CN108198664B - 高压岸电连接系统专用电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压岸电连接系统专用电缆，电缆具有独特的芯线组成方案和排列，第一相线L1、第二控制线P2、第二相线L2、第一控制线P1、第三相线L3、地线E按逆时针方向依次排列于同一圆周上，圆心到各芯线外圆最远距离点的距离相等，第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3、地线E的圆心位置在圆周上依次相差90度，第一控制线P1位于第二相线L2、第三相线L3之间中分的位置，第二控制线P2位于第一相线L1、第二相线L2之间中分的位置，第三控制线P3的圆心位于第二相线L2圆心和地线E圆心之间的连线上，第三控制线P3外圆和地线E外圆之间距离为5至8mm。本发明的两种电压系列六种专用规格能满足在HVSC系统中与国际标准的电器附件耦合以及船舶入级规范要求。

Description

高压岸电连接系统专用电缆
技术领域
本发明涉及一种电缆，尤其涉及一种高压岸电连接系统专用电缆，属于船用电缆技术领域。
背景技术
船舶在停靠港口期间，接用岸电实现节能减排，推进绿色航运，已是大势所趋。
近年来，有关船舶接用高压岸电的国际与国内标准，已相继发布，标准把高压岸电连接系统定义为HVSC系统，并规定应当采取专用的软电缆，通过标准化的高压岸电插头和船用耦合器将高压岸电连接到船上。但是，船舶接入岸电的现有电缆产品，均不符合中国船级社(CCS)和世界各大船级社船舶入级规范中的有关要求，(具体要求可参见CCS《钢质海船入级规范》第4分册第4篇第2章、第3章与第5分册第8篇第19章的各项有关要求)，也忽视了国际标准IEC 62613-1:2011《Plugs,socket-outlets and ship couplers for high-voltage shore connection systems(HVSC-Systems)-Part 1：General requirements》(高压岸电连接系统〈HVSC-系统〉用电气插头插座和船用耦合器,第1部分:一般要求)和IEC62613-2：2011《plugs,socket-outlets and ship couplers for high-voltage shoreconnection systems(hvsc-systems)-part 2：dimensional compatibility andinterchangeability requirements for accessories to be used by various typesof ships》(高压岸电连接系统〈HVSC-系统〉用电气插头插座和船用耦合器.第2部分:不同类型船舶用配件的尺寸兼容性和可互换性要求)的有关规定和给定的具体数据，更不符合IEC/ISO/IEEE 80005-1《Utility connections in port–Part 1:High Voltage ShoreConnection(HVSC)Systems–General requirements》(港口内公用工程接头.第1部分:高压岸电连接系统〈HVSC-系统〉-通用要求)中对采用软电缆和高压岸电插头、船用耦合器进行连接的有关要求。中国电器科学研究院的蔡军(我国GB/T30845-2014标准《高压岸电连接系统(HVSC系统)用插头、插座和船用耦合器》的主要起草者)在其发表的文章《高压岸电连接系统用高压插头、插座和船用耦合器标准介绍与研究》(载于《日用电器》2012年第12期)中说，“IEC 62613的颁布和实施，解决了船舶接用岸电的技术瓶颈”，“IEC62613-2统一了插头插座的尺寸,打通了关键的电气连接环节,为高压岸电连接系统的推广提供了可行性”，文章认为“当然船舶可以用不符合IEC62613-2标准活页中的电器附件进行连接,但将会发现船舶不可能连接到高压岸电供电系统”。
由于HVSC系统中的高压岸电插头、插座、船用连接器、船用输入插座等(IEC和GB标准统称为电器附件)已有了统一的标准，专用性很强，例如IEC62613和GB/30845标准中规定HVSC系统中的电器附件是：3个相极+1个地极+最多不超过3个控制极，额定电压为7.2kV、12kV两种，额定电流为250A、350A、500A三种，并对其给出了极点的排列位置和具体尺寸。既然IEC62613出版物对HVSC系统中的电器附件制定了统一标准，并给出了5种插头、插座、船用连接器的图形与尺寸。所以就必须研制一种高压岸电连接系统专用电缆，能专门用于和国际标准化的电器附件配套连接，并满足船舶入级规范的最新技术要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压岸电连接系统专用电缆，用于和国际标准化的电器附件配对连接，并满足船舶入级规范的最新技术要求,克服现有舰船用高压岸电电缆存在的不足，为舰船接入高压岸电电源提供一种符合国际标准要求的HVSC系统专用软电缆。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种高压岸电连接系统专用电缆，电缆横截面形状为圆形，电缆芯线包括第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3、地线E、第一控制线P1、第二控制线P2、第三控制线P3，所述第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3、地线E、第一控制线P1、第二控制线P2、第三控制线P3的横截面形状为圆形，所述第一相线L1、第二控制线P2、第二相线L2、第一控制线P1、第三相线L3、地线E按逆时针方向依次排列于同一圆周上，圆周的圆心到各芯线外圆最远距离点的距离相等，所述第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3、地线E的圆心位置在圆周上依次相差90度，所述第一控制线P1位于第二相线L2、第三相线L3之间中分的位置，所述第二控制线P2位于第一相线L1、第二相线L2之间中分的位置，所述第三控制线P3的圆心位于第二相线L2圆心和地线E圆心之间的连线上，所述第三控制线P3外圆和地线E外圆之间距离为5至8mm。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：
前述高压岸电连接系统专用电缆，电缆芯线的导体均采用单丝直径小于0.4mm的多根镀锡铜丝束线成股，第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3、地线E使用多根股线再复绞成缆线，第一控制线P1、第二控制线P2、第三控制线P3的导体外周为无卤硅橡胶挤包的控制线绝缘层，第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3的导体表面各包覆一层半导电材料的屏蔽层，即内半导屏蔽层，在第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3的各内半导屏蔽层外周为无卤硅橡胶挤包的相线绝缘层，在地线E的导体外周为无卤硅橡胶挤包的地线绝缘层，在第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3的相线绝缘层上再各包覆一层半导电材料的屏蔽层，即外半导屏蔽层，在第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3的外半导屏蔽层外周各用单丝直径小于0.3mm的镀锡铜丝编织绕包一层相线屏蔽层，在第一控制线P1、第二控制线P2、第三控制线P3的控制线绝缘层外各用单丝直径小于0.3mm的镀锡铜丝编织绕包一层控制线屏蔽层，电缆护套用无卤硅橡胶挤包，在芯线空隙填充阻燃、耐潮、张力强的填充物，电缆护套外再用单丝直径小于0.4mm的镀锡铜丝编织绕包一层金属屏蔽层，金属屏蔽层外再挤包一层电缆外护层。
前述高压岸电连接系统专用电缆，其中第一控制线P1、第二控制线P2、第三控制线P3的截面积为6mm2。
前述高压岸电连接系统专用电缆，其中填充物为阻燃尼龙绳。
前述高压岸电连接系统专用电缆，其中电缆外护层的材料为无卤硅橡胶。
前述高压岸电连接系统专用电缆，其中电缆外护层的材料为阻燃聚氯乙烯。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计了一种在HVSC系统中的专用软电缆，本发明采用非石油基合成的无卤硅橡胶作为电缆的绝缘和护套，确保电缆柔软，无卤硅橡胶电气性能优、环保性能好，电缆设有多种屏蔽和外护层，提高了抗干扰能力和安全性适应港口环境，尤其是设计的高压电缆芯线的组成与排列、两种电压系列和芯线规格，都能满足在HVSC系统中与国际标准的电器附件耦合，并能满足船舶入级规范的有关技术要求，从而克服了现有舰船用高压岸电缆存在的不足，为舰船接入高压岸电电源提供了一种符合国际标准要求、性能优异的HVSC系统专用软电缆。
附图说明
图1是本发明的高压岸电连接系统专用电缆的芯线排列位置图；
图2是本发明的高压岸电连接系统专用电缆的构造示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
HVSC系统的专用软电缆在设计中，首先要确保能和HVSC系统中的国际标准电器附件相配套，并能实现船舶入级规范提出的最新控制要求：如在船舶上应能应急切断船上电源主开关，同时能切断岸电主开关，应该能在现有岸电系统的中性点接线方式下安全使用。因此，本发明的高压岸电连接系统专用电缆与现行标准的各种陆用、船用电缆相比较，在许多方面都有所不同，具体如下：
1.电缆的外形与芯线组成
本发明高压岸电连接系统专用电缆外形为圆形，芯线的独特组成方案为：包括3根高压相线(L1、L2、L3)，1根地线(E)，3根低压控制线(P1、P2、P3)组合在同一电缆护套内，以便于和HVSC系统的国标准电器附件的极点数量相配套，且能实现船舶入级规范提出的最新控制要求。
2.电缆的两种电压系列与专用规格
2.1额定工作电压：考虑到全世界额定频率为50Hz/60Hz、额定电压为6kV/6.6kV及10kV/11kV的岸电，三相中性点通常是绝缘系统，当发生高压单相接地时，另两相对地电压会立即升高至线电压，故将HVSC系统专用软电缆的相线(L1、L2、L3)与地线(E)的额定工作电压(U0/U，Uo为任一相线的对地电压，U为任意两相之间的电压)设计为两个系列，系列Ⅰ：7.2kV/12kV，系列Ⅱ：8.7kV/15kV，当系统电压为6kV或6.6kV(即采用IEC标准额定电压7.2kV的电器附件时)，可选用额定工作电压系列Ⅰ的专用电缆，系统电压为10kV或11kV(即采用IEC标准额定电压12kV的电器附件时)，可选用额定工作电压系列Ⅱ的专用电缆，既满足了和电器附件配套，又有利于安全。考虑到二次回路的控制电压最高为250V，故将控制线(P1、P2、P3)的额定电压设计为0.6kV。
2.2电缆芯线导体的截面积的确定：在专用电缆设计中对三相芯线规格的确定，必须是能与HVSC系统国标准对电器附件给定的三种电流规格配套，同时应能耐受最大短路电流所产生的机械应力和热效应以及机械强度(例如耐张力)的要求，根据计算，将3根相芯线的截面积选为70mm2、95mm2、120mm2、150mm2、185mm2、240mm2六种规格，便能满足和国标准对电器附件给定的三种电流规格配套；对一根地芯线的规格按相芯线截面积的50％配置，在最小相芯线规格70mm2时，最小地芯线规格为35mm2，己能满足船舶入级规范对地线的规定。(现有电缆标准中规定额定电压3kV-35kV各型号三相高压电力电缆产品的芯线组成是3芯，芯线截面积从10mm2至800mm2有数十种规格)。
2.3电缆控制芯线导体的截面积的确定：根据IEC标准规定的电器附件控制极点数量不超过3个，故将控制线设计为3根，此外考虑到控制回路的电源，原则上是采用船舶充放电板的低压直流电源，因线路距离较远、压降大，为减小电压降，确保安全可靠实现控制功能，将3根控制线的截面积各设计为6mm2以保证控制功能的实现。(按现有标准生产的船用控制电缆额定电压为0.6kV/1kV，芯线组成是从2芯到37芯，芯线截面积最大为2.5mm2，或船用通信电缆芯线成对组成为1对至48对，芯线截面积最大为1mm2)，将3根控制线的截面积各设计为6mm2这是本发明设计独特之处。
因此本发明的HVSC系统的专用软电缆芯线的规格与陆用、船用电力电缆和控制电缆现有标准中各电压系列的芯线规格完全不相同，HVSC系统专用软电缆的两种电压系列共六种芯线规格，详见表1：
表1：HVSC系统专用软电缆两种电压系列的芯线规格表
注：(1)Uo/U中的Uo为任一相线的对地电压，U为任意两根相之间的电压；
(2)若系统中有独立的中性线要求，地芯线E的规格应与相芯线相同。
2.4电缆外径标称值及适配的电器附件规格：因国际标准规定了HVSC系统的电器附件三种电流规格，且给定了插头、插座、船用连接器等电器附件电缆进线孔的内径尺寸。本发明HVSC系统专用软电缆的外径能与国际标准的电器附件配套，外径标称值与适配的电器附件规格，详见表2。
表2:HVSC系统的专用软电缆外径标称值与适配电器附件的规格表
专用软电缆是船舶接入岸电的载体，一端用插头和岸上高压供电装置的插座连接，另一端通过船用耦合器与船舶高压受电装置连接，其配套非常强调专用性。从表2可知，适配250A的，只有7.2kV/12kV电缆的两种规格；适配350A的，7.2kV/12kV电缆和8.7kV/15kV电缆各有三种规格；适配500A的，只有8.7kV/12kV电缆的一种规格。
当今世界及我国各大港口当前都正在抓紧建设符合国际标准的岸电供电装置。在暂无国际标准高压岸电装置供电的港口码头，或暂未配置高压岸电船用耦合器的船舶，可以在HVSC系统专用软电缆端部安装高压电缆头来连接岸电，但不能保证满足船舶入级规范的有关要求，也不能在国际上通用。
3.电缆的构造
3.1绝缘和护套：HVSC系统专用软电缆的绝缘和护套均采用无卤硅橡胶(HF S95)，硅橡胶具有优良的耐高/低温性、耐油性、防水性、耐酸碱与腐蚀性气体等耐候性能，具有耐电晕性、耐电弧性等优良的绝缘性能，具有耐氧性、耐光性、防霉性等抗老化的化学稳定性能，用硅橡胶作为电缆的绝缘和护套，其回弹性、柔软性、对外界压力的耐受强度以及正常工作时和短路时允许的最高温度，都优于采用其它绝缘材料制造的电缆，而且硅橡胶是非石油基合成橡胶，无味、无嗅、无毒，国内外生产量大，供货渠道广，有利于节能环保；当前陆用与船用电缆的绝缘和护套材料，通常是采用交联聚乙烯或其它石油基合成橡胶，其性价比都不如硅橡胶。
3.2芯线的组成与排列：由于HVSC系统中国际标准的电器附件的极点位置已经定型，接线空间的范围比较有限，电缆相芯线和地芯线截面积又比较大，还有3根控制线，如果芯线排列不妥，有可能无法在国际标准的电器附件中接线。本发明的电缆断面形状如图1所示，HVSC系统专用软电缆的芯线排列，与电器附件的极点排列匹配，能方便地在国际标准的电器附件中定位并容易接线。
如图1所示，本发明高压岸电连接系统专用电缆，电缆横截面形状为圆形，电缆芯线包括第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3、地线E、第一控制线P1、第二控制线P2、第三控制线P3，所述第一相线L1、第二控制线P2、第二相线L2、第一控制线P1、第三相线L3、地线E按逆时针方向依次排列于同一圆周上，圆周的圆心到各芯线外圆最远距离点的距离相等。
所述第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3、地线E的圆心位置在圆周上依次相差90度，所述第一控制线P1位于第二相线L2、第三相线L3之间中分的位置，所述第二控制线P2位于第一相线L1、第二相线L2之间中分的位置，所述第三控制线P3的圆心位于第二相线L2圆心和地线E圆心之间的连线上，所述第三控制线P3外圆和地线E外圆之间距离为5至8mm。
3.3电缆标识：电缆的芯线标识设计得便于在施工安装时进行识别，第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3的绝缘层分别为黄色、蓝色、红色，地线E的绝缘层为绿/黄色组合，第一控制线P1、第二控制线P2、第三控制线P3的绝缘层为白色，每隔100mm喷印相应的字码。
3.4电缆的构造：本发明设计的电缆因芯线组成方案特殊，其构造在满足国际标准和船舶入级规范有关规定的基础上，采用多种屏蔽，使高压相线的电压梯度减小，不易击穿，利于安全性提高，并使控制线压降小和具有抗干扰性能。如图2所示，具体结构为：
电缆芯线的导体均采用单丝直径小于0.4mm的多根镀锡铜丝束线成股，第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3、地线E使用多根股线再复绞成缆线，第一控制线P1、第二控制线P2、第三控制线P3的导体1外周为无卤硅橡胶挤包的控制线绝缘层2，第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3的导体3表面各包覆一层半导电材料的屏蔽层，即内半导屏蔽层4，在第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3的各内半导屏蔽层4外周为无卤硅橡胶挤包的相线绝缘层6，地线E的导体5外周为无卤硅橡胶挤包的地线绝缘层13，在第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3的相线绝缘层6上再各包覆一层半导电材料的屏蔽层，即外半导屏蔽层7，在第一相线L1、第二相线L2、第三相线L3的外半导屏蔽层7外周各用单丝直径小于0.3mm的镀锡铜丝编织绕包一层相线屏蔽层8，在第一控制线P1、第二控制线P2、第三控制线P3的控制线绝缘层2外各用单丝直径小于0.3mm的镀锡铜丝编织绕包一层控制线屏蔽层9，电缆护套10用无卤硅橡胶挤包，在芯线空隙填充阻燃、耐潮、张力强的填充物，如阻燃尼龙绳，电缆护套10外再用单丝直径小于0.4mm的镀锡铜丝编织绕包一层金属屏蔽层11(铠装)，因该电缆在露天使用，铠装外需挤包一层电缆外护层12，其材料可采用无卤硅橡胶或阻燃聚氯乙烯。
4.电缆制造工艺
在制造HVSC系统的专用软电缆时，对芯线导体、单丝镀锡、束丝成股与绞股成缆的绞合节径比、绝缘层的厚度与挤包、半导电屏蔽层的厚度与绕包重叠率、镀锡铜丝绕包的编织覆盖密度、硅橡胶无卤阻燃剂的配比、护套的的厚度与挤包、充填物及包带或不包带等工艺执行电缆制造行业和企业的工艺标准，但应满足IEC60228、IEC60092-359、IEC60092-354、IEC60502-4等国际标准与国内标准的有关规定。对电缆的各项试验，参见IEC60092-350标准和按船级社的有关要求。需要说明的是，在目前已发布的交流电压试验标准(例如GB3048-8)中，针对不同芯线组成方案的电缆而提供的试验接线方式，尚未包含类似本发明这种芯线特殊组成方案。根据工程实际要求，应当对HVSC系统专用软电缆中3根相线L1、L2、L3与3根控制线P1、P2、P3分别进行试验；控制线对地额定短时工频耐受电压为2500V，相线参照IEC60092系列出版物给定的试验电压标准。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种高压岸电连接系统专用电缆，电缆横截面形状为圆形，其特征在于，电缆芯线包括第一相线、第二相线、第三相线、地线、第一控制线、第二控制线、第三控制线，所述第一相线、第二相线、第三相线、地线、第一控制线、第二控制线、第三控制线的横截面形状为圆形，所述第一相线、第二控制线、第二相线、第一控制线、第三相线、地线按逆时针方向依次排列于同一圆周上，圆周的圆心到各芯线外圆最远距离点的距离相等，所述第一相线、第二相线、第三相线、地线的圆心位置在圆周上依次相差90度，所述第一控制线位于第二相线、第三相线之间中分的位置，所述第二控制线位于第一相线、第二相线之间中分的位置，所述第三控制线的圆心位于第二相线圆心和地线圆心之间的连线上，所述第三控制线外圆和地线外圆之间距离为5至8mm，所述第一控制线、第二控制线、第三控制线的截面积为6mm2；电缆芯线的导体均采用单丝直径小于0.4mm的多根镀锡铜丝束线成股，第一相线、第二相线、第三相线、地线使用多根股线再复绞成缆线，第一控制线、第二控制线、第三控制线的导体外周为无卤硅橡胶挤包的控制线绝缘层，第一相线、第二相线、第三相线的导体表面各包覆一层半导电材料的屏蔽层，即内半导屏蔽层，在第一相线、第二相线、第三相线的各内半导屏蔽层外周为无卤硅橡胶挤包的相线绝缘层，在地线的导体外周为无卤硅橡胶挤包的地线绝缘层，在第一相线、第二相线、第三相线的相线绝缘层上再各包覆一层半导电材料的屏蔽层，即外半导屏蔽层，在第一相线、第二相线、第三相线的外半导屏蔽层外周各用单丝直径小于0.3mm的镀锡铜丝编织绕包一层相线屏蔽层，在第一控制线、第二控制线、第三控制线的控制线绝缘层外各用单丝直径小于0.3mm的镀锡铜丝编织绕包一层控制线屏蔽层，电缆护套用无卤硅橡胶挤包，在芯线空隙填充阻燃、耐潮、张力强的填充物，电缆护套外再用单丝直径小于0.4mm的镀锡铜丝编织绕包一层金属屏蔽层，金属屏蔽层外再挤包一层电缆外护层；所述填充物为阻燃尼龙绳。
2.如权利要求1所述的高压岸电连接系统专用电缆，其特征在于，所述电缆外护层的材料为无卤硅橡胶。
3.如权利要求1所述的高压岸电连接系统专用电缆，其特征在于，所述电缆外护层的材料为阻燃聚氯乙烯。
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