陳翠香，陸云春

(江蘇遠(yuǎn)洋東澤電纜股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225129)

0 引言

目前，各大船級(jí)社在船舶建造規(guī)范中對(duì)高壓裝置的要求都比較籠統(tǒng)，但把標(biāo)稱系統(tǒng)相間電壓超過1000 V的稱為高壓。本文考慮到行業(yè)內(nèi)的習(xí)慣，把相間電壓超過1000 V、不大于17500 V的船舶和海洋工程中使用的電纜稱為中壓電纜。

隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，船舶電力系統(tǒng)中已經(jīng)越來越多地采用電力電子設(shè)備。電力電子技術(shù)的主要內(nèi)容是采用電力半導(dǎo)體器件進(jìn)行電力變換和控制。近幾年來，將可關(guān)斷晶閘管(GTO)、電力晶體管(GTR)、雙極晶體管(IGBT)及脈幅調(diào)制(PAM)、脈寬調(diào)制(PWM)等技術(shù)應(yīng)用到船舶電力系統(tǒng)，使得船用變頻器的功率做得很大。將大容量的電力電子設(shè)備應(yīng)用于船電系統(tǒng)，這是科技進(jìn)步的表現(xiàn)，是大勢(shì)所趨，重要的問題是要解決電磁兼容性問題。目前高電壓大功率變頻電機(jī)已在船舶和海洋工程裝備上廣泛使用，于是研制國產(chǎn)符合EMC要求的中壓電纜，越來越迫切。國際電工委員會(huì)(IEC)等國際機(jī)構(gòu)及各大船級(jí)社都已提出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，對(duì)高次諧波進(jìn)行管理和控制，采用符合EMC要求的電纜，是抑制和減少諧波危害的重要措施?，F(xiàn)將研制船舶和海洋工程變頻裝置用中壓電纜的相關(guān)問題，簡(jiǎn)述如下。

1 主要技術(shù)性能

根據(jù)EMC標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合對(duì)實(shí)際使用中大量數(shù)據(jù)的研究，確立船舶和海洋工程變頻專用中壓電纜產(chǎn)品的技術(shù)性能如下:

(1)表面?zhèn)鬏斪杩?在10 MHz時(shí)表面?zhèn)鬏斪杩共淮笥?0 mΩ/m。

(2)理想屏蔽系數(shù):電纜總干擾電壓為50 mV時(shí)的理想屏蔽系數(shù)不大于0.6。

(3)總屏蔽抑制系數(shù):電纜的總屏蔽抑制系數(shù)不大于 0.05。

(4)阻燃性能:電纜需能通過IEC 60332-3-22規(guī)定的A類成束阻燃。

(5)彎曲半徑:成品電纜最小彎曲半徑不小于9倍的電纜最大直徑。

(6)低煙性能:電纜需具有IEC 60092-350規(guī)定的低煙性能，依據(jù)IEC 61034試驗(yàn)時(shí)透光率不小于60%。

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

為了確保產(chǎn)品滿足預(yù)定的技術(shù)性能，經(jīng)過設(shè)計(jì)研究，對(duì)船舶和海洋工程變頻器用中壓電纜進(jìn)行了如下確認(rèn)設(shè)計(jì)。

2.1 電纜名稱

交聯(lián)聚乙烯絕緣聚烯烴護(hù)套鍍錫銅絲編織鎧裝聚烯烴外護(hù)套船舶和海洋工程變頻器用中壓電纜。

2.2 產(chǎn)品型號(hào)

CJPF86/SC-VFD，其中:C表示船舶和海洋工程用電力電纜，J表示交聯(lián)聚乙烯絕緣，PF表示聚烯烴內(nèi)護(hù)套，8表示鍍錫銅絲編織鎧裝，6表示聚烯烴外護(hù)套，SC表示A類成束阻燃低煙無鹵，VFD表示符合EMC標(biāo)準(zhǔn)，專用于變頻裝置。

2.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

CJPF86/SC-VFD電纜產(chǎn)品設(shè)計(jì)為3+3E結(jié)構(gòu)，其剖面如圖1所示。

圖1 電纜結(jié)構(gòu)

2.4 消除高次諧波影響

因電纜的分布電容對(duì)諧波有放大作用，使電纜和船殼的電容過大，造成電纜過電壓局部放電，使電纜溫度升高，絕緣損壞。為消除這種破壞作用，特將電纜設(shè)計(jì)成3+3E結(jié)構(gòu)，有效地抑制了高次諧波中的奇次諧波，提高了電纜抗干擾性能;3根接地導(dǎo)體呈互差120°排列，能有效降低高次諧波的影響，降低感應(yīng)電壓不平衡并將共態(tài)噪聲傳回變頻傳動(dòng)系統(tǒng)，減弱變頻電機(jī)噪聲，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，滿足電磁兼容要求。

2.5 承受多倍系統(tǒng)峰值電壓

變頻傳動(dòng)系統(tǒng)高次諧波疊加容易使得電纜充電電流增加導(dǎo)致變頻傳動(dòng)峰值電壓陡然升高，引起系統(tǒng)過電流跳閘。設(shè)計(jì)中采用比通用交聯(lián)聚乙烯具有更低的低介電常數(shù)的特種交聯(lián)聚乙烯，從而使電纜的耐壓性能更加優(yōu)越，絕緣層可多次承受3倍變頻傳動(dòng)峰值電壓，減少因電纜充電電流引起的傳動(dòng)系統(tǒng)過電流跳閘問題，同時(shí)也滿足了船舶規(guī)范對(duì)高壓電纜進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的要求。

2.6 增強(qiáng)屏蔽功能

電磁干擾有傳導(dǎo)和輻射2種型式。成纜采用了多層屏蔽結(jié)構(gòu)，形成了100%的屏蔽覆蓋率。在使用中將屏蔽導(dǎo)體正確接地，使屏蔽導(dǎo)體與干擾源電容耦合，以消除諧波對(duì)外界設(shè)備和系統(tǒng)的干擾，也有效地抑制了外界的電磁干擾。

2.7 A類成束阻燃

船舶和海洋工程作業(yè)的特殊性要求配套電纜必須滿足甚至高于A類成束阻燃的規(guī)定。為此從綜合角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)成品阻燃的重點(diǎn)放在護(hù)套上，設(shè)計(jì)的電纜結(jié)構(gòu)中護(hù)套材料必須具有高阻燃性，內(nèi)外護(hù)套材料的氧指數(shù)均不低于32，同時(shí)材料的低煙無鹵性能符合IEC 60092-350的規(guī)定。

2.8 接地導(dǎo)體的截面

參照IEC 60092-3系列標(biāo)準(zhǔn)和變頻器使用中對(duì)電纜的要求，接地導(dǎo)體的截面應(yīng)不小于載流導(dǎo)體的50%。絕緣載流相導(dǎo)體設(shè)計(jì)符合IEC 60092-350的規(guī)定性能，而絕緣接地導(dǎo)體符合IEC 60092-352的規(guī)定，接地導(dǎo)體的截面積不小于載流的相導(dǎo)體截面積的一半。二者均為IEC 60228中的Class 5的結(jié)構(gòu)導(dǎo)體，電纜柔軟易于安裝施工，完全有利于固定敷設(shè)和適用于有較大震動(dòng)的環(huán)境。

3 產(chǎn)品試制

根據(jù)交聯(lián)聚乙烯絕緣聚烯烴護(hù)套鍍錫銅絲編織鎧裝聚烯烴外護(hù)套船舶和海洋工程變頻器用中壓電纜產(chǎn)品特殊性要求，應(yīng)有專門的生產(chǎn)工藝指導(dǎo)產(chǎn)品的制造，據(jù)此重新設(shè)計(jì)了產(chǎn)品工藝流程和工藝要求。

3.1 工藝流程

根據(jù)設(shè)計(jì)確認(rèn)的產(chǎn)品，主要生產(chǎn)工藝流程為:

拉絲→韌煉→鍍錫→絞合→3層共擠→線芯交聯(lián)→線芯耐壓→編織絕緣屏蔽→成纜→編織總屏蔽→鋁塑復(fù)合帶繞包屏蔽→擠包內(nèi)護(hù)套→鍍錫銅絲編織鎧裝→擠包外護(hù)套→成品檢驗(yàn)

3.2 工序工藝關(guān)鍵點(diǎn)

在生產(chǎn)過程中，通過不斷總結(jié)，逐步掌握了各道工序的工藝要點(diǎn)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。主要生產(chǎn)工序的工藝要點(diǎn)見表1。

表1 生產(chǎn)工序工藝要點(diǎn)

按照上述設(shè)計(jì)和工藝制造的電纜，經(jīng)上百家客戶批量使用后，證明各項(xiàng)性能參數(shù)都達(dá)到了預(yù)期的指標(biāo)，現(xiàn)該產(chǎn)品已申請(qǐng)了國家專利。

［1］IEC 60092 －350，General Construction and Test Methods of Power，Control，and Instrumentation Cables for Shipboard and Offshore Applications(Third edition)［S］.2008.

［2］IEC 60092－354，Single－ and Three－core power cables with Extruded Solid Insulation for Rated Voltage 6 kV(Um=7.2 kV)Up to 18 kV(Um=36 kV)(Second edition)［S］.2003.

［3］IEC 60228，Conductors of Insulated Cables(Third edition)［S］.2004.

［4］IEC 60092 － 352，Choice and Installation of Electrical Cables(Third edition)［S］.2005.

［5］周洋.變頻器的諧波干擾與抗干擾［C］//第九屆全國船舶及航運(yùn)技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2004.