舰船用轻型电缆标准及规范探讨

时间：2024-07-28

李永江，霍东霄

（1.南京全信传输科技股份有限公司，南京 211113； 2.上海卫星装备研究所，上海 200240）

0 引言

随着舰船有效负载增大化的发展趋势，各种船用设备的轻型化逐渐被强调。电缆作为船舶的血管和神经，因其规格多、用量大，成为船舶减重必须考虑的因素。基于此，相关标准、规范、指南等均提出了一些要求和规定，电缆行业各厂家也顺势推出了舰船用轻型系列电缆。舰船用轻型电缆包括舰用轻型电缆（军品）和船用轻型电缆（民品）。由于船用轻型电缆发展目前尚处于萌芽状态，因此，行业内常说的舰船用轻型电缆主要指舰用轻型电缆，包括轻型薄壁电缆。但由于各种客观原因，电缆行业未能实现舰船用轻型电缆的标准化，各厂家多自我制定企业标准指导生产，造成产品设计、选型不统一，产品品质参差不齐。基于此，有必要对舰船用轻型电缆的标准、规范以及行业发展现状进行梳理，并给出舰船用轻型电缆的设计、制造、选型、应用和标准制定建议，供电缆行业及相关者参考。

1 不同标准规范解析

以下将不区分军品、民品一并阐述，涉及的主要相关标准、规范和指南等主要有美国军用标准（以下简称美军标）、德国军用标准（以下简称德军标）、英国军用标准（以下简称英军标）等国外军用标准，我国军用标准（以下简称国军标）、海军军用标准（以下简称海军标）等国内军用标准，以及挪威DNV-GL 技术指南、美国ABS 入级规范等主要船级社的技术规范等。

1.1 国外军用标准规定

1.1.1 美军标

美国现行有效的舰船电缆军用标准主要有MIL-DTL-24643C：2011、MIL-DTL-24640C：211 和MIL-DTL-915G：2002 等3 个通用规范及相关的单篇规范［1-3］，其中涉及轻型电缆的是MIL-DTL-24640C：2011，包括300 V 及600 V 的电缆。此外，还有军用手册MIL-HDBK-299，其对包括轻型电缆在内的所有船用电缆数据进行了比较归纳，用于指导电缆选型。

美军标MIL-DTL-24640C：2011 的标准名称为《船用轻型低烟电缆通用规范》，即规定的对象是低烟电缆，而非无卤电缆，标准中对绝缘不进行卤素含量要求。线芯采用SAE AS 81044／12 或SAE AS 81044／9 的航空绝缘线芯，绝缘为交联聚烯烃和聚偏氟乙烯（PVDF），护套采用交联聚烯烃，其最主要的特点是绝缘层薄、外径小、质量轻。目前，主要的线芯供应商为美国瑞侃，即泰科公司，我国以往多是采购该公司SPEC 44 规格的线芯，再进行加工生产，但该线芯无法满足GJB 774A—2020 提出的无卤要求。此外，MIL-DTL-24643C：2011 已将电缆称为低烟无卤电缆，对绝缘亦提出了无卤要求，其明确要求绝缘、护套和填充的卤素含量小于0.2%。由于舰船环境大致相同，未来MIL-DTL-24640C 在换版时可能亦会对电缆绝缘提出无卤要求。

1.1.2 德军标

德国舰船电缆标准主要是VG 95218，该标准包括一系列详细规范，包含了电缆的通用要求、试验方法、材料、线芯、结构、检验等详细内容。相关轻型电缆标准主要是VG 95218-61、VG 95218-64、VG 95218-65 和VG 95218-66 等4 个标准［4-7］，分别对应电力电缆和不同屏蔽形式的通信电缆。该标准结合舰船环境提出了低烟、无卤、低毒、阻燃等性能要求。电缆“轻便”的发展理念则是除了优化结构和厚度等工艺参数外，还通过提高产品的耐温等级和载流量等参数性能，进而在确定功率下降低产品的绝缘层厚度，以减小电缆外径质量等。

1.1.3 英军标

英国舰船电缆早期主要是执行海军标准，即NES 标准；后来统一纳入英国国防部标准，即DEF STAN 标准。舰船电缆的相关标准主要有：Def Stan 02-512（NES-512）《电缆、电气及相关项目使用导则》，规定了舰船电缆的分类、特点及其应用；Def Stan 02-517（NES-517）《电缆要求》，主要用于明确各类电缆的技术指标；Def Stan 02-525（NES-525）《有限火灾危险的薄壁绝缘电缆要求》，主要用于小规格薄壁电缆；Def Stan 02-526（NES-526）《一般用途有限火灾危害的橡皮绝缘护套电缆要求》，是目前英国海军舰船用电缆选型的核心规范；Def Stan 02-527（NES-527）《耐火、高温区域和阻燃护套电缆要求》，主要适用于阻燃和耐火电缆；DEF STAN 61-12《公制电线、软线和电缆》，是目前英国国防部各型电缆的通用要求。

其中，涉及舰船用轻型薄壁电缆的相关标准及规范主要是Def Stan 02-512 Part 8、Def Stan 02-525和Def Stan 61-12 Part 25 等［8-9］。 Def Stan 02-512 Part 8 用于指导轻型电缆选型应用；Def Stan 02-525作为Def Stan 61-12 Part 25 的补充，主要规定的是未包含在Def Stan 61-12 Part 25 标准内的截面积不超过2.5 mm2的小规格电缆；Def Stan 61-12 Part 25规定的最大截面为10 mm2。 Def Stan 02-525 和Def Stan 61-12 Part 25 均为产品标准，要求绝缘线芯符合Def Stan 61-12 Part 18，护套符合Def Stan 61-12 Part 31。基于此，这两个标准提出了如下要求：绝缘层的标称厚度为0.20 ～0.25 mm；从实际环境和使用寿命角度出发，规定了绝缘收缩、动态切通、耐磨损、缺口扩展、高温不粘连等机械性能；规定线芯须通过耐热试验（120 ℃，40000 h），168 h 加速热老化后耐压不击穿等热寿命周期性能；提出了低烟、无卤、低毒等指标要求。

1.2 国军标规定

1.2.1 国军标

我国目前有效的舰船电缆通用规范包括GJB 1916—1994《舰船低烟电缆和软线通用规范》和GJB 774A—2020《舰船用电线电缆通用规范》［10-11］。其中，GJB 1916—1994 除导体截面积和结构外，基本上采纳了MIL-C-24643A：1994 的内容，没有给定具体的材料性能和结构参数，行业对于材料性能自行参照了美军标。 GJB 774A—2020 替代GJB 774—1989［12］，给出了具体的材料性能要求，增加了低烟、无卤电缆的具体指标。 GJB 774—1989 的主要内容采取了MIL-C-915F：1985（主要针对普通含卤电缆）。但令人遗憾的是，GJB 1916—1994 和GJB 774A—2020 均未涉及轻型电缆的相关内容，包括轻型电缆的命名、结构、对绝缘层材料的特殊性能要求和绝缘厚度规定等，操作指导意义受限，需要后续单篇规范补充说明。

1.2.2 海军标

鉴于GJB 1916—1994 技术指标规定欠缺，操作性较差，修订的GJB 1916A 没有发布；GJB 774A—2020 没有单篇规范配套，具体产品无结构参数，指导作用受限。海军装备部水面舰艇装备局提出制定海军标《舰船电力电缆通用规范》和相应的详细单篇规范，目前已报批。

海军标《舰船电力电缆通用规范》在编制过程中一方面借鉴了GJB 774A—2020 的相关技术内容，同时又根据舰船的实际需求和电缆应用情况，对GJB 774A—2020 欠缺的内容进行了完善。海军标《舰船用电力电缆通用规范》增加了轻型电力电缆的命名和结构描述，明确其系列代号为JQ，采用薄壁绝缘、单层护套结构，但不降低各项成品电缆性能，从而为舰船用轻型电力电缆的设计、制造、应用指明了方向，也为后续单篇规范的编制奠定了基础。

1.3 船级社规范规定

目前，主要的船级社规范均对电缆有相关描述，但美国ABS 船级社规范和挪威DNV-GL 规范除外，基本上没有明确的采标规定。美国ABS 船级社规范《国际舰船建造和入级指南（2021）》［13］确定轻型电缆须满足MIL-DTL-24640C：2011 的要求；DNV-GL 规范则专门发布了相关的轻型电缆技术规范DNVGL-CP-0400： 2019 Lightweight Electric Cables［14］，明确了轻型电缆产品结构、材料、性能和试验的相关要求，考虑到薄壁绝缘会对线芯的物理机械性能产生影响，进而可能影响产品的整体性能和使用安全，该规范提高了绝缘和线芯物理机械性能的要求，绝缘抗张强度要求提高到20 MPa，线芯增加了动态切通、切口扩展和耐磨损等性能要求；在热性能方面，热寿命周期按照BS 3G 230 方法要通过105 ℃，20000 h 试验；168 h 加速热老化温度提高为150 ℃，且要求不发生耐压击穿；同时增加了过载性能要求和高温绝缘不粘连的要求。

2 行业现状

目前，舰船用轻型电缆主要用于军船配套，由于国军标通用规范没有相关内容的描述和结构参数规定，海军标通用规范和详细规范尚未发布，该电缆标准存在空白。一方面，行业厂家各自制定企业标准指导生产，诸如参照MIL-DTL -24643C：2011，为了减重，在不改变材料的情况下直接人为降低厚度，采取类似瑞侃线芯结构，不考虑无卤性能等。另一方面，也存在用户需求单位对舰船用轻型电缆技术指标要求不细致，以前期个别厂家的电缆参数作为总体要求，持续采用多年前的技术参数不变更等情况。这两个方面都是因为行业未制定轻型电缆相关国军标或行军标，电缆生产者与使用者之间因缺乏连接桥梁造成的不良后果，定型产品与性能需求存在偏差，同一型号产品结构不同、性能偏差，甚至不满足要求，导致标准化程度较低、产品性能不一致，各种弊端显现。

3 发展建议

鉴于当前舰船用轻型电缆的实际情况，建议生产者和使用者均应明确其配套何种设备，在何种环境以何种方式使用，具体分析如下。

3.1 设计制造

舰船用轻型电缆产品的设计、制造应考虑以下几个方面：①性能要求。舰船用轻型电缆主要应用于船舱内，最主要的性能要求是在满足基本性能要求的基础上实现降低其质量、减径。减径主要由工艺和电气性能（如耐压等）确定，过度减小绝缘层的厚度会造成绝缘击穿，甚至影响电缆的使用寿命。这就需要借鉴行业内轻型薄壁电缆的通用设计经验以及对材料的综合性能要求，如船级社的要求、轨道交通薄壁电缆、国外军标舰船电缆材料等。 ②应用环境。舰船环境复杂、电子设备众多，电磁兼容要求高，因此对于舰船用轻型电缆而言，要考虑屏蔽结构变化设计后屏蔽效果的适宜性等；复杂电磁环境下要求的电性能，如低电容、低衰减、屏蔽隔离等；③诱发环境。如舰船环境下电缆的耐油、抗撕裂、低烟、无卤、低毒和阻燃等要求。

3.2 选型应用

鉴于未来一段时间内舰船用轻型电缆无统一的国军标和行军标，存在相同型号产品不同性能的情况，使用单位需承担更多的选型责任。一方面，在选型时要考虑舰船用轻型电缆的综合性能及可操作性，充分识别并明确系统对产品的要求，并转化为对生产的要求；另一方面，敷设安装电缆时应考虑产品的使用建议和电缆的使用说明，避免发生将以往的电缆应用经验当作默认性能要求的情况。

3.3 标准制定

舰船用轻型电缆作为当前及未来一段时间主要的舰船电缆品种之一，提高其标准化程度有着现实的积极意义。从长远看，建议主管部门进行标准制定立项，成立涵盖海军、装备设计院、总装厂、电缆生产厂家、电缆研究机构以及第三方检测单位等组成的项目组，对相关的国内外标准进行研究，对目前行业内舰船用轻型电缆的数据进行分析，并对产品型号、结构、尺寸、性能、检测方法等方面进行统一规定，形成符合我国国情和满足装备需求的相关详细规范标准，指导生产和使用。根据实际情况可以考虑从行军标和国军标两个层面进行推进。