電裝設計中常見問題的分析及措施

唐 浩

(中外運長航集團南京金陵船廠，江蘇南京210015)

0 引言

近幾年來，隨著SOLAS新公約和新規范的生效以及新型高性能環保型船舶的需要，對電氣方面的詳細設計、生產設計等各方面的細節，均提出了更新、更高的要求。本文從供電連續性、斷路器的選擇、電舾裝設計三方面詳細介紹具體的解決方法。

1 供電連續性問題

1．1 主電源的供電連續性

在SOLAS公約1996修正案中，新增加了第H-l/41．5條:“如果船舶推進和操縱必需依靠主電源，則在任何一臺運轉中的發電機停止工作時，船舶推進、操縱和保證船舶安全所必需的設備應保持供電或者立即恢復(英文為 immediately restored)供電”。除非自航船外，幾乎所有海船的推進和操縱都依靠船舶主電源，所以都要滿足上述要求。要正確執行這一條，關鍵是如何理解立即“恢復供電”。為了統一理解，國際船級社協會統一為在30 s內恢復供電即為“立即恢復供電”。

30 s是一個十分嚴格的指標，即使采用自動方式，也是難實現的。考慮到大多數船舶發電機的配備情況，在設計中可采用下述2種方式來滿足:

(1)船舶正常情況下由1臺發電機供電。1臺發電機出現故障停機時，應提供措施以保證備用發電機在30 s自動起動并連接至主配電板，且該備用發電機應具有足夠的容量，以保證重要輔助機械的自動起動或自動順序起動。

屬于這種情況的船舶大多為小船，這種船舶的總噸位一般不會超過1 600總噸。經過調查，發現即使采用自動起動方式，在30 s內恢復供電也比較困難?？紤]到這種情況，對于在有限航區航行的船舶(一般指在國內海域航行的船舶)，發電機的總容量為400 kW及以下時，可不要求自動起動。

(2)船舶正常情況由2臺或2臺以上發電機供電時，當運行中任何1臺發電機停止工作后，應設有包括將非重要設備自動卸載，必要時也可將保證居住條件的設備和次重要設備自動卸去等保護措施，以保證航行安全不受到影響。

船舶正常航行情況(指航行狀態和進出港狀態)下，由2臺發電機供電。如由發電機Gl和發電機G2供電。假設G1發生故障停車，應采取自卸載的方法，將非重要負載卸去，以保證G2的容量能足以向主推進和操縱所必需的設備供電。在這種情況下，備用發電機G3的起動不需要自動起動。為了滿足這一要求，在負荷計算時，應對主推進和操縱所必須的負荷進行計算，以確保選擇的發電機滿足上述要求。

1．2 設備的供電連續性和工作連續性

在船舶的用電設備中，根據設備對航行安全的重要性，可分為重要設備和非重要設備。在重要設備中，又分為主重要和次重要設備。所謂主重要設備系指為保持推進和操舵需連續工作的設備;次重要設備系指為保持推進和操舵不必連續工作的設備，但這些設備是保持船舶安全所必需的設備。

在船舶電力系統設計中，要保證主重要設備的供電連續性和次重要設備的工作連續性。供電連續性和工作連續性如圖1所示，圖中，①②③表示斷路器序號，箭頭表示開關所要進行的方向。由圖1可知，供電連續性中，由斷路器供電的設備出現故障，僅導致斷路器②脫扣，而斷路器①不脫扣，這樣就可以保證斷路器③供電設備的連續供電。要達到這個要求，必須使斷路器①和斷路器②之間、斷路器①和斷路器③之間實現選擇性保護。在工作連續性中，同樣出現上述故障，會導致斷路器①和斷路器②同時脫扣，再次合上斷路器①可繼續保證由斷路器③供電設備的繼續工作。這就要求在選擇開關時，要保證開關具有足夠的分斷能力和閉合能力。

圖1 供電連續性和工作連續性

2 斷路器的選擇

正確選擇斷路器是船舶電力系統設計中的一個關鍵問題，也是保證設備供電連續性、工作連續性以及實現選擇性保護的重要環節?！朵撡|內河船舶與建造規范》中，根據設備重要性不同，對斷路器的選擇作了詳細規定。設計中可遵循下列原則:

(1)對于一般用途的斷路器，其額定分斷能力應不低于其安裝點的最大預期短路電流。對于交流電力系統，其額定短路分段能力應不低于其安裝點的預期對稱斷路電流(均方根值)。在選擇開關時，用斷路器的ictJ(極限分斷能力)來考核。

(2)用于重要設備的供電電路的斷路器，其額定運行分斷能力應不低于其安裝點的最大預期短路電流。對于交流電力系統，其額定運行短路分斷能力應不低于其安裝點的預期對稱斷路電流(均方根值)。在選擇開關時，用斷路器的Ics(運行或使用-分斷能力)來考核。

(3)對于具有短延時的斷路器，在選擇開關時，還應考核斷路器的Icw(額定短時耐受能力)，其值應不低于其安裝點斷路器觸頭分斷瞬間的最大預期短路電流。對于交流系統，其額定短時耐受電流應不低于其安裝點的斷路器觸頭分斷瞬間的預期對稱斷路電流(均方根值)。這就要求在計算短路電流時，應計算斷路器觸頭動作時刻的短路電流值。對于延時時間較長的斷路器，可用安裝點的穩態短路電流來考核。經實驗發現，船舶電力系統中短路電流在短路后100 ms至200 ms內已基本穩定，短路電流值相差極小，所以在校核斷路器的短時耐受能力時，可采用短路后100 ms的短路電流值。

(4)斷路器的額定接通能力應不低于其安裝點的預期短路電流的最大峰值。

對于大多數品牌的斷路器，Icu(極限分斷能力)和Ics(額定運行分斷能力)是一樣的。有個別廠商的斷路器，Ics僅為Icu的50%。

3 電舾裝設計

在繪制生產設計圖紙前，需要學習了解與本船電裝生產設計相關的圖紙，如詳細設計的系統圖、絕緣布置圖、總布置圖等。按照舾裝轉模，加強施工預裝率要求，圖紙的繪制及工作的安排要以合理預裝為原則，在分段的焊縫上盡量不要安裝設備和電纜通道。較完善的預舾裝率，可節省現場施工工時，提高工效。

3．1 設備的安裝要求

(1)電氣設備盡量選用壁式安裝，大型的落地式設備除外。并且按照PSPC要求，不允許在船體液艙壁上安裝電氣設備。若無法避免，需在底座撐腳與船體板之間安裝腹板。

(2)要檢查主變壓器、應急變壓器、艏側推變壓器等需要維護的設備上是否安裝吊碼，并根據此對機裝和舾裝提出相關的設計要求。用于主配電板、應急配電板、駕控臺的電纜貫穿件，其安裝高度應設為貫穿件頂端距離甲板面50 mm，其他船甲板電纜繼續上行的貫穿件應設為貫穿件頂部距面甲板面200 mm，穿艙壁的貫穿件設為左右或者前后1/2。所有的電氣設備底座都要安裝接地螺栓(內部接地的，設備不需要的除外)。

(3)在用TRIBON建模時，火警探頭的布置需要保證與通風口有足夠的距離，并保證在探頭的下方沒有障礙物。一般設備按照廠家提供的設備標準尺寸建小樣，其設備模型的門應該能完全(180°)打開，因此需注意此范圍內是否有其他障礙物。

3．2 電纜敷設要求

(1)電纜通道盡可能地直線敷設，并保持高度一致。

(2)仔細核對危險區域劃分圖，所有電纜不要通過危險區域(Hight Fire Risk Area)，特別是重要負荷或必需負荷的電纜絕不可通過危險區域，其本身相關的電纜除外。特別注意，電力電纜不能與控制電纜、通訊電纜一起敷設，本質安全電纜、通訊電纜(包括液位遙測，測深計程儀)盡量分開敷設，至少與非本質安全電纜保持50 mm的間距。特別是甲板吊機的電力電纜是用電纜管進行敷設的，因此要注意了解電力電纜管和控制、通訊電纜管的排列再進行分類敷設。穿過機艙或者機艙棚的應急電纜為防火電纜，且安裝在機艙棚外的照明路徑，電纜需用管子進行保護。布置電纜橋架時，電纜通道與蒸汽管子或主排氣管間距至少應保證水平100 mm，垂直100 mm。

(3)重要設備需要分開布線，舵機和自動舵的電源電纜和控制電纜，需根據其編號分開敷設，特別需注意避免在舵機艙內交叉敷設。正常電纜通過機艙，應急電纜通過上層建筑艉部。主發電機通常情況下應該1號機、2號機和3號機的電源線從左右兩舷分開敷設。

［1］ CB/T 3908-2007．船舶電纜敷設工藝［S］．中國船舶工業綜合技術經濟研究院，2007．

［2］ 中國船舶工業總公司．船舶設計實用手冊(電氣分冊)［M］．北京:國防科技出版社，1997．