采用船用常規(guī)電纜替代隨機復(fù)合電纜的可行性研究

符城彬　閆國民　周啟鑫　陳冠輝　陳細(xì)林

摘? ? 要：本文對船用隨機復(fù)合電纜進行了可替代性研究。根據(jù)設(shè)備供應(yīng)商提供的隨機復(fù)合電纜的特性，通過分析復(fù)合電纜芯線的功能，將其分解成多個電纜束，選擇功能特性、技術(shù)參數(shù)與復(fù)合電纜芯線相匹配的常規(guī)船用電纜，按電纜焊接工藝重新組合電纜束來替換隨機復(fù)合電纜。該方法不但節(jié)省了因隨機復(fù)合電纜長度不足需要重新訂貨的時間和成本，同時提高了船舶、建造和調(diào)試的效率，在船舶建造過程中有著重要的意義和應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：船舶;復(fù)合電纜;替代性

中圖分類號：U665.1? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

Abstract： In this paper， the substitutability of marine standard composite cable is studied. According to the characteristics of the random composite cable provided by the equipment supplier， the core wire of the composite cable is decomposed into multiple cable bundles by analyzing the function of the core wire of the composite cable. The conventional marine cable with the functional characteristics and technical parameters matching with the core wire of the composite cable is selected， and the cable bundle is re-assembled according to the cable welding process to replace the random composite cable. It not only saves the time and cost of reordering due to the insufficient length of the random composite cable， but also improves the efficiency of ship design， construction and commissioning. It has important significance and engineering application value in the process of ship construction.

Key words： Ship; Composite cable; Substitutability

1? ? ?前言

船用設(shè)備系統(tǒng)控制對信號及控制線的要求比較嚴(yán)格，部分設(shè)備的系統(tǒng)控制電纜是由設(shè)備商單獨隨設(shè)備一起提供的，并且該電纜包含了電源、信號及控制等功能，簡稱為隨機復(fù)合電纜。

隨機復(fù)合電纜由設(shè)備廠商根據(jù)內(nèi)場聯(lián)調(diào)設(shè)計長度，部分則為了節(jié)省或者針對不同類型船舶提供幾個長度檔次。但是也有些是由船舶空間決定設(shè)備布置，特別是工程船舶和科考船，由于空間小、設(shè)備多，導(dǎo)致即使選擇最長檔次的隨機復(fù)合電纜也不能滿足實際施工的需要。

當(dāng)隨機復(fù)合電纜長度不滿足需求時，通常的做法是通過設(shè)備廠家增訂更長的隨機復(fù)合電纜，這不但導(dǎo)致經(jīng)濟成本的增加，而且供貨周期也影響到船舶建造、調(diào)試計劃等。

本文分析了船用隨機常規(guī)電纜和復(fù)合電纜的功能及特性，使用滿足各種性能要求的船用常規(guī)電纜替代隨機復(fù)合電纜，確保試驗結(jié)果在滿足系統(tǒng)要求、節(jié)省成本的同時，也能保證各計劃按時順利完成。

2? ? ?船用電纜的分類

船用電纜根據(jù)不同用途，可分為：電力電纜、通信電纜和控制電纜等。

2.1? 電力電纜

電力電纜主要用于船舶各系統(tǒng)設(shè)備之間的電力傳輸。

電力電纜對絕緣、護套、鎧裝、外套及阻燃特性有專門的要求。，根據(jù)電纜敷設(shè)區(qū)域要求，計劃使用非耐火船用電力電纜CJPJ85/SC作為電源芯線，見圖 1 。

電力電纜主要包括：導(dǎo)體、絕緣、阻燃填充、阻燃包帶、內(nèi)襯層、鎧裝層、阻燃包及保護套等。

電力電纜的主要技術(shù)參數(shù)，包括材質(zhì)、電流、電壓等。

在隨機復(fù)合電纜中，電壓主要為直流24 V，偶爾會出現(xiàn)交流220 V，因此在選擇額定電壓0.6 kV/1 kV電力電纜代替隨機復(fù)合電纜中的電源芯線時，需考慮電纜電壓降（容抗）和阻抗（感抗）。

容抗和感抗一般只有在遠距離輸電系統(tǒng)中才考慮，因為電纜敷設(shè)后在不同的環(huán)境中其介電值不同，工作時的容抗或感抗計算很復(fù)雜，因此在船上環(huán)境下一般不考慮電纜的容抗和感抗造成的壓降。

2.2? ?通信電纜

通信電纜主要是用于各系統(tǒng)設(shè)備之間的信號傳輸。

通信電纜對絕緣、護套、鎧裝、外套及阻燃特性有專門的要求。根據(jù)電纜敷設(shè)區(qū)域要求，計劃使用非耐火船用通信電纜CHJPJP85/SC作為信號芯線，見圖 2 。

通信電纜主要包括：導(dǎo)體、絕緣、阻燃填充、屏蔽層、阻燃包帶、內(nèi)襯層、鎧裝層、阻燃包及保護套等。

選額定電壓150/250 V（300 V）通信電纜，代替隨機復(fù)合電纜中的信號芯線，其主要技術(shù)參數(shù)包括信號傳輸速率和電磁屏蔽。

該型號通信電纜一般能滿足傳出音頻為150 kHz以下的模擬量信號和2 048 kbit/s及以下的數(shù)字信號。

編織層的覆蓋密度，可用下式計算的填充系數(shù)F表示：

覆蓋密度最小值為90%時，F(xiàn)的最小值為0.573。

電磁屏蔽一般可根據(jù)鎧裝覆蓋密度判斷，覆蓋密度一定值時，抗電磁干擾與編織金屬絲直徑大小通常為正比關(guān)系。

2.3? ?控制電纜

控制電纜主要是用于船舶各系統(tǒng)設(shè)備之間的系統(tǒng)控制。

控制電纜對絕緣、護套、鎧裝、外套及阻燃特性有專門的要求。根據(jù)電纜敷設(shè)區(qū)域要求，計劃使用非耐火船用電力電纜CKJPJ85/SC作為控制芯線，見圖 3。

船用控制電纜主要包括：導(dǎo)體、絕緣、阻燃填充、阻燃包帶、內(nèi)襯層、鎧裝層及外護套等。

選額定電壓150 V/250 V（300 V）控制電纜，代替隨機復(fù)合電纜中的控制芯線。主要計算公式與上述電纜計算公式基本一致，其他一些復(fù)雜特性在船舶環(huán)境下可不予考慮。

3? ? 隨機復(fù)合電纜的特性

隨機復(fù)合電纜根據(jù)其芯線功能的不同，一般可分為：電源芯線、控制芯線和信號芯線等。

現(xiàn)以某船柴油機組SCR系統(tǒng)本地控制柜至集控臺遠程復(fù)視器隨機復(fù)合電纜的替換為例。該設(shè)備的隨機復(fù)合電纜供貨長度為18 m，但實際使用需要的長度約為35 m。

根據(jù)設(shè)備供應(yīng)商提供的隨機復(fù)合電纜（見圖4）及線碼表（略），以各芯線的性能用途不同，可劃分為以下幾類電纜：電源芯線組、控制芯線組及信號芯線組。

從隨機復(fù)合電纜線碼表中可以看出：實際有效芯線共28芯（其中，針序號23、24、36、37、38為電源芯線組;針序號1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、25、26、27、28為控制芯線組;針序號14、15、16、18、19、20、21、22為信號芯線組）。

3.1? 采用船用常規(guī)電纜替代隨機復(fù)合電纜及接線表

根據(jù)上述隨機復(fù)合電纜芯線的功能劃分，結(jié)合船用常規(guī)電纜的特性，以及電力電纜、控制電纜、通信電纜的主要計算參數(shù)、阻抗和壓降特性等，可以采用如下的電纜替代方案。

（1）電源芯線

使用1根CJPJ85/SC 5x1 IEC 60332-3-22常規(guī)船用電力電纜，代替電源芯線組（針序號23、24、36、37、38），接線見表 1 。

（2）控制芯線

根據(jù)控制芯線信號性質(zhì)，可選擇一根芯線數(shù)量大于15芯線的控制電纜代替，也可以選擇多根控制電纜組合代替。

根據(jù)本船已訂購的控制電纜，使用1根CKJPJ85/SC 7X1和1根CKJPJ85/SC 10X1? IEC 60332-3-22常規(guī)船用控制電纜，替代隨機電纜中控制芯線組。其中：CKJPJ85/SC 7X1代替針序號1、2、3、4、5、6，接線見表2 ，CKJPJ85/SC 10X1代替針序號7、8、9、10、11、25、26、27、28、40，接線見表3 。

3.2? ?信號芯線

根據(jù)信號芯線信號性質(zhì)，可選擇一根對絞芯線數(shù)量大于4對的雙屏蔽信號電纜代替，也可以選擇多根雙屏蔽信號電纜組合代替。

根據(jù)本船已訂購的雙屏蔽信號電纜，使用1根CHJPJP85/SC 1x2x0.75和1根CHJPJP85/SC 4x2x0.75 常規(guī)船用通信電纜，替代隨機電纜中信號芯線組。其中：CHJPJP85/SC 1x2x0.75代替針序號18、19，接線見表 4 ;CHJPJP85/SC 4x2x0.75代替針序號14、15、16、20、21、22，接線見表 5 。

4? ?船用常規(guī)電纜代替復(fù)合電纜制作過程及實驗結(jié)果

在分析替代方案時，將隨機復(fù)合電纜分解為5根船用常規(guī)電纜。根據(jù)接線后測量電阻、系泊試驗及海試三個階段，試驗驗證了以一束電纜形式替代一根隨機復(fù)合電纜的可行性。

4.1? ?重組隨機復(fù)合電纜制作

根據(jù)需求制定了電纜替代方案，使用已有的船用常規(guī)電纜進行替代。重組隨機復(fù)合電纜束制作過程，見圖 5 。

4.2? ?連接效果

根據(jù)隨機復(fù)合電纜的使用要求，確保電纜連接芯線清晰、正確及安全，重組后的隨機復(fù)合電纜連接兩端設(shè)備圖，見圖6、圖 7 。

4.3? ?試驗結(jié)果

在確保接線正確的情況下項目組進行了試驗，分別從本地控制箱的主顯示器、集控臺遠程視器及機艙監(jiān)測系統(tǒng)讀取試驗數(shù)據(jù)。

本地控制柜至集控臺SCR遠程復(fù)視器隨機復(fù)合電纜替換為5根常規(guī)船用電纜，本地控制柜至集控臺機艙監(jiān)測系統(tǒng)為原隨機復(fù)合電纜。采集本地控制箱、集控臺SCR遠程復(fù)試器、機艙監(jiān)測系統(tǒng)三組數(shù)據(jù)進行對比。試驗結(jié)果表明：隨機復(fù)合電纜與采用重組復(fù)合電纜的數(shù)據(jù)，吻合度很高。說明可以使用多條船用常規(guī)電纜重新組合，以一束電纜形式替代一根隨機復(fù)合電纜，具有良好的替代性和工程應(yīng)用價值。

5? ? 結(jié)束語

本文根據(jù)設(shè)備供應(yīng)商提供的隨機復(fù)合電纜的特性，通過分析復(fù)合電纜芯線的功能，可以將其分解成多個電纜束。在電纜替代方案中，選擇了功能特性及技術(shù)參數(shù)與復(fù)合電纜芯線相匹配的常規(guī)船用電纜，按電纜焊接工藝重新組合電纜束替換隨機復(fù)合電纜，確保系統(tǒng)性能的可靠性，增加隨機復(fù)合電纜長度的可選擇性，提高生產(chǎn)設(shè)計設(shè)備布置的合理性。不但節(jié)省了因隨機復(fù)合電纜長度不足需要重新訂貨的時間和成本，同時提高了船舶設(shè)計、建造和調(diào)試效率，因此開展設(shè)備隨機復(fù)合電纜可替代性的研究和實踐，在船舶建造過程中有著重要的意義和應(yīng)用價值。

參考文獻

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