采用船用常规电缆替代随机复合电缆的可行性研究

符城彬　闫国民　周啟鑫　陈冠辉　陈细林

摘    要：本文对船用随机复合电缆进行了可替代性研究。根据设备供应商提供的随机复合电缆的特性，通过分析复合电缆芯线的功能，将其分解成多个电缆束，选择功能特性、技术参数与复合电缆芯线相匹配的常规船用电缆，按电缆焊接工艺重新组合电缆束来替换随机复合电缆。该方法不但节省了因随机复合电缆长度不足需要重新订货的时间和成本，同时提高了船舶、建造和调试的效率，在船舶建造过程中有着重要的意义和应用价值。

关键词：船舶;复合电缆;替代性

中图分类号：U665.1                                文献标识码：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

船用设备系统控制对信号及控制线的要求比较严格，部分设备的系统控制电缆是由设备商单独随设备一起提供的，并且该电缆包含了电源、信号及控制等功能，简称为随机复合电缆。

随机复合电缆由设备厂商根据内场联调设计长度，部分则为了节省或者针对不同类型船舶提供几个长度档次。但是也有些是由船舶空间决定设备布置，特别是工程船舶和科考船，由于空间小、设备多，导致即使选择最长档次的随机复合电缆也不能满足实际施工的需要。

当随机复合电缆长度不满足需求时，通常的做法是通过设备厂家增订更长的随机复合电缆，这不但导致经济成本的增加，而且供货周期也影响到船舶建造、调试计划等。

本文分析了船用随机常规电缆和复合电缆的功能及特性，使用满足各种性能要求的船用常规电缆替代随机复合电缆，确保试验结果在满足系统要求、节省成本的同时，也能保证各计划按时顺利完成。

2     船用电缆的分类

船用电缆根据不同用途，可分为：电力电缆、通信电缆和控制电缆等。

2.1  电力电缆

电力电缆主要用于船舶各系统设备之间的电力传输。

电力电缆对绝缘、护套、铠装、外套及阻燃特性有专门的要求。，根据电缆敷设区域要求，计划使用非耐火船用电力电缆CJPJ85/SC作为电源芯线，见图 1 。

电力电缆主要包括：导体、绝缘、阻燃填充、阻燃包带、内衬层、铠装层、阻燃包及保护套等。

电力电缆的主要技术参数，包括材质、电流、电压等。

在随机复合电缆中，电压主要为直流24 V，偶尔会出现交流220 V，因此在选择额定电压0.6 kV/1 kV电力电缆代替随机复合电缆中的电源芯线时，需考虑电缆电压降（容抗）和阻抗（感抗）。

容抗和感抗一般只有在远距离输电系统中才考虑，因为电缆敷设后在不同的环境中其介电值不同，工作时的容抗或感抗计算很复杂，因此在船上环境下一般不考虑电缆的容抗和感抗造成的压降。

2.2   通信电缆

通信电缆主要是用于各系统设备之间的信号传输。

通信电缆对绝缘、护套、铠装、外套及阻燃特性有专门的要求。根据电缆敷设区域要求，计划使用非耐火船用通信电缆CHJPJP85/SC作为信号芯线，见图 2 。

通信电缆主要包括：导體、绝缘、阻燃填充、屏蔽层、阻燃包带、内衬层、铠装层、阻燃包及保护套等。

选额定电压150/250 V（300 V）通信电缆，代替随机复合电缆中的信号芯线，其主要技术参数包括信号传输速率和电磁屏蔽。

该型号通信电缆一般能满足传出音频为150 kHz以下的模拟量信号和2 048 kbit/s及以下的数字信号。

编织层的覆盖密度，可用下式计算的填充系数F表示：

覆盖密度最小值为90%时，F的最小值为0.573。

电磁屏蔽一般可根据铠装覆盖密度判断，覆盖密度一定值时，抗电磁干扰与编织金属丝直径大小通常为正比关系。

2.3   控制电缆

控制电缆主要是用于船舶各系统设备之间的系统控制。

控制电缆对绝缘、护套、铠装、外套及阻燃特性有专门的要求。根据电缆敷设区域要求，计划使用非耐火船用电力电缆CKJPJ85/SC作为控制芯线，见图 3。

船用控制电缆主要包括：导体、绝缘、阻燃填充、阻燃包带、内衬层、铠装层及外护套等。

选额定电压150 V/250 V（300 V）控制电缆，代替随机复合电缆中的控制芯线。主要计算公式与上述电缆计算公式基本一致，其他一些复杂特性在船舶环境下可不予考虑。

3    随机复合电缆的特性

随机复合电缆根据其芯线功能的不同，一般可分为：电源芯线、控制芯线和信号芯线等。

现以某船柴油机组SCR系统本地控制柜至集控台远程复视器随机复合电缆的替换为例。该设备的随机复合电缆供货长度为18 m，但实际使用需要的长度约为35 m。

根据设备供应商提供的随机复合电缆（见图4）及线码表（略），以各芯线的性能用途不同，可划分为以下几类电缆：电源芯线组、控制芯线组及信号芯线组。

从随机复合电缆线码表中可以看出：实际有效芯线共28芯（其中，针序号23、24、36、37、38为电源芯线组;针序号1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、25、26、27、28为控制芯线组;针序号14、15、16、18、19、20、21、22为信号芯线组）。

3.1  采用船用常规电缆替代随机复合电缆及接线表

根据上述随机复合电缆芯线的功能划分，结合船用常规电缆的特性，以及电力电缆、控制电缆、通信电缆的主要计算参数、阻抗和压降特性等，可以采用如下的电缆替代方案。

（1）电源芯线

使用1根CJPJ85/SC 5x1 IEC 60332-3-22常规船用电力电缆，代替电源芯线组（针序号23、24、36、37、38），接线见表 1 。

（2）控制芯线

根据控制芯线信号性质，可选择一根芯线数量大于15芯线的控制电缆代替，也可以选择多根控制电缆组合代替。

根据本船已订购的控制电缆，使用1根CKJPJ85/SC 7X1和1根CKJPJ85/SC 10X1  IEC 60332-3-22常规船用控制电缆，替代随机电缆中控制芯线组。其中：CKJPJ85/SC 7X1代替针序号1、2、3、4、5、6，接线见表2 ，CKJPJ85/SC 10X1代替针序号7、8、9、10、11、25、26、27、28、40，接线见表3 。

3.2   信号芯线

根据信号芯线信号性质，可选择一根对绞芯线数量大于4对的双屏蔽信号电缆代替，也可以选择多根双屏蔽信号电缆组合代替。

根据本船已订购的双屏蔽信号电缆，使用1根CHJPJP85/SC 1x2x0.75和1根CHJPJP85/SC 4x2x0.75 常规船用通信电缆，替代随机电缆中信号芯线组。其中：CHJPJP85/SC 1x2x0.75代替针序號18、19，接线见表 4 ;CHJPJP85/SC 4x2x0.75代替针序号14、15、16、20、21、22，接线见表 5 。

4   船用常规电缆代替复合电缆制作过程及实验结果

在分析替代方案时，将随机复合电缆分解为5根船用常规电缆。根据接线后测量电阻、系泊试验及海试三个阶段，试验验证了以一束电缆形式替代一根随机复合电缆的可行性。

4.1   重组随机复合电缆制作

根据需求制定了电缆替代方案，使用已有的船用常规电缆进行替代。重组随机复合电缆束制作过程，见图 5 。

4.2   连接效果

根据随机复合电缆的使用要求，确保电缆连接芯线清晰、正确及安全，重组后的随机复合电缆连接两端设备图，见图6、图 7 。

4.3   试验结果

在确保接线正确的情况下项目组进行了试验，分别从本地控制箱的主显示器、集控台远程视器及机舱监测系统读取试验数据。

本地控制柜至集控台SCR远程复视器随机复合电缆替换为5根常规船用电缆，本地控制柜至集控台机舱监测系统为原随机复合电缆。采集本地控制箱、集控台SCR远程复试器、机舱监测系统三组数据进行对比。试验结果表明：随机复合电缆与采用重组复合电缆的数据，吻合度很高。说明可以使用多条船用常规电缆重新组合，以一束电缆形式替代一根随机复合电缆，具有良好的替代性和工程应用价值。

5    结束语

本文根据设备供应商提供的随机复合电缆的特性，通过分析复合电缆芯线的功能，可以将其分解成多个电缆束。在电缆替代方案中，选择了功能特性及技术参数与复合电缆芯线相匹配的常规船用电缆，按电缆焊接工艺重新组合电缆束替换随机复合电缆，确保系统性能的可靠性，增加随机复合电缆长度的可选择性，提高生产设计设备布置的合理性。不但节省了因随机复合电缆长度不足需要重新订货的时间和成本，同时提高了船舶设计、建造和调试效率，因此开展设备随机复合电缆可替代性的研究和实践，在船舶建造过程中有着重要的意义和应用价值。

参考文献

[1]中国标准社.中国国家标准汇编[S].北京：中国标准出版社.2006.

[2]丁坚勇.程建翼.电力系统自动化[M].北京：中国电力出版社.2016.