卷筒电缆是一种柔性动力、控制或数据电缆，专为在起重机、堆取料机或其他移动机械行走时在电缆卷筒上收放卷绕而设计。其选型由七个因素决定：卷筒布置、行走速度与加速度、张力、弯曲半径、扭转、卷筒上的载流量降额，以及结构与标准。有关悬挂、拖曳和拖链电缆，请参阅特种电缆及其标准。港口岸电电缆卷筒也使用卷筒电缆。
《欧盟替代燃料基础设施条例》设定了 2029 年 12 月 31 日的岸电截止期限。该法规根据港口作业量，涵盖泛欧交通网络海港中的集装箱船和客船。根据欧洲环境署于 2026 年 2 月 10 日发布的评估显示，179 个核心网络港口中有 71 个具备岸电能力。
核心要点
- 首先明确电缆卷筒的驱动方式、排缆方式和供电点；每种要素都会改变电缆的受载情况。
- 允许拉力为容许拉伸应力乘以数据表计入的导体截面积；DIN VDE 0298-3 规定柔性电缆为 15 N/mm²。
- 按每个完整层数对电流进行降额；德国与美国系数适用的基准载流量不同，因此应比较计算后的载流量结果，而非仅对比系数。
- 根据数据表的最小弯曲半径核查每个卷筒、滑轮和导向装置，该参数以电缆外径的倍数表示。
步骤 1：明确电缆卷筒布置方式
每个电缆卷筒均结合了驱动方式（电动或弹簧）、排缆方式（单螺旋或多层平排）与供电点（端部供电或中心供电）。每种配置都会改变电缆的受载方式，因此应首先明确这三项要素。
- 选型项目：排缆方式 —— 选项：单螺旋 —— 核查要点：扭矩随卷盘直径变化，并在卷满加速时达到峰值（Kostić et al., 2017)
- 选型项目：排缆方式 —— 选项：平排绕线（多层） —— 核查要点：在直径约 1 至 3 m、长度达 6 m 的卷筒上螺旋排线；多层堆叠会降低载流量（Conductix-Wampfler；参见步骤 6）
- 选型项目：驱动方式 —— 选项：电动驱动 —— 核查要点：驱动装置根据行走速度与加速度进行选型（VAHLE 目录)
- 选型项目：驱动方式 —— 选项：弹簧驱动 —— 核查要点：在最大伸出时在卷筒上保留至少两整圈电缆，Conductix 1400 系列手册指出这可避免电缆承受过大张力并防止在入口处被拉出
- 选型项目：供电点 —— 选项：中心供电 —— 核查要点：有效工作电缆长度为行走距离的一半（VAHLE 目录)
步骤 2：确定行走速度与加速度
明确行走速度与加速度：根据VAHLE 电动卷筒目录，卷筒制造商根据这两项参数确定驱动装置选型。其选型问卷要求提供以 m/min 为单位的行走速度、以 m/s² 为单位的加速度，以及每小时循环次数、每天运行小时数和工作暂载率。在单螺旋卷筒上，Kostić et al. (2017)的研究表明，在电缆卷满且处于加速卷绕状态时扭矩达到峰值，即机械最接近电缆固定连接点的时候。因此，驱动装置必须具备扭矩控制功能。
HVR 中压 (MV) 卷筒电缆额定行走速度达 180 m/min，更高速度可按需定制。TRA-RF 低压 (LV) 吊具卷筒电缆在水平和垂直卷绕中的额定速度均达 200 m/min。这些数值是这两种电缆的数据表参数，而非通用限制。
步骤 3：计算张力
卷筒电缆的允许拉力等于容许拉伸应力乘以数据表计入的导体截面积。DIN VDE 0298-3为柔性电缆导体规定了 15 N/mm²，电缆分销商Koch KT亦收录了该数值。加强型卷筒电缆设计具有更高的数据表额定值：HVR 为 20 N/mm²，(N)TSCGEW11Y 岸电卷筒电缆为 25 N/mm²，TRA-RF 为 30 N/mm²。
计算示例：
- H05VV-F 4G2.5 软线（Koch KT 引用的 DIN VDE 0298-3 示例）： 全部 4 芯均计入，因此 15 N/mm² × (4 × 2.5 mm²) = 150 N 最大拉力。
- NTSCGEWÖU 3×70 + 3×35/3: 仅计入 3 根 70 mm² 相导体，而不计入分相接地导体，因此依据 15 N/mm² × 210 mm² = 3,150 N，详见 NTSCGEWÖU 数据表.
- TRA-RF 24×2.5: 全部 24 芯均计入，因此根据其数据表 30 N/mm² × 60 mm² = 1,800 N。
设定张力是卷筒驱动装置在静止时保持的张力。它来自于悬垂电缆重量：F = m′ × L × g（每米质量 × 悬垂长度 × 重力加速度）。Kostić et al. (2017)计算出 6.1 kg/m 在 5 m 长度下约为 299 N。卷筒驱动装置施加的最高张力（包括加速与制动期间）必须低于允许拉力。VAHLE 目录提供限位开关，可在最后一圈或倒数第二圈电缆展开时停止驱动装置。
步骤 4：核查弯曲半径与导向几何结构
电缆路径上的每个卷筒、滑轮和导向装置都必须符合电缆的最小弯曲半径要求，该参数以电缆外径 (D) 的倍数给出。对于低压电缆，Koch KT 收录的 DIN VDE 0298-3规定外径 20 mm 以下的电缆在卷筒上为 5 × D，更大外径为 6 × D。经过滑轮时，最小值为 7.5 × D。
(N)TSCGEW11Y 数据表列出固定敷设为 6 × D，自由移动为 10 × D，卷筒卷绕为 12 × D，即固定敷设数值的两倍。HVR 数据表亦列出卷筒上为 12 × D，经过导向滑轮为 15 × D，S 型换向（相反方向连续两次弯曲）为 20 × D。
来源：(N)TSCGEW11Y 和 HVR 卷筒电缆数据表, 2026.
在电动卷筒上，VAHLE 目录将卷筒进缆偏角限制在 3° 以内。Conductix 1400 系列手册对于弹簧卷筒，允许卷筒中心线两侧各达 15° 的偏角，超出该角度则需要旋转底座。请遵循卷筒制造商手册中的限制。
步骤 5：限制扭转
通过无扭转安装电缆并选择可吸收残留扭转的结构来限制扭转。在电动卷筒上，VAHLE 目录要求卷筒体上的电缆保持无扭转，同时留出用于消除应力的安全圈数。
对于弹簧卷筒，Conductix 1400 系列手册将扭曲或打结归因于安装不当、在固定物体上摩擦或绕折、弹簧张力过大或锚定不良。该手册要求安装滚轮导向装置使电缆与旋转轴线垂直行走，以防止扭曲。将电缆缠绕到卷筒上时，切勿使其扭曲或打环。
HVR 数据表描述了一种硫化在内护套和外护套之间的高强力合成纱线编织层，可吸收 ±25°/m 的扭转而不传递给线芯。NTSCGEWÖU 数据表为相同目的指定了聚酯防扭编织层。
步骤 6：对卷盘上的载流量进行降额
盘绕在卷筒上的电缆散热效果低于直线敷设，因此必须针对每个完整层数对其载流量进行降额。DIN VDE 0298-4 降额系数（收录于 VAHLE 目录）对于一至四层完整卷绕分别为 0.80、0.61、0.49 和 0.42。单层系数同样适用于单螺旋卷绕。
美国矿山安全与健康管理局 (MSHA) 在其项目信息公告 P10-20中收录了来自绝缘电缆工程师协会 (ICEA) 的另一组系数。ICEA 载流量表将卷筒上一至四层电缆的载流量分别降至 85、65、45 和 35 百分比。在评估中，MSHA 假设电缆层会定期从卷筒上展开，使整根电缆得以冷却。1994 年的一项美国矿业局研究发现，ICEA 和美国电气制造商协会 (NEMA) 的卷筒降额系数对于其所测试的电缆设计而言并未提供保守的导体温度估算。
来源：MSHA 公告 P10-20 (2010)；DIN VDE 0298-4 数值收录于VAHLE 目录 (EN 2022)。各自适用的基准载流量不同。
DIN VDE 0298-4 系数在一层和两层时更低，ICEA 系数在三层和四层时更低。每个系数均适用于其各自标准的基准载流量，因此应对比计算出的载流量结果而非仅比较系数，并与电缆制造商进行确认。
步骤 7：选择电缆结构与标准
根据电压、卷筒必须传输的信号以及现场规范选择电缆结构，然后确认其适用标准。
- 应用场景：低压动力 —— 结构：NSHTÖU 低压卷筒电缆，0.6/1 kV，5 类导体 —— 标准或规定：DIN VDE 0250-814
- 应用场景：中压 (MV) 动力 —— 结构：NTSCGEWÖU —— 标准或规定：基于 DIN VDE 0250-813
- 应用场景：岸电供电 —— 结构：(N)TSCGEW11Y，屏蔽型 6/10 kV，含 12 芯光纤元件 —— 标准或规定：参考 IEC/ISO/IEEE 80005-1 以及 DIN VDE 0298-3 和 0298-4
- 应用场景：西澳大利亚采矿 —— 结构：配置导引芯，在接地回路断开时切断电源 —— 标准或规定：AS/NZS 2802:2000 (WorkSafe WA)
IEC 60228:2023定义了 5 类（柔性）和 6 类（特柔性）导体。对于起重机，IEC 60204-32涵盖了起重机械的电气设备要求。
HVR 数据表规定了 5GM5 重型氯丁橡胶外护套，具有阻燃特性并耐受油污、臭氧、紫外线与磨损。该电缆在弯曲移动时的额定环境温度为 −30 °C 至 +80 °C。TRA-RF 数据表规定了高度耐磨的双层聚氨酯 (PUR) 护套，弯曲移动时的额定温度为 −25 °C 至 +60 °C。
复合型卷筒电缆将动力、控制与数据集成在同一个护套内。对于一台符拉迪沃斯托克港口起重机，所选用的 6/10 kV 卷筒电缆集成了 3 根 35 mm² 动力线芯、接地导体、16 根 2.5 mm² 控制线芯以及含 24 芯光纤的光学单元。
散货码头上的堆取料机是卷筒电缆的典型应用场景。照片：Jeremy Buckingham MLC 拍摄的“纽卡斯尔港斗轮取料机特写”，CC BY 2.0，来源于 Flickr.
改造项目增加了尺寸限制。某越南沿海燃煤电厂招标项目旨在更换其现有卷筒设备上的中压 (MV) 卷筒电缆。其两种 8.7/15 kV 结构样品的电缆外径必须分别处于 56 至 59 mm 和 62 至 65 mm 的外径公差范围内。该招标项目同时规定了 8 × D 静态与 12 × D 动态弯曲半径，以及 −40 °C 至 90 °C 的使用温度范围。
卷筒相关预警迹象
请密切注意两项迹象：内层附近的过热损坏，以及扭转。MSHA指出，当卷筒上残留三到四层电缆时，卷筒发热最为显著。在重型高负荷作业后，应检查内层护套是否存在过热损坏。
安全须知：在检查或操作电缆前，必须停止设备并隔离电源。由专业人员按照卷筒制造商的规程释放或控制积聚的机械能与弹簧能量。在进行任何纠正或重新投入使用前，全面评估电缆损坏情况。
若电缆发生扭结，应先将扭结反向退解，然后对照步骤 5 中的扭转成因检查卷筒、导向装置和固定锚定点。
询价需提供的信息
请提供电缆型号、电压、导体规格与数量，正如 TEBAOFLEX 卷筒电缆询价表所要求的内容。对于卷筒应用工况，还应提供设备类型、卷筒布置、行走距离、速度及张力。随后补充提供：
- 供电点位置，例如中心供电
- 加速度（单位 m/s²）、每小时循环次数与工作暂载率
- 卷盘直径与缠绕层数
- 滑轮和导向装置的弯曲半径，以及任何 S 型换向弯曲
- 对于改造更换项目，提供现有设备允许的外径公差范围
- 环境条件：温度范围及水或油污暴露情况
- 所需标准与认证，例如 DIN VDE 0250-813 或 AS/NZS 2802:2000
常见问题解答
卷筒电缆的最小弯曲半径是多少？
卷筒电缆的最小弯曲半径取决于其额定电压与结构，通常表示为外径 (D) 的倍数。在卷筒上，DIN VDE 0298-3 针对低压电缆规定为 5 × D 或 6 × D（取决于直径）（Koch KT），而 HVR 和 (N)TSCGEW11Y 中压 (MV) 数据表列出的最小弯曲半径为 12 × D。
卷筒电缆能够承受多大张力？
卷筒电缆的允许拉力为容许拉伸应力乘以其数据表计入的导体截面积。按 DIN VDE 0298-3 规定的 15 N/mm² 数值，NTSCGEWÖU 3×70 + 3×35/3 数据表列出的允许拉力为 3,150 N。加强型 HVR、(N)TSCGEW11Y 和 TRA-RF 数据表列出的拉伸应力分别为 20、25 和 30 N/mm²。
一台电缆卷筒可以承载多根电缆吗？
根据 MHI Overhead Alliance 的资料，一台电缆卷筒通常仅承载一根电缆。因此，当卷盘需要兼顾动力、控制与数据时，通常采用复合型卷筒电缆，例如为符拉迪沃斯托克港口起重机选用的集成 24 芯光纤光学单元的 6/10 kV 电缆。
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选择与卷盘完美匹配的卷筒电缆始于完备的运行工况参数。请通过联系页面将卷筒布置、行走参数、卷盘几何尺寸及所需标准发送给我们的工程团队，以获取选型审核评估。
关于作者
Jyen 是 TEBAOFLEX 的技术与运维工程师，负责公司的线上平台。本指南参考了上述引用的标准、法规和数据表，以及 TEBAOFLEX 案例库 中公布的项目记录。引用的 HVR、TRA-RF、NSHTÖU、NTSCGEWÖU 和 (N)TSCGEW11Y 数据表均为 TEBAOFLEX 自身的产品页面。
封面图片：Sam Wilson 拍摄的“起重机上的电力电缆卷筒”，CC BY-SA 2.0，来源于 Wikimedia Commons，经裁剪处理。
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