出报警信号，在发生故障时输出紧急关闭岸电的信号并报警。

(8) 使用岸电结束后，系统能够收回电缆和妥善存放。

4.2 电缆管理系统类型

设置在船上的电缆管理系统通常为固定式。固定安装的位置应便于连接岸电和收放电缆，防止干扰船舶停泊和系泊系统。

设置在岸上的电缆管理系统分为可移动式和固定式两种类型：

(1)可移动式电缆管理系统的柔性电缆在岸侧端部和船侧端部需分别安装插头和船用连接器，岸侧接电箱和船载岸电箱上需分别安装插座和船舶入口，见图4。

图4 与可移动电缆管理系统的连接[1]

(2)固定式电缆管理系统的柔性电缆岸侧端部为固定连接，其船侧端部安装船用连接器，船载岸电箱上需安装船用接入口，见图5。

柔性电缆在岸侧接电箱输出端或在船载岸电箱电源输入端采用直接固定连接，避免附件在使用中发生过热现象，有利于安全运行。对于有规定需要安装附件时，应避免通过附件转换来实现兼容；宜参照IEC 80005-3出版物6.3提出的

“For internal sockets-outlets，plugs，connectors and inlets protection in case of abnormal increased contact resistance (refer to manufacturer’s specifications) an additional protection may be provided(对于插座、插头、连接器和船舶入口在内部接触电阻异常增大的情况下的保护(参考制造商的规范)，可提供额外的保护)”。

图5 与固定电缆管理系统的连接[1]

5 结语

在LVSC系统中，附件和电缆管理系统的配置与应用，从技术经济学的角度进行辩证关系的研究，是属于新技术和新系统开发利用的范畴。在这一过程中既要符合国际标准的有关规定，也要符合港航的实际状况。由此产生的岸电连接方式，关系到安全用电、运行可靠和节约资源、降低成本，供电方和受电方都应执行公认的规范标准，承担好各自的义务和责任，不断技术创新与发展，共同推进岸电的正常使用。