开体式挖泥船用电力电缆设计与安装.pdf

2 0 0 9年第 1期 No 1 20 09 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca bl e 2 0 0 9年2月 Fe b， 20 09 开体式挖泥船用 电力 电缆设计与安装 李永 江 ( 江苏远洋东泽 电缆集 团有 限公 司， 江苏 扬州 2 2 5 1 2 9 ) 摘 要 ： 由于开体 式挖 泥船 结构的特殊性 ， 在 工作 时船体 的左右两个舱 体会扇开并形成一定 的角度 ， 这会 造成横 跨 连接 两个船体的 电力 电缆承 受频繁 的弯曲， 导致 电缆 护套早期 开裂 ， 严 重影响使 用寿命 。本 文对该 电缆特 殊 的工作条件 、 结构 、 工艺及安装等进行 了较详 细的分析 、 探讨 ， 并提 出了改进 的措 施。 关键 词 ： 电力电缆 ； 开体式挖泥船 ； 设计 ； 工艺安装 中图分 类号 ： T M2 4 6 9 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 6 9 0 1 ( 2 0 0 9 ) 0 1 - 0 0 1 0 - 0 3 De s i g n a nd I ns t a l l a t i o n o f t he Po we r Ca bl e s f o r Fu l l Sp l i t Dr e d g e r s L I Y o n g - j i a n g ( J i a n g s u O c e a n D o n g z e C a b l e G r o u p C o ，L t d ， Y a n g z h o u 2 2 5 1 2 9 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：D u e t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e c o n s t r u c t i o n o f f u l l s p l i t d r e d g e r s ，b o t h s h i p p a n 8 w i l l f a n o u t t o f o r m a n a n g l e d u r i n g t h e o p e r a t i o n，wh i c h wi l l c a u s e t h e p o we r c a b l e s c o nn e c t i n g t he t wo s hi p p a r t s fle x r e pe a t e d l y，r e s u l t i n g i n p r e ma t u r e s h e a t h c r a ck i ng a n d mu c h s ho r t e r s e r v i c e l i f eI n t h i s pa p e r ，t he s p e c i a l s e rvi c e c o n d i t i o n s，c o ns t ru c - t i o n，p r o c e s s a n d i ns t a l l a t i o n o f t he c a b l es we r e a na l y z e d i n d e t a i l a nd a c t i o n s f o r i mp r o v e me n t we r e r e c o mme nd e d Ke y wo r ds：po we r c a b l e；f ul l s p l i t d r e dg e r；d e s i g n；p r o c e s s；i n s t a l l a t i o n O 引 言 电线 电缆作为“ 神经 、 血管 ” 配套于各种各样 的 电气装 备 或 电子仪 器 ， 又 应 用 于 各 种形 形 色 色 的工 作环境和使用条件 ， 因此 ， 作为电线 电缆设计和制造 者， 就必须深入现场 ， 了解并研究电缆实际的使用条 件和工作环境 ， 以便合理和正确地选择 电缆的结构、 材料 ， 以及安装和使用的方式 ， 以满足产品使用的要 求 。本文根据开体式挖泥船的结构及特殊工作环境 和使用 条件 ， 提 出 了开 体 式 挖 泥船 用 电 力 电缆 ( 以 下简称电缆 ) 的结构设计、 材料选用 ， 以及在制造工 艺 、 安装和使用中提出了一些措施和建议 。 1 电缆 的使用特点和要求 开体式挖泥船广泛应用于河道疏通和水利挖泥 工程等施工作业。开体式挖泥船结构有其 特殊性 ， 在非工作静态时 ， 船体左、 右两舱是平行排列 ， 当工 作状态时， 船体左 、 右两舱的舱体会扇开并形成一定 的角度。这会造成横跨连接左、 右两舱的大截面电 力电缆的护套表面开裂 ， 影响电缆的使用寿命。因 收稿 日期 ： 2 0 0 8 - 0 5 1 4 作者简介 ： 李 永江( 1 9 8 2一) ， 男 ， 工程师 作者地址 ： 江 苏扬 州市南郊 瓜洲镇宝石路 2号 2 2 5 1 2 9 此 ， 特殊的使用条件和工作环境对该电缆提 出了特 殊要求 ： ( 1 ) 要求 电缆柔软 ， 具有优 良的弯曲性能 ； ( 2 ) 应满足环保要求 ， 电缆须低烟无 卤； ( 3 ) 电缆应 具有耐油和耐泥浆 ， 以适合 于挖泥船 的工作 环境 ； ( 4 ) 电缆护套应具有 良好的耐环境应力性能 ； ( 5 ) 电 缆具有优 良的耐候性 ， 以适合于 日晒夜露 ， 风吹雨淋 的户外敷设 ； ( 6 ) 电缆具有优 良的老化性能 ， 使用寿 命长 ， 能长期可靠地运行 。 2 电缆工作特点 的分析及对 策 正如上述 ， 开体式挖泥船在非工作静止状态时， 船体的左、 右两舱平行 排列 ( 见 图 1 ) ， 当工作状 态 时， 左、 右两个舱体会扇开并形成一定的角度( 见图 2 ) 。由于电缆两端分别 固定连接 于左 、 右两舱 ， 而 中间无支撑物 ， 即悬空架设 ， 悬空距离约为 3 5 m， 图 1 船舶静 止状 态时示意图 体 2 0 0 9年第 1期 No 1 2 00 9 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca b l e 2 0 0 9年 2月 Fe b， 2 00 9 左舱体 电缆 右舱体 图 2船 舶 工 作 状 态 时不 意 图 因此 ， 电缆 的自重带来了下垂 的张力 ， 使电缆弯曲受 力 ， 更主要的是工作状态的左右两舱不断分离 ， 形成 电缆频繁地弯曲， 造成应力集 中， 导致电缆护套极易 开裂 ， 甚至 电缆断裂 。 众所周知 ， 电缆弯曲时， 护套外侧产生最大拉应 力 ， 而 内侧产生最大的压应力 。通常， 电缆弯曲时护 套相对伸长率 A与电缆弯曲半径 及电缆半径 r 相 关 ： A =r ( r+R)1 0 0 ： 1 ( k+1 )1 0 0 彘 = R r 式 中， k为电缆安装敷设的弯曲倍数 。 从上式可以看出 ， 当电缆在敷设或使用 中弯曲 半径一定 时， 电缆半径越大 ， 护套外侧伸长率越大； 重量越大， 无支撑横跨敷设时下垂张力越大 ， 越容易 造成护套开裂。 在图 1中， A、 B、 c三点均为弯 曲受力点 ， A点 和 C点处 因左右舱体对 电缆的固定 ， 电缆本身的较 大重量形成的下垂对 电缆上侧产生外拉力 ， 以及 日 光对电缆的暴晒等都会加速 电缆老化。试验发现 ， 如不采取任何措施 ， 一年左右时 间就会使电缆护套 老化开裂 ， 影响使用寿命 。 B点为电缆弯 曲和重力造成 的下垂点 ， 受力更 大， 更容易开裂。这是 因为一方面船体工作 时造成 电缆弯曲 ； 另一方 面大截面 电缆本身重量带来下垂 张力 ， 两者共 同作用使 B点电缆 的下侧相对的伸长 率增大 ， 再加上外部环境的冷暖变化及 日光暴 晒， 老 化速度会比常规条件下的电缆快 1 5倍左右。 基于上述分析 ， 在 电缆敷设安装时应采取 以下 几点 措施 ： ( 1 ) 为减 小其 重 力 造 成 的下 垂 张 力 ， 给 予 横跨 电缆支撑， 但该支撑不是点支撑 ， 而是采用由尼 龙或钢丝或铜丝编织网张紧在左右舱体边缘 固定线 上 ， 整体拖住 电缆 ， 减轻其下垂张力 ， 更主要 的是尼 龙、 钢丝或铜丝编织网不仅是 良好 的抗拉构件 ， 而且 是 良好的抗弯构件 ， 对于减小 护套弯 曲应力有 良好 的作用 ； ( 2 ) 改进左右机舱 电缆固定点 ， 稍微增大 电 缆穿孔 ， 并用软物包绕电缆使 固定相对松弛 ， 以减小 电缆的弯曲应力 ， 避免局部的应力集 中； ( 3 ) 为了避 免电缆长期处于阳光暴晒之下 ， 防止紫外线对 电缆 的辐射而使护套加速老化开裂， 在 电缆上方平铺一 层防紫外线辐射 的软层等， 用 以保护电缆。 3 电缆结构设计和工艺 改进 除了上述的电缆安装及使用时所采取的一些措 施之外 ， 还可以从电缆本身人手 ， 优化 电缆结构 ， 选 用优质材料 ， 改进护套挤出工艺。 3 1优化 电缆 结构 在 优 化 设 计 电缆 结 构 时 主 要 从 以下 几 方 面 考 虑 ： ( 1 )开体式挖泥船用的电力 电缆 ， 导 电线芯最 好采用柔软型的 5类绞合导体 ， 这样使电缆柔软 ， 而 且具有优 良的耐弯曲性能； ( 2 )绝 缘 和护套 材料 采用 性 能优 良的柔 软 型材 料 ， 具有优 良的弯曲性能 ， 尤其是护套料 的选用要具 有耐候 、 耐环境应力 、 耐紫外光辐照 ， 以及阻燃低烟 无 卤等性能， 本电缆绝缘采用无 卤乙丙橡胶 ， 护套采 用 交联 聚 乙烯 。 ( 3 )在电缆结 构上 ， 成缆后绕包两层较厚 的无 卤绕包带， 组成柔软的内衬层 ， 使电缆弯曲时在护套 上产生的挤压应力 减小 ， 可获得更小 的弯 曲半径或 同样弯曲半径下护套不易开裂。 开体式挖泥船用电力电缆的结构见图 3 。 图 3 开体式 挖泥船用 电力 电缆结构 1 一绞合铜导体 ( 5类) 2 一 乙丙橡胶绝缘 3 一无 卤填充材料4 一双层无卤带5 一交联聚烯烃 护套 3 2 选 用优 质 的材料 由于环保要求 ， 现在船用电缆基本上都是低烟 无 卤电缆 ， 开体式挖 泥船用 的电力 电缆也不例外 。 除了填充和绕包材料外 ， 最主要的是绝缘和护套材 料需满足低烟无卤要求。 常用无 卤绝缘材料主要有无 卤交联聚乙烯和无 卤乙丙橡胶 ； 护套材料主要是无 卤聚烯烃聚合物 ， 包 括热塑型聚烯烃和交联型聚烯烃 。 1 1 2 0 0 9年第 1 期 No 1 2 00 9 电 线 电 缆 El e c t r i c Wi r e& Ca bl e 2 0 0 9年 2月 F e b ， 2 0 0 9 就开体式挖泥船用电力 电缆来说 ， 绝缘材料推 荐采用无 卤乙丙橡胶 。无卤乙丙橡胶不但柔软 ， 同 时其各种电气机械性能优越。以我公司研制 的无 卤 乙丙橡 胶为例 ， 其各 项技术 参 数 ( 见 表 1 ) 均高 于 I E C 6 0 0 9 23 5 1 ： 2 0 0 4和国家相关标准对 HF E P R ( 无卤乙丙橡胶 ) 的要求 ， 完全能够满足该 电缆 的需 要 表 1 无 卤乙丙橡胶性能 项 目 标准要求 试验结果 绝缘 电阻常数 ( MI 1 k m) 3 6 7 0 6 0 o o 机械物理性能 老化前抗张强度 MP a 4 8 5 5 老化前断裂伸长率 2 5 0 5 l O 老化后抗张强度保留率 7 5 8 5 老化后断裂伸长率保 留率 7 5 8 9 热延伸试验 负载下伸长率 5 0 1 O 烟指数 4 5 2 毒性指数 1 5 0 0 4 酸气含量 1 8 0 护套材料最好选用无 卤辐照交联 型聚烯烃 ， 经 过对聚烯烃基料和阻燃剂进行改性组合 ， 使得 电缆 成品柔软、 耐油和耐泥浆 ， 并具有优 良的抗环境应力 和 良好的耐候性 。表 2为无 卤交联 聚烯烃护套性 能 。 3 3改进 护套 挤 出工艺 目前 ， 国内电缆制造商在挤包低烟无 卤电缆绝 缘和护套时， 多采用挤出后冷水槽直接冷却 ， 这为大 截面电缆后来的护套开裂植下了隐患。大截面电缆 由于绝缘和护套较厚 ， 在挤出时温度较高， 如直接放 入冷水槽会造成绝缘或护套 内外温度骤然不同， 内 部保持几乎刚挤出的温度 ， 外部则会迅速冷却 ， 尤其 当电缆在冬季制造 时， 更是如此。这种方法冷却的 结果是电缆护套 由于内外冷热不均 ， 造成收缩程度 不同， 内外应力不均 ， 使得成 品机械性能和抗曲绕能 力下降 ， 最终容易老化。 为了改变这种冷却方法的弊端 ， 可 以采用分段 式的温水冷却 ， 即各段水槽 中水温从 高温到室温逐 渐缓慢冷却 ， 从而消除护套 瞬间骤冷带来 的应力开 裂隐 患 。 除了上述的改进措施外 ， 还可考虑采用电缆通 用的保护方法 ， 比如选择合理 的电缆储存环境及其 装运的条件等 ， 以期电缆的性能保持最优化。 表 2 无 卤交联聚烯烃护套性 能 试验项 目 标准要求 试验结果 热延伸试验 ( 2 0 0 。 c2 。 C 1 5 mi n ， 0 2 MP a ) 载荷下伸长率 5 0 2 5 老化前机械性能 抗张强度 MP a 9 0 1 2 9 断裂伸长率 1 6 0 3 6 0 在空气箱中老化后( 1 3 6 。 c 2 。 C) ， 1 6 8 h ) 抗张强度保留率 6 0 8 3 断裂伸长保留率 6 0 8 1 耐气候老化后( 7 2 0 h ) 抗张强度保留率 8 0 1 0 3 断裂伸长保 留率 8 0 9 0 浸入 A S T M2 # 油 ( 1 2 0 。 C2 。 C， 1 8 h ) 抗张强度保 留率 5 0 6 5 断裂伸长保 留率 5 0 6 7 撕裂强度试验 MP a 6 1 3 6 3 2 酸气含量 2 0 卤素含量 O 2 O 0 8 烟指数 2 5 8 毒性指数 5 1 3 4 结束语 本文就开体式挖泥船用电力 电缆的特殊要求 ， 对 电缆安装敷设及使用条件的改善和电缆结构与工 艺 的改进做 了分 析 探讨 ， 供 电缆 使 用 者 以及 电缆 制 造商的参考 。 参 考文献 ： 1 I E C 6 0 0 9 2 5 1 ， I n s u l a t i n g m a t e ri a l s f o r s h i p b o a r d a n d o f f s h o r e c a - b l e s( T h i r d e d i t i o n ) S 2 I E C 6 0 0 9 2 5 2 ，C h o i c e a n d i n s t a l l a t i o n o f e l e c t ri c c a b l e s for l o w v o l t a g e p o w e r s y s t e m ( T h i r d e d i t i o n ) S 3 I E C 6 0 0 9 2 - 3 5 3， S i n g l e a n d mu h i e o r e n o n r a d i a l fi e l d p o w e r c a b l e s wi t h e x t r u d e d s o l i d i n s u l a t i o n f o r r a t e d v o l t a g e 1 k V an d 3 k V ( S e c o n d e d i t i o n ) S 4 I E C 6 0 0 9 2 - 3 5 9 ，S h e a t h i n g ma t e ri a l s fo r s h i p b o a r d a n d c o mm u n i - c a t i o n c a b l e s( S e c o n d e d i t i o n ) S 5 I E C 6 0 7 5 4 ，T e s t o n g a s e s e v o l v e d d u ri n g c o mb u s t i o n o f e l e c t ri c a l c a b l e s( F i r s t e d i t i o n ) s 6 I E C 6 1 0 3 4， Me a s u r e m e n t o f s mo k e d e n s i o f c abl e s b u r n i n g u n d e r d e fi n e d c o n d i t i o n s( S e c o n d e d i t i o n ) S 】 7 G J B 1 9 1 6 - 9 4， 舰船用低烟 电缆和软线通用规范 S 8 郑琪 大截面 阻燃 电缆使用 时外 护套开裂问题 的分 析 J 高电压技术 ， 2 0 0 4 ， ( 4 )： 3 4 - 3 6 9 陈寿田 电气绝 缘材料科 学与工程 M 西 安 ： 西安 交通 大学 出版社 ， 2 0 0 4