船用水下电缆密封工艺比较

Electric Wire & Cable

电线电缆

2017年10月Oct.,2017

船用水下电缆密封工艺比较

李永江，陈坤，张静(江苏远洋东泽电缆股份有限公司，江苏扬州225129)

摘要：水下舰船和深海油气装备的发展促使船用水下电缆大量应用。介绍了不同的制造工艺对船用水下电缆 密封性能的影响。

关键词：水下电缆；密封性能；工艺；比较

中图分类号:TM246. 9 文献标识码：A 文章编号：1672-6901 (2017)05-0019-04

Comparison of Tightness Processes for Shipboard Underwater CableLI Yong-jiang, CHEN Kun, ZHANG Jing

(Jiangsu Yuanyang Cable Co., Ltd., Yangzhou 225129 flhina)

Abstract ： The huge development of subsea ships and oil & gas installations makes amount of application of shipboard underwater cable. It introduces impact on tightness properties of different manufacturing processes.Key words： underwater cable； tightness； process； comparison

〇引言

21世纪是海洋资源开发的新世纪。我国国家 领导人在中共十八大报告中明确提出要“提高海洋 资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境， 坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国”。随着一 带一路战略和中国制造2025政策的实施，未来几年 我国深海能源开发将进入高速发展阶段，高技术船 舶工业将达到更大规模。水下舰船和深海油气装备 的发展会促使船用水下电缆得以大量应用。不同的 制造工艺对于水下电缆密封性能的可靠性有很大 影响。

柔韧性为前提，依靠结构优化和材料防水稳定性来 实现，相对而言较为简单

。

一

般通过在导体或成缆

1密封性能分类与实现方法

电缆的密封性能在密封方向上可以分为横向密

缆芯外绕包阻水带，绝缘和护套采用具有憎水防海 生物侵袭性能的特种橡皮（如特种氯磺化聚乙烯）， 通过增加厚度挤压包覆等方式即可实现。

1.2纵向水密

电缆的纵向水密是指电缆所具备的阻止外部水 从电缆一端沿电缆长度渗透进入电缆另一端的 能力。

舰船和深海油气装备等常年在充满风浪的海洋 中航行，不可避免地会发生事故，造成船体损伤并导 致海水涌入舱体。遇此情况时应首先查明船体损伤 位置和损伤程度，如损伤不严重可启动应急抽水泵 进行排水，然后组织人员进行抢修并修复;如损伤严 重，则应迅速关闭通往已损伤舱体的安全门，让海水 只涌入已损伤的船舱，而不会涌入相邻或其他的船 舱，使船体仍能正常航行，直至靠岸修复。这种情况

封和纵向密封，在密封对象上主要包括对液体的密 封和对气体的密封，主要指水密封和气体密封。为 便于理解，业内习惯将上述两种分法结合，将电缆的 密封性能分为横向水密、纵向水密和纵向气密[1_2]， 见图1。

1.1横向水密

电缆横向水密是指电缆所具备的阻止外部水从 电缆护套表面渗透进入电缆内部乃至导体的能力。

船用电缆横向密封性能的实现需要以保证电缆

收稿日期:2016-12-23作者简介:李永江（

1982 -)，男，高级工程师.

作者地址:江苏扬州市瓜洲镇宝石路2号[225129 ].

2017年第5期No. 5 2017

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下若连接上述两船舱的电缆不具备纵向水密性能， 则舱内的水受压力影响就会从电缆端头或损坏部位 渗入到电缆的缆芯，并沿着缆芯纵向渗透，导致相邻 的舱体进水，最终使整个船体都涌入水，而这是绝对 不允许的。为了满足这种特殊需求，纵向水密封电 缆便应运而生[3]。

现有相关标准将纵向水密性能试验分为水密性 试验和静态水压开端试验[4]，分别对应耐低压水和 耐高压水，其中水密性试验只测定电缆端部渗水体 2几种密封工艺对密封性能的影响

由于横向密封性能的实现主要依靠护套材料和

包带，技术工艺单1、成熟，因此讨论密封工艺对密 封性能的影响主要针对纵向密封。

2.1硬质阻水橡胶

硬质阻水橡胶填充的优点是可以紧压设计，电 缆不会压缩变形（见图2)。缺点是由于电缆所有元 件周围的阻水材料须以特定几何形状连接，使得该 积，而静态水压开端试验则需要同时测定渗水体积 和电缆的其他构件相对护套所发生的位移情况。实 际上对于水下装备用承受高压水的纵向水密封电缆 而言，相对位移量的规定有很强的现实意义。可以 设想当处在深海的潜艇受到外界攻击或发生故障， 事故区域的电缆外护层破坏甚至伤及电缆内部结构 时，高压海水直接作用于电缆内部结构元件。此时 如果结构元件相对于护_发生位移，且位移达到一 定数值时，便会穿透水密隔舱舱壁的电缆填料函 (装有填料的箱体，起到密封作用），造成水密隔舱 失效，而这将是致命的[5]。所以大多数国家的纵向 水密封电缆标准对于水压开端试验都提出了相对护 套位移的要求。可见，纵向水密性能的实现难度远 大于横向水密性能。

现有的可实现电缆纵向水密性能的填充技术主 要有采用硬质阻水橡胶、自凝膏、软填充膏、遇水膨 胀型干燥填充、耐高温软阻水橡胶等五大类。1.3纵向气密

船用电缆的纵向气密与纵向水密相似，对电缆 的结构要求也基本相似。主要区别是纵向水密性能 的实现途径要远多于纵向气密性能，比如纵向水密 电缆在发展过程中为实现工艺便捷性曾经采用阻水 膨胀纱替代油膏性填充物作为阻水材料。工作原理 是在纤维带内置入吸水膨胀粉，当其一旦吸入水分 和潮气后会迅速膨胀，堵塞存在的缝隙，达到纵向水 密封的目的e但利用阻水膨胀纱无法满足船舶建造 要求的纵向气密性，因为电缆气密性主要用于验证 电缆与其他特殊场合用设备连接后的整体装置的气 密性能，而阻水膨胀纱在膨胀前纱线间存在可通过 气体的缝隙，无法现场验证整体装置的密闭性，不具 备实用性。

因此，要实现纵向气密性能需要采用非吸湿性 非纤维材料，且其与电缆的其他构件完全贴合形成 一体。纵向气密性能的优劣主要取决于电缆结构的 整体密实性。

• 20 •

方法仅适合单根铜线或各单线相互分离的绞合导 体;线芯间的凹谷点无法完全填充(见图3 )，不适合 完全正规同心绞合导体；因为无法填充编织凹谷点 和交叉点，也不适合编织铠装电缆;在高水压下电缆 开端会存在滴水，这是为什么美军标VGMIL-DTL-

24643、德标 95218 part 29 和国军标 GJB 1916—

1994等标准均允许电缆端头存在滴水的原因[4’ 6_7]。 另外，在电缆弯曲时填充与铜丝之间会因填充不良 形成缝隙，造成水通过该缝隙进入电缆（见图4)

Q

图3线芯间的凹谷点

2.2自凝膏

自凝膏填充密封电缆结构见图5Q其优点是电 缆可以紧压设计，不会压缩变形，具有良好的柔韧 性，弯曲时填充与导体铜丝之间可填充良好并保持 此状态。缺点是由于电缆所有元件周围的阻水材料 须以特定几何形状连接而使该方法不适于绞合导 体;线芯间的凹谷点无法完全填充，不适合完全正规 同心绞合；由于无法填充编织凹谷点和交叉点，也不

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适合编织铠装电缆;与硬质橡胶密封相同，电缆开端 会存在滴水。

导体，保证了电缆的高柔韧性，端头无膏状物流出， 可以实现铠装电缆阻水，电缆易敷设安装。缺点是 电缆无法紧固，紧压时会受力变形，难以实现纵向气 图5

自凝膏填充密封电缆

2. 3软填充膏

软填充膏密封电缆结构见图6。其优点是电缆

可以紧压设计，不会压缩变形，具有良好的柔韧性， 线芯间的凹谷点几乎可以完全填充，适于绞合导体， 弯曲时填充与导体铜丝之间填充良好且保持此状 态。缺点是由于无法填充编织的凹谷点和交叉点而 不适合编织铠装电缆，无法实现线芯间凹谷点的完 全填充，在纵向高压下填充密封膏会渗出电缆，导致 开端滴水，高温时移动电缆会造成填充膏流出。

图6

软填充膏密封电缆

2.4遇水膨胀型干燥填充

遇水膨胀型干燥填充材料密封电缆结构见图 7。其优点是电缆纵向阻水性能优异，适合正规绞合

密性能。

护套绝缘导体•遇水

膨胀纱遇水膨胀填充编织铠装遇水膨胀带

图7遇水膨胀材料密封电缆

2.5耐高温软阻水橡胶

耐高温软阻水橡胶密封电缆结构见图8。采用 耐高温软阻水橡胶作为电缆纵向水密封材料是近年 来新发展起来的，它克服了前述4种方法存在的弊

端。工艺流程是采用双层共挤，将颗粒状高粘结密 封胶软化成熔融态，渗入电缆各构件间的缝隙，使电 缆由内及外粘结成一体。耐温等级远大于电缆额定 工作温度，高温时不会产生滴落，可用于所有结构船 用电缆的密封。

图8耐高温软阻水橡胶密封电缆

3结束语

通过比较分析5种常用的电缆密封工艺，可以

得知硬质阻水橡胶、自凝膏、软填充膏和遇水膨胀型 干燥填充均存在明显弊端，仅可用于部分特定结构

产品;而在此基础上发展起来的耐高温软阻水橡胶 密封工艺则克服了这些弊端，适用于所有结构船用 电缆的密封，是目前船用水下电缆主要的密封工艺 和发展方向。

(下转第27页）

•

21 •

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即％(«2。）=3.61 确定度为:3.67

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xl〇-4n/km。

3.3测量不确定度的合成

同理，计算出短样大截面铝导体的

xl(T4 Il/km。

长样大截面铝导体

平均值0. 116 4

—

B类评定不

表2

根据上述长、短样测量不确定度、类评定结果，各个不确定度分量的表示如表2,并进行合成。

（单位zfVkm-1)

短样大截面铝导体

AB

不确定度分量表

分量名称^20

不确定度分量0. 48 xl0~33.36xl(T41.32xl0_4

0. 6

分量名称^20

平均值0. 118 0

—

不确定度分量1.5 x 10-33.41 xl0~41.34xK

1.54xl〇-3

SR2〇(^Ri)狀2。（从）

合成结果表述

SR2〇(ARi)^20 (

合成

)

——

T4

k 二2xl0~3尺20 :0• 116 4 ± (1. 2xl(T

3)

k 二2结果表述

尺20 :0• 118 0 ± (3.08 xl0_3)

4结果分析

从表2可以看出，对于大截面铝导体，样品长度

4. 2影响

样品长短对检测结果测量不确定度评定的

对测试结果的影响较大。

4.1样品长短对检测结果的影响

对于同一截面、同一批号的样品，长度为10. 5 (测试长度为10 )的样品电阻测量的平均值为

0. 116 4 /

长样大截面铝导体的导体电阻相对测量不确定

度为0. 5%，满足 3048. 4—2007标准中型式

GB/T

m

m

试验对测试系统准确度的要求;而短样大截面铝导 体相对测量不确定度为2. 6%，超出了标准规定的 例行试验测量系统准确度小于2%的要求。

对于大截面铝导体直流电阻测试系统，除了常 规需要关注的温度、夹口距离外，还应注意铝导体样 品的制样准备，如铝鼻子压接、铝导体表面氧化层的 清洗、样品的长度等几个方面，如此才能保证大截面 铝导体直流电阻测量的准确度。

nkm,长度为1.5 m(测试长度为1 m)的

样品电阻测量的平均值为〇. 118 0 n/km,两者相差

1. 4%

。

理论上，长样的大截面铝导体的测试数据更

为接近真值，短样的测试结果偏大。从成本控制方 面考虑，生产企业在试制产品时，建议尽量采用长样 样品进行测量。

(上接第21页）

[4]

GJB 1916—1994

4549.

舰船用低烟电缆和软线通用规范[S].

参考文献：

[1 ]

陆云春，李永江•舰船用纵向水密消磁电缆的研制J].电线电 缆，2013(2) :10-12.

[2 ]

[5 ]

刘关根.纵向密封电缆的密封工艺[J].电线电缆,1986(4):

[6 ]

[3 ]

IEEE Std 1142—2009 Guide for the selection, testing, appli­

cation ,and installation of cables having radial-Moisture barriers and/or longitudinal water blocking- redline[S].王春江，吴荣美•阻水型电缆的发展历程[J]•电线电缆，2〇〇9

(3)：5-8.

[7 ]

VG 95218-29—2014 Cables and insulated wires-Part 29 ： Ca­

bles ,longitudinal watertight, transversal watertight, detail stand­ard [S ].

MIL-DTL-24643 C—2009 Detail specification ： Cables, elec­tric ,low smoke halogen-free, for shipboard use general specifica­tion for[ S].

(上接第23页）

动旋转功能的成缆设备。对于不具有自动旋转功能 的成缆设备，可以根据上述原理，采取人工旋转放线 盘的方法，达到同样的超预扭效果。

(8)扭力大小主要与导电线芯截面有关，截面 越大，所需扭力越大;同时还与铜丝韧炼程度及导体 紧压情况有关。

表1为各种型号规格电缆超预扭量的汇总。

5结束语

工艺改进后，对生产的电缆成品进行了绝缘电

阻和工频电压试验，试验结果非常满意。

以-0. 6/1 3 300 + 1 150为例，工艺改进

VVxx

后每次成缆绝缘线芯可节约10 左右，即铜平均节 约93

kg,PVC绝缘料平均节约10 kg。如果每月平

kg,绝缘料1 200 kg。

• 27 •

m

均换规格1〇次，全年就是120次，全年每台交联生 产线就可节约铜11 160