大型滾裝船電裝設(shè)計若干問題解析

董小云，陳 峰，何建軍

（招商局工業(yè)集團南京金陵船廠有限公司技術(shù)中心，南京 210015）

0 引言

某大型滾裝船總長237.4 m，型寬33 m，航速21 kn，擁有6 700 m車道承載能力和450輛拖車空間。

本船艏側(cè)推使用中壓電力系統(tǒng)，本文針對中壓電纜敷設(shè)相關(guān)規(guī)定和要求，對中壓電纜敷設(shè)和安裝進行研究和探索，詳細介紹中壓電纜敷設(shè)方法。

本船規(guī)格書中要求所有電纜的水密/防火電纜貫穿件均為模塊式電纜密封裝置，但是本船配置設(shè)備多，全船電纜數(shù)量超過12 000根，且甲板及艙室較多，造成電纜密封裝置使用數(shù)量巨大。本文詳細介紹了模塊式電纜密封裝置開孔安裝及注意事項，并分析了典型問題的產(chǎn)生原因。

1 中壓電纜敷設(shè)要求

交流中壓電力系統(tǒng)一般是指額定電壓（相間電壓）大于1 kV，但小于10 kV的交流電力系統(tǒng)。中壓電力系統(tǒng)使用可以減小負載設(shè)備的尺寸以及減小船廠電纜使用的截面積，利于電纜通道的設(shè)計以及電纜敷設(shè)。本船艏側(cè)推裝置中壓電力系統(tǒng)采用三相50 Hz，6 600 V，對側(cè)推變壓器和艏側(cè)推裝置供電，并通過側(cè)推變壓器（2 900 kV A，400/6 600 V）向主配電板供電。中壓電力系統(tǒng)采用了 CJPF86/SC 8.7/15 kV船用中壓電力電纜，最大外徑為71 mm。

根據(jù)英國勞氏船級社（LR）規(guī)范和產(chǎn)品資料要求，中壓電纜敷設(shè)時注意事項如下：

1）高電壓電纜不應穿過居住處所在露天走線。

2）高電壓電纜應盡實際可行遠離工作在較低電壓的電纜。電纜之間的凈空間距離應滿足表1的要求[1]。

表1 電纜之間的凈空間距離

3）中壓電纜與其他電纜間隔敷設(shè)要求，中壓電纜不能與電壓小于 1 kV的電纜敷設(shè)在同一鐵條或托架上，中壓電纜和其他電纜在空間上的間隔距離需保持在100 mm以上；中壓電纜需與信號電纜分開敷設(shè)，對于4 mA～20 mA的模擬信號電纜，因其最易受中壓電纜周圍磁場的影響產(chǎn)生電磁干擾，敷設(shè)時應保證與中壓電纜的距離大于 500 mm，若信號電纜與高壓電纜距離很近又無法避免時，應穿管敷設(shè)[2]。

4）由于中壓電纜電壓等級較高，容易產(chǎn)生危險，所以外護套一般選擇使用紅色。為保證安全，在人員容易接觸到或容易受機械損傷的中壓電纜區(qū)域，在此區(qū)域的中壓電纜托架上增加金屬擋板加以保護。并在金屬擋板或托架旁板上標示“高壓危險”警示銘牌，建議每個艙室或每隔20 m設(shè)置一塊。樣式見圖1。

5）中壓電纜的彎曲半徑通常參照廠家標準執(zhí)行。中壓電纜的絕緣材料、結(jié)構(gòu)等相關(guān)IEC標準要求更高，電纜直徑值更大，柔軟性相對不足，因此在敷設(shè)的時候必須留有足夠的彎曲半徑，否則會損傷到電纜內(nèi)部絕緣和護套，影響電纜性能，甚至危及人身安全。

圖1 警告銘牌

雖然廠家資料通常要求彎曲半徑為9倍電纜直徑，但在實際敷設(shè)過程中，彎曲半徑需達12倍，以防電纜外護套褶皺，亦便于施工人員拉敷電纜。本船為防上述問題盡量減少電纜拐彎，另外選用雙層托架使電纜托架占用平面空間減小，電纜單層敷設(shè)且留有一定間隙避免電纜的擠壓；當電纜交叉時，為防止電纜磨損，船廠一般會在交叉處的托架旁板上包覆橡皮條，但船舶一般都是航行在高濕、高鹽的環(huán)境中，橡皮條易老化的問題就會凸顯，所以在托架旁板上安裝邊拖板，單拖板需比電纜托架高出4 mm，具體形式見圖2，邊托板堅固，螺栓安裝方便。

圖2 電纜邊拖板節(jié)點圖

6）中壓電纜在施工過程中，應使用三防布對電纜托架進行包裹，防止電纜在拉拽的過程中擦傷電纜外護套。并使用塑料電纜封帽對電纜端部進線保護性處理，防止水汽侵蝕，對電纜性能造成影響。

7）船上所敷設(shè)電纜必須留有余量以適應電纜本身和船體的伸縮性能，包括中壓電纜。通常每10 m電纜應留有±10 mm的伸縮余量，伸縮余量電纜彎曲半徑需為電纜直徑的12倍及以上。

2 電纜密封裝置的開孔及安裝檢驗

模塊式電纜密封裝置英文名稱為Multi-Cable-Transit（以下簡稱：MCT）。常用的是瑞典Roxtec公司的產(chǎn)品（以下簡稱：ROX）。它是由框架、模塊、壓緊裝置、隔層板及附件組合而成的電纜密封裝置，通過模塊壓緊電纜的方式達到密封效果。其優(yōu)點是不需要凝固時間，有非常好的水密性和氣密性?？梢酝ㄟ^剝離備用模塊的芯層，方便地增加電纜，施工簡便，使用壽命長[3]。

由于滾裝船對船體承重結(jié)構(gòu)強度要求很高，普通的電纜貫穿件使用橢圓形的形式，此種形式的貫穿件開孔不會對結(jié)構(gòu)強度造成很大破壞。但是，模塊式電纜密封裝置廠家提供的 ROX方形圍板分為2種型號：S型框架和SRC型框架。

S型框架的內(nèi)倒角為直角，SRC型框架的內(nèi)倒角有半徑為20 mm和40 mm的圓角2種，對應SRC r20和SRC r40這2個標準型號，圓角的設(shè)計可減少應力集中，避免框架破裂，所以國內(nèi)大部分船廠使用的是 SRC型號的框架（見圖 3）。但是對于SRC型框架而言，圓角半徑減少了實際的密封空間。以2X1型框架為例，經(jīng)計算SRC r20的密封空間為S型框架的88.8%，SRC r40的密封空間為S型框架的66.6%。

圖3 其他船廠使用的SRC型號的框架

經(jīng)過查閱規(guī)范資料并與LR協(xié)商，最終采取如下可行方案：使用S型框架的情況下，為保證結(jié)構(gòu)強度及避免框架破裂，在框架開孔的四角處增加圖4形式的止裂孔，這樣既能滿足船級社要求也能滿足最大密封空間的需求。

圖4 優(yōu)化后的電纜密封裝置開孔節(jié)點圖

為防止ROX框架因焊接產(chǎn)生過量熱導致變形，從而影響產(chǎn)品的密性，框架的安裝孔與框架邊之間的間隙不能超過2 mm。對于材質(zhì)為不銹鋼316L的框架與高強鋼的焊接，應采用異種焊材，焊條為E309LMo-16，焊絲為 E309LMoT1-1。盡量控制層間溫度，考慮到精度要求比較高，建議層間溫度控制在60℃以下。為避免手工開孔產(chǎn)生誤差，框架的安裝孔最好通過數(shù)切開孔的形式實現(xiàn)。

確定框架的樣式后，需計算穿過框架的電纜根數(shù)、電纜外徑尺寸，來對框架進行選型?？梢允褂秒娎|密封裝置廠家的計算軟件來計算框架大小和模塊數(shù)量及規(guī)格。但是在生產(chǎn)設(shè)計時最少需保留30%左右的電纜備用余量。如果穿過框架的電纜兩端使用電纜托架支撐及固定電纜，為保證電纜可以垂直的穿入模塊式電纜密封裝置，則框架的選型還需要與框架兩端電纜托架寬度匹配，即電纜托架的寬度與框架的內(nèi)部寬度盡量靠近，例如電纜托架的寬度是單層200 mm，就可以選用寬度為240 mm的2X2型號的框架。可以根據(jù)圖5來確定框架選型。

在滾裝船的露天及部分易積水區(qū)域，如系泊區(qū)域，外板有大開口的貨艙區(qū)域。因船級社認證的密性測試方法是基于液態(tài)靜壓（hydraulic test）承受載荷，且具有一定的時間限定，1 h內(nèi)，前30 min不允許出現(xiàn)漏水情況，后30 min滲漏情況不得超過1 L。所以船廠為避免長時間的積水影響電纜密封裝置的性能，對電纜密封裝置做了加高，總高度為250 mm，其中甲板面以上留 200 mm。具體形式見圖 6。

圖5 ROX-S型框架密封空間尺寸圖（單位：mm）

圖6 電纜密封裝置加高節(jié)點圖

當電纜密封裝置安裝完畢后，船東會要求對隔堵情況進行密性檢驗。檢驗方法一般有2種：

1）水壓試驗。壓力達到 0.15 MPa。壓力表慢慢從0.01 MPa～0.15 MPa加壓，此過程持續(xù)時間約5 min左右，噴頭從左右2個方向距離300 mm進行噴淋。甲板下沒有出現(xiàn)滲水漏水現(xiàn)象。

2）氣密試驗。壓力達到 0.15 MPa。在一側(cè)均勻涂抹肥皂水；另一側(cè)用壓縮空氣距離300 mm進行吹氣，壓力表慢慢從0.01 MPa～0.15 MPa加壓，此過程持續(xù)時間約5 min左右。涂肥皂水一側(cè)未出現(xiàn)明顯的冒氣泡現(xiàn)象。

因大量電纜密封裝置在設(shè)備內(nèi)部，所以船廠一般會選擇氣密試驗的方式。

3 結(jié)論

滾裝船是特種大型高附加值船型，本文在大型滾裝船電氣生產(chǎn)設(shè)計方面介紹了2個常見問題的注意事項。有針對性地對中壓電纜敷設(shè)的特點及難點提出注意事項及解決方案，保證現(xiàn)場施工的順利進行。對模塊式電纜密封裝置的選型進行優(yōu)化，提高產(chǎn)品的使用率。在降本增效的大環(huán)境下，為船廠節(jié)省大量人力物力，也希望能對其他相似船型的電氣生產(chǎn)設(shè)計起到參考借鑒作用。