一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆及其制造方法

摘要

本发明公开了一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆及其制造方法，包含主绝缘线芯、中性线芯、屏蔽层、铠装层和外护套，主绝缘线芯为三根并且其截面呈120度的瓦形，三根主绝缘线芯构成一个完整的环形套设在中性线芯的外侧，屏蔽层、铠装层和外护套由内向外依次套设在主绝缘线芯的外侧。本发明通过瓦形主绝缘线芯环绕在圆形中性线芯外侧的结构，这样的结构相互之间不存在间隙并且瓦形主绝缘线芯的内侧和两侧均相互抵死，外侧又被包覆，这样四个方向上完全被限制，结构稳定，不易造成位置的偏移，从而在电缆在弯曲、扭动的时候，也能够保证电缆稳定的对称性。

权利要求

1.一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆，其特征在于：包含主绝缘线芯、中性线芯、屏蔽层、铠装层和外护套，主绝缘线芯为三根并且其截面呈120度的瓦形，三根主绝缘线芯构成一个完整的环形套设在中性线芯的外侧，屏蔽层、铠装层和外护套由内向外依次套设在主绝缘线芯的外侧；所述主绝缘线芯和中性线芯均包含导体、半导电层、交联聚乙烯复合绝缘层，半导电层设置在导体外侧，交联聚乙烯复合绝缘层设置在半导电层外侧，其中导体采用铜包铝复合导体，半导电层采用半导电屏蔽料；所述主绝缘线芯和中性线芯还包含自粘层，自粘层设置在交联聚乙烯复合绝缘层的外侧，自粘层采用自粘橡胶；所述中性线芯的自粘层的外侧设置有凹凸纹路，主绝缘线芯的瓦形下侧内壁和两侧侧壁上设置有凹凸纹路；所述凹凸纹路采用条形的锯齿纹路、条形的波浪纹路、阵列的三棱锥纹路或阵列的四棱锥纹路，中性线芯和主绝缘线芯的相互接触的平面上的凹凸纹路相互啮合。

2.按照权利要求1所述的一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆，其特征在于：所述主绝缘线芯的外侧设置有绕包层，绕包层采用低烟无卤隔氧带绕包在主绝缘线芯的外侧并且位于屏蔽层的内侧。

3.按照权利要求1所述的一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆，其特征在于：所述屏蔽层采用引流线和铜塑复合带绕包而成，引流线采用退火镀锡铜软导体。

4.按照权利要求1所述的一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆，其特征在于：所述铠装层由镀镍碳纤维编织而成。

5.按照权利要求1所述的一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆，其特征在于：所述外护套采用低烟无卤阻燃耐泥浆橡胶护套料。

6.一种权利要求1‑5任一项所述的船舶及海工平台用轻型变频软电缆的制造方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：拉丝、退火，铜包铝合金线经过拉丝机内渐变孔径的金刚石材质的高精度拉丝模具生产至Ф0.080～0.400mm直径的单线,将单丝通过经过500 600℃的烘箱进行高温退~

火软化，冷却、吹气烘干，卷绕至线盘上；

步骤二：束绞，将拉制好的铜包铝合金单丝束绞为0.5mm²～16mm²的导体单元，采用高速双扭绞线机，通过绞弓旋转将单丝绞合成束，绞合节径比为8～10倍，绞向左向，同时使用主动放线架进行放线，恒张力控制，张力设置10‑15N；

步骤三：复绞、压型，将束绞单元复绞为25mm²～300mm²的导体，将束绞单元按照1+6+12+18正规绞合结构排列，绞合节径比为10～12倍，绞向与束绞单元保持一致，根据束绞单元的截面，按照20N/mm²设置张力，通过高聚晶材质的紧压模具，绞合出圆形导体，在紧压模具后设有压型装置，通过1对压轮将圆形导体压成120°瓦形状，经过牵引轮卷绕至线盘上；

步骤四：半导电、绝缘、自粘层挤出，利用高精度挤塑机对交联聚乙烯绝缘材料进行挤压熔融经挤出模具定型后均匀包覆在导体外面，导体在进挤出机头前表面涂覆一层半导电层，经涂覆后表面包覆绝缘层，再包覆一层自粘橡胶层，采用长径比为25的BM螺杆挤出，挤出温度为160℃～190℃，导体在绝缘包覆前在线进行高频感应加热；

步骤五：蒸汽交联，将生产后的绝缘线芯放置在密闭的蒸汽房中，蒸汽房内通入蒸汽，通过温度传感器自动控制蒸汽管道阀门，调节蒸汽进气量，保持温度在90℃～98℃，根据绝缘线芯截面大小设置交联时间；

步骤六：成缆，将主绝缘线芯放置在外层，中心放置中性线芯，调整主绝缘线芯角度，通过成缆并线模将绝缘线芯组合成圆形；

步骤七：编织，按照不同的电缆规格，选取合适的镀镍碳纤维在高速编织机上进行编织，编织覆盖密度≥88%；

步骤八：护套挤出，利用高精度挤橡机对低烟无卤阻燃耐泥浆橡胶护套料进行挤压熔融经挤出模具定型后均匀包覆在缆芯外面，同时通过蒸汽管道对护套层进行硫化，护套料的分子由线状结构转化为网状结构。

说明书

一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种软电缆及其制造方法，特别是一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆及其制造方法，属于电缆制造领域。

背景技术

[0002] 随着船舶及海工行业的节能发展使得变频交流传动在风机、绞盘、主推进器、舵桨驱动和各种各样的特殊工况中得以广泛应用。因变频系统产生谐波、电磁干扰、反射波电压
和相邻电缆的感应电压，会造成电缆损伤，缩短电缆的使用寿命，影响电气安全性能。船舶
及海工设备的可靠性是一个十分关键的问题，震动、潮湿及盐份都可能对船用设备的机械
和电气元件造成损坏。为了保证船用设备的无故障运行，需要按照特殊的要求选用系统部
件和材料。船用变频推进系统用电缆产品对于负载能力、防震性能、耐酸碱、低烟无卤、耐
油、耐低温、耐泥浆和阻燃等性能均要满足要求。同时由于船舶有限的空间和节能要求，变
频电缆需要做到尺寸小、重量轻。

[0003] 现有的变频电缆多为采用拆分中性线的办法，实现电缆结构对称，降低高次谐波的奇次波对变频电缆的冲击，结构为圆形线芯的3+3芯，变频电缆中的中性线只作为保护接
地或通过三相不平衡电流，也就是用作等电位、或用于泄放接地故障电流、或发生接地故障
时保护地线不应在保护设备动作前烧毁的作用。三个中性线芯的相位依次滞后120°，形成
了一个对称平衡的状态，使得电流不会形成叠加，有效的减小了高次谐波对变频电缆的危
害。但由于电缆在生产过程中因挤出、成缆工艺等原因不能确保产品完全控制在绝对的理
论计算值范围内，电缆在生产和安装时是动态的。由于电缆的主线芯和中性线无论二类或
五类导体都是圆形，线芯绞合是有节距的，电缆的弯曲、扭动会使线芯之间前后滑移和相互
挤压产生永久变形的线芯左右位移发生变化，电缆稳定的对称性因此也会发生改变，高次
谐波产生的电流分量就会在中性线芯内无相位差，这样一来电流将会叠加成原分量的数
倍，中性线芯在高频脉冲下很快就会被击穿。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆及其制造方法，解决现有技术线芯在电缆弯曲、扭动后位置容易发生偏移的问题。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

[0006] 一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆，其特征在于：包含主绝缘线芯、中性线芯、屏蔽层、铠装层和外护套，主绝缘线芯为三根并且其截面呈120度的瓦形，三根主绝缘线
芯构成一个完整的环形套设在中性线芯的外侧，屏蔽层、铠装层和外护套由内向外依次套
设在主绝缘线芯的外侧。

[0007] 进一步地，所述主绝缘线芯和中性线芯均包含导体、半导电层、交联聚乙烯复合绝缘层，半导电层设置在导体外侧，交联聚乙烯复合绝缘层设置在半导电层外侧，其中导体采
用铜包铝复合导体，半导电层采用半导电屏蔽料。

[0008] 进一步地，所述主绝缘线芯和中性线芯还包含自粘层，自粘层设置在交联聚乙烯复合绝缘层的外侧，自粘层采用自粘橡胶。

[0009] 进一步地，所述中性线芯的自粘层的外侧设置有凹凸纹路，主绝缘线芯的瓦形下侧内壁和两侧侧壁上设置有凹凸纹路。

[0010] 进一步地，所述凹凸纹路采用条形的锯齿纹路、条形的波浪纹路、阵列的三棱锥纹路或阵列的四棱锥纹路，中性线芯和主绝缘线芯的相互接触的平面上的凹凸纹路相互啮
合。

[0011] 进一步地，所述主绝缘线芯的外侧设置有绕包层，绕包层采用低烟无卤隔氧带绕包在主绝缘线芯的外侧并且位于屏蔽层的内侧。

[0012] 进一步地，所述屏蔽层采用引流线和铜塑复合带绕包而成，引流线采用退火镀锡铜软导体。

[0013] 进一步地，所述铠装层由镀镍碳纤维编织而成。

[0014] 进一步地，所述外护套采用低烟无卤阻燃耐泥浆橡胶护套料。

[0015] 一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆的其制造方法，其特征在于包含以下步骤：

[0016] 步骤一：拉丝、退火，铜包铝合金线经过拉丝机内渐变孔径的金刚石材质的高精度拉丝模具生产至Ф0.080～0.400mm直径的单线,将单丝通过经过500 600℃的烘箱进行高
~
温退火软化，冷却、吹气烘干，卷绕至线盘上；

[0017] 步骤二：束绞，将拉制好的铜包铝合金单丝束绞为0.5mm²～16mm²的导体单元，采用高速双扭绞线机，通过绞弓旋转将单丝绞合成束，绞合节径比为8～10倍，绞向左向，同时
使用主动放线架进行放线，恒张力控制，张力设置10‑15N；

[0018] 步骤三：复绞、压型，将束绞单元复绞为25mm²～300mm²的导体，将束绞单元按照1+6+12+18正规绞合结构排列，绞合节径比为10～12倍，绞向与束绞单元保持一致，根据束绞
单元的截面，按照20N/mm²设置张力，通过高聚晶材质的紧压模具，绞合出圆形导体，在紧压
模具后设有压型装置，通过1对压轮将圆形导体压成120°瓦形状，经过牵引轮卷绕至线盘
上；

[0019] 步骤四：半导电、绝缘、自粘层挤出，利用高精度挤塑机对交联聚乙烯绝缘材料进行挤压熔融经挤出模具定型后均匀包覆在导体外面，导体在进挤出机头前表面涂覆一层半
导电层，经涂覆后表面包覆绝缘层，再包覆一层自粘橡胶层，采用长径比为25的BM螺杆挤
出，挤出温度为160℃～190℃，导体在绝缘包覆前在线进行高频感应加热；

[0020] 步骤五：蒸汽交联，将生产后的绝缘线芯放置在密闭的蒸汽房中，蒸汽房内通入蒸汽，通过温度传感器自动控制蒸汽管道阀门，调节蒸汽进气量，保持温度在90℃～98℃，根
据绝缘线芯截面大小设置交联时间；

[0021] 步骤六：成缆，将主绝缘线芯放置在外层，中心放置中性线芯，调整主绝缘线芯角度，通过成缆并线模将绝缘线芯组合成圆形；

[0022] 步骤七：编织，按照不同的电缆规格，选取合适的镀镍碳纤维在高速编织机上进行编织，编织覆盖密度≥88%；

[0023] 步骤八：护套挤出，利用高精度挤橡机对低烟无卤阻燃耐泥浆橡胶护套料进行挤压熔融经挤出模具定型后均匀包覆在缆芯外面，同时通过蒸汽管道对护套层进行硫化，护
套料的分子由线状结构转化为网状结构。

[0024] 本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

[0025] 1、本发明通过瓦形主绝缘线芯环绕在圆形中性线芯外侧的结构，这样的结构相互之间不存在间隙并且瓦形主绝缘线芯的内侧和两侧均相互抵死，外侧又被包覆，这样四个
方向上完全被限制，结构稳定，不易造成位置的偏移，从而在电缆在弯曲、扭动的时候，也能
够保证电缆稳定的对称性；

[0026] 2、本发明通过半导电层匀化电场，减少尖端放电，有效避免绝缘击穿；同时采用自粘橡胶层并采用凹凸纹路，进一步避免了主绝缘线芯的偏移。

附图说明

[0027] 图1是本发明的一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆的示意图。

[0028] 图2是本发明的一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆的中性线芯的示意图。

[0029] 图3是本发明的一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆的主绝缘线芯的示意图。

具体实施方式

[0030] 下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

[0031] 如图1所示，本发明的一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆，包含主绝缘线芯1、中性线芯2、屏蔽层3、铠装层4和外护套5，主绝缘线芯1为三根并且其截面呈120度的瓦形，
三根主绝缘线芯1构成一个完整的环形套设在中性线芯2的外侧，屏蔽层3、铠装层4和外护
套5由内向外依次套设在主绝缘线芯1的外侧。三根主绝缘线芯1呈120°瓦形状，一根中性线
芯2为圆形结构分布在三个主绝缘线芯1的中心，主绝缘线芯1与中性线芯2组合成一个结构
很稳定的圆形，形成了一个完全对称平衡的状态。使电缆在弯曲和移动时，不会产生线芯的
左右移动，有效的减小了高次谐波对变频电缆的危害。本发明所提供的一种船舶及海工平
台用轻型变频软电缆采用瓦形+圆形组合结构，较常规3+3芯结构有外径小、结构稳定的突
出特点。本申请的瓦形，指的是扇形圆心位置挖去一个小扇形后形成的类似于厚瓦片形状
的结构，其与折扇扇面形状类似。

[0032] 主绝缘线芯1和中性线芯2均包含导体6、半导电层7、交联聚乙烯复合绝缘层8，半导电层7设置在导体6外侧，交联聚乙烯复合绝缘层8设置在半导电层7外侧。其中导体6采用
铜包铝复合导体，铜包铝合金导体采用铜带包覆铝合金杆经过拉伸使原子间晶格结合工艺
完成，铜包铝合金导体的内芯为铝合金材质，体积占比85～90%，，外层为铜材质，体积占比
10～15%。铜包铝合金线经过逐步拉伸，拉制所需单丝直径，经过退火软化、特殊的绞线工艺
从而完成最终的导体。制得的铜包铝合金的密度是纯铜的1/3，在满足电气性能的前提下，
铝合金线导体重量比纯铜导体减轻20%左右。由于铜包铝合金导体密度小、强度高、高柔性、
高抗蠕变特性。从而使得电缆较常规铜材质重量轻、柔软度高的突出特点，同时节约成本，
提高了操作方便性。半导电层采用半导电屏蔽料，导体外增加半导电层以均化电场，减少尖
端放电。导体在加工过程中，可能会在表面产生缺陷（如毛刺），导体外没有半导电层，则在
缺陷处产生电场琦变，容易产生击穿破坏绝缘。如施加半导电层后，导体表面电场得到均
化，可有效避免绝缘击穿。

[0033] 主绝缘线芯1和中性线芯2还包含自粘层9，自粘层9设置在交联聚乙烯复合绝缘层8的外侧，自粘层9采用自粘橡胶。中性线芯2的自粘层的外侧设置有凹凸纹路，主绝缘线芯1
的瓦形下侧内壁和两侧侧壁上设置有凹凸纹路。凹凸纹路采用条形的锯齿纹路、条形的波
浪纹路、阵列的三棱锥纹路或阵列的四棱锥纹路，中性线芯2和主绝缘线芯1的相互接触的
平面上的凹凸纹路相互啮合。采用自粘橡胶层并采用凹凸纹路，进一步避免了主绝缘线芯
的偏移

[0034] 主绝缘线芯1的外侧设置有绕包层10，绕包层10采用低烟无卤隔氧带绕包在主绝缘线芯1的外侧并且位于屏蔽层3的内侧。

[0035] 屏蔽层3采用引流线和铜塑复合带绕包而成，引流线采用退火镀锡铜软导体，使铜塑复合带屏蔽层保持连续性而且可以传导积攒电荷、短路电流、泄漏电流，便于连接地线。

[0036] 铠装层4由镀镍碳纤维编织而成。镀镍碳纤维密度约为2.4g/cm3，相同规格下强度远远优于镀锡铜丝，编织覆盖密度不小于88%，控制屏蔽效果达到100%。使屏蔽层结构更加
稳固、可靠，同时，整体重量可以减轻约15%。

[0037] 外护套5采用低烟无卤阻燃耐泥浆橡胶护套料。低温耐受‑40℃，高温耐受125℃。该护套材料是以EVM橡胶为主要原材料加入无卤阻燃剂及其他助剂经混炼、挤出、造粒制
得；材料制的试片依据NEK TS 606进行增强型耐油试验，测试抗张强度变化率≤±30%，测
试断裂伸长率变化率≤±30%；依据NEK TS 606进行耐泥浆试验（耐溴化钙溶液、耐EDC 95‑
11基础油），测试抗张强度变化率≤±25%，测试断裂伸长率变化率≤±25%。有效确保电缆
在变频推进系统中长期耐受高温、油污等恶劣环境中的运行。

[0038] 一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆的其制造方法，其特征在于包含以下步骤：

[0039] 步骤一：拉丝、退火，铜包铝合金线经过拉丝机内渐变孔径的金刚石材质的高精度拉丝模具生产至Ф0.080～0.400mm直径的单线, 具体采用通过多头拉丝机内渐变孔径的
拉丝模具生产所需直径的单丝，一次可同时拉制16根单丝。进一步的将单丝通过经过500
~
600℃的烘箱进行高温退火软化，2～3米长度的水管自然冷水冷却、吹气烘干，卷绕至线盘
上。

[0040] 步骤二：束绞，将拉制好的铜包铝合金单丝束绞为0.5mm²～16mm²的导体单元。具体采用高速双扭绞线机，通过绞弓旋转将单丝绞合成束，绞合节径比为8～10倍，绞向左向，
同时使用主动放线架进行放线，恒张力控制，张力设置10‑15N,保证良好的导体电阻。

[0041] 步骤三：复绞、压型，将束绞单元复绞为25mm²～300mm²的导体。具体采用无级变速磁滞张力控制的笼绞机进行复绞。笼绞机具备完全退扭功能，使得绞合后的导体内应力小。
磁滞张力具备恒张力控制功能，保证导体的圆整。将束绞单元按照1+6+12+18正规绞合结构
排列，绞合节径比为10～12倍，绞向与束绞单元保持一致，使复绞结构更加紧密，根据束绞
单元的截面，按照20N/mm²设置张力，通过高聚晶材质的紧压模具，绞合出圆形导体。在紧压
模具后设有压型装置，通过采用1对压轮（上下结构），将圆形导体压成120°瓦形状，经过牵
引轮卷绕至线盘上。

[0042] 步骤四：半导电、绝缘、自粘层挤出，利用高精度挤塑机对交联聚乙烯绝缘材料进行挤压熔融经挤出模具定型后均匀包覆在导体外面，导体在进挤出机头前表面涂覆一层半
导电层，经涂覆后表面包覆绝缘层，再包覆一层自粘橡胶层。具体采用长径比为25的BM螺杆
挤出，挤出温度为160℃～190℃。导体在绝缘包覆前在线进行高频感应加热，增强导体与绝
缘层附着力，降低绝缘层的内应力。绝缘挤制过程中通过采用高精度测偏仪、凹凸仪，监控
绝缘厚度、外径及表面质量。

[0043] 步骤五：蒸汽交联，将生产后的绝缘线芯放置在密闭的蒸汽房中，蒸汽房内通入蒸汽，通过温度传感器自动控制蒸汽管道阀门，调节蒸汽进气量，保持温度在90℃～98℃，根
据绝缘线芯截面大小设置交联时间。在交联剂的作用下，绝缘料的分子由线状结构转化为
网状结构，耐温性能由70℃提高到90℃，抗环境开裂性能也得到了很大的提高。

[0044] 步骤六：成缆，将主绝缘线芯放置在外层，中心放置中性线芯，调整主绝缘线芯角度，通过成缆并线模将绝缘线芯组合成圆形。具体采用带有两台绕包机的盘绞机进行成缆，
预扭绞合（每根主绝缘线芯预先扭转5～8圈，并调整好主绝缘线芯的进线角度，保证成缆过
程中主绝缘线芯不会翻转），节径比为30～35倍，绞向与导体保持一致，使得绝缘线芯内的
导体不会松扭。在缆芯外绕包无卤隔氧带，防止缆芯松散，同时增加电缆阻燃性能。无卤隔
氧带外拖一根镀锡软铜丝，并在镀锡软铜丝外绕包一层软铜带，铜带绕包重叠率15～20%。

[0045] 步骤七：编织，按照不同的电缆规格，选取合适的镀镍碳纤维在高速编织机上进行编织，编织覆盖密度≥88%。

[0046] 步骤八：护套挤出，利用高精度挤橡机对低烟无卤阻燃耐泥浆橡胶护套料进行挤压熔融经挤出模具定型后均匀包覆在缆芯外面。同时通过蒸汽管道对护套层进行硫化，护
套料的分子由线状结构转化为网状结构，提高其耐油、耐泥浆性能。护套挤制过程中通过采
用采用高精度测偏仪、凹凸仪，监控护套厚度、外径及表面质量。护套挤出的同时在线进行
喷码印字，喷印厂名、型号规格、米标等信息。

[0047] 本发明通过瓦形主绝缘线芯环绕在圆形中性线芯外侧的结构，这样的结构相互之间不存在间隙并且瓦形主绝缘线芯的内侧和两侧均相互抵死，外侧又被包覆，这样四个方
向上完全被限制，结构稳定，不易造成位置的偏移，从而在电缆在弯曲、扭动的时候，也能够
保证电缆稳定的对称性；本发明通过半导电层匀化电场，减少尖端放电，有效避免绝缘击
穿；同时采用自粘橡胶层并采用凹凸纹路，进一步避免了主绝缘线芯的偏移。电缆导体采用
了铜包铝合金方案，结合铜包覆、拉拔、退火、绞合工艺技术形成的铜包铝合金复合材质的
超软导体，导体具备强度高、导电率好、重量轻、弯曲好的特点。铠装层采用镀镍碳纤维编
织。镀镍碳纤维密度约为2.4g/cm3，相同规格下强度远远优于镀锡铜丝，编织覆盖密度不小
于88%，控制屏蔽效果达到100%。使屏蔽层结构更加稳固、可靠，同时，整体重量可以减轻约
15%。电缆外护套采用自主配方试制出的低烟无卤阻燃耐油耐泥浆橡胶护套料，保证了电缆
护层具备优异的防水性、耐油、耐泥浆、阻燃、耐高低温等性能。

[0048] 本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只
要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保
护范围。