电装设计中常见问题的分析及措施

唐 浩

(中外运长航集团南京金陵船厂，江苏南京210015)

0 引言

近几年来，随着SOLAS新公约和新规范的生效以及新型高性能环保型船舶的需要，对电气方面的详细设计、生产设计等各方面的细节，均提出了更新、更高的要求。本文从供电连续性、断路器的选择、电舾装设计三方面详细介绍具体的解决方法。

1 供电连续性问题

1．1 主电源的供电连续性

在SOLAS公约1996修正案中，新增加了第H-l/41．5条:“如果船舶推进和操纵必需依靠主电源，则在任何一台运转中的发电机停止工作时，船舶推进、操纵和保证船舶安全所必需的设备应保持供电或者立即恢复(英文为 immediately restored)供电”。除非自航船外，几乎所有海船的推进和操纵都依靠船舶主电源，所以都要满足上述要求。要正确执行这一条，关键是如何理解立即“恢复供电”。为了统一理解，国际船级社协会统一为在30 s内恢复供电即为“立即恢复供电”。

30 s是一个十分严格的指标，即使采用自动方式，也是难实现的。考虑到大多数船舶发电机的配备情况，在设计中可采用下述2种方式来满足:

(1)船舶正常情况下由1台发电机供电。1台发电机出现故障停机时，应提供措施以保证备用发电机在30 s自动起动并连接至主配电板，且该备用发电机应具有足够的容量，以保证重要辅助机械的自动起动或自动顺序起动。

属于这种情况的船舶大多为小船，这种船舶的总吨位一般不会超过1 600总吨。经过调查，发现即使采用自动起动方式，在30 s内恢复供电也比较困难。考虑到这种情况，对于在有限航区航行的船舶(一般指在国内海域航行的船舶)，发电机的总容量为400 kW及以下时，可不要求自动起动。

(2)船舶正常情况由2台或2台以上发电机供电时，当运行中任何1台发电机停止工作后，应设有包括将非重要设备自动卸载，必要时也可将保证居住条件的设备和次重要设备自动卸去等保护措施，以保证航行安全不受到影响。

船舶正常航行情况(指航行状态和进出港状态)下，由2台发电机供电。如由发电机Gl和发电机G2供电。假设G1发生故障停车，应采取自卸载的方法，将非重要负载卸去，以保证G2的容量能足以向主推进和操纵所必需的设备供电。在这种情况下，备用发电机G3的起动不需要自动起动。为了满足这一要求，在负荷计算时，应对主推进和操纵所必须的负荷进行计算，以确保选择的发电机满足上述要求。

1．2 设备的供电连续性和工作连续性

在船舶的用电设备中，根据设备对航行安全的重要性，可分为重要设备和非重要设备。在重要设备中，又分为主重要和次重要设备。所谓主重要设备系指为保持推进和操舵需连续工作的设备;次重要设备系指为保持推进和操舵不必连续工作的设备，但这些设备是保持船舶安全所必需的设备。

在船舶电力系统设计中，要保证主重要设备的供电连续性和次重要设备的工作连续性。供电连续性和工作连续性如图1所示，图中，①②③表示断路器序号，箭头表示开关所要进行的方向。由图1可知，供电连续性中，由断路器供电的设备出现故障，仅导致断路器②脱扣，而断路器①不脱扣，这样就可以保证断路器③供电设备的连续供电。要达到这个要求，必须使断路器①和断路器②之间、断路器①和断路器③之间实现选择性保护。在工作连续性中，同样出现上述故障，会导致断路器①和断路器②同时脱扣，再次合上断路器①可继续保证由断路器③供电设备的继续工作。这就要求在选择开关时，要保证开关具有足够的分断能力和闭合能力。

图1 供电连续性和工作连续性

2 断路器的选择

正确选择断路器是船舶电力系统设计中的一个关键问题，也是保证设备供电连续性、工作连续性以及实现选择性保护的重要环节。《钢质内河船舶与建造规范》中，根据设备重要性不同，对断路器的选择作了详细规定。设计中可遵循下列原则:

(1)对于一般用途的断路器，其额定分断能力应不低于其安装点的最大预期短路电流。对于交流电力系统，其额定短路分段能力应不低于其安装点的预期对称断路电流(均方根值)。在选择开关时，用断路器的ictJ(极限分断能力)来考核。

(2)用于重要设备的供电电路的断路器，其额定运行分断能力应不低于其安装点的最大预期短路电流。对于交流电力系统，其额定运行短路分断能力应不低于其安装点的预期对称断路电流(均方根值)。在选择开关时，用断路器的Ics(运行或使用-分断能力)来考核。

(3)对于具有短延时的断路器，在选择开关时，还应考核断路器的Icw(额定短时耐受能力)，其值应不低于其安装点断路器触头分断瞬间的最大预期短路电流。对于交流系统，其额定短时耐受电流应不低于其安装点的断路器触头分断瞬间的预期对称断路电流(均方根值)。这就要求在计算短路电流时，应计算断路器触头动作时刻的短路电流值。对于延时时间较长的断路器，可用安装点的稳态短路电流来考核。经实验发现，船舶电力系统中短路电流在短路后100 ms至200 ms内已基本稳定，短路电流值相差极小，所以在校核断路器的短时耐受能力时，可采用短路后100 ms的短路电流值。

(4)断路器的额定接通能力应不低于其安装点的预期短路电流的最大峰值。

对于大多数品牌的断路器，Icu(极限分断能力)和Ics(额定运行分断能力)是一样的。有个别厂商的断路器，Ics仅为Icu的50%。

3 电舾装设计

在绘制生产设计图纸前，需要学习了解与本船电装生产设计相关的图纸，如详细设计的系统图、绝缘布置图、总布置图等。按照舾装转模，加强施工预装率要求，图纸的绘制及工作的安排要以合理预装为原则，在分段的焊缝上尽量不要安装设备和电缆通道。较完善的预舾装率，可节省现场施工工时，提高工效。

3．1 设备的安装要求

(1)电气设备尽量选用壁式安装，大型的落地式设备除外。并且按照PSPC要求，不允许在船体液舱壁上安装电气设备。若无法避免，需在底座撑脚与船体板之间安装腹板。

(2)要检查主变压器、应急变压器、艏侧推变压器等需要维护的设备上是否安装吊码，并根据此对机装和舾装提出相关的设计要求。用于主配电板、应急配电板、驾控台的电缆贯穿件，其安装高度应设为贯穿件顶端距离甲板面50 mm，其他船甲板电缆继续上行的贯穿件应设为贯穿件顶部距面甲板面200 mm，穿舱壁的贯穿件设为左右或者前后1/2。所有的电气设备底座都要安装接地螺栓(内部接地的，设备不需要的除外)。

(3)在用TRIBON建模时，火警探头的布置需要保证与通风口有足够的距离，并保证在探头的下方没有障碍物。一般设备按照厂家提供的设备标准尺寸建小样，其设备模型的门应该能完全(180°)打开，因此需注意此范围内是否有其他障碍物。

3．2 电缆敷设要求

(1)电缆通道尽可能地直线敷设，并保持高度一致。

(2)仔细核对危险区域划分图，所有电缆不要通过危险区域(Hight Fire Risk Area)，特别是重要负荷或必需负荷的电缆绝不可通过危险区域，其本身相关的电缆除外。特别注意，电力电缆不能与控制电缆、通讯电缆一起敷设，本质安全电缆、通讯电缆(包括液位遥测，测深计程仪)尽量分开敷设，至少与非本质安全电缆保持50 mm的间距。特别是甲板吊机的电力电缆是用电缆管进行敷设的，因此要注意了解电力电缆管和控制、通讯电缆管的排列再进行分类敷设。穿过机舱或者机舱棚的应急电缆为防火电缆，且安装在机舱棚外的照明路径，电缆需用管子进行保护。布置电缆桥架时，电缆通道与蒸汽管子或主排气管间距至少应保证水平100 mm，垂直100 mm。

(3)重要设备需要分开布线，舵机和自动舵的电源电缆和控制电缆，需根据其编号分开敷设，特别需注意避免在舵机舱内交叉敷设。正常电缆通过机舱，应急电缆通过上层建筑艉部。主发电机通常情况下应该1号机、2号机和3号机的电源线从左右两舷分开敷设。

［1］ CB/T 3908-2007．船舶电缆敷设工艺［S］．中国船舶工业综合技术经济研究院，2007．

［2］ 中国船舶工业总公司．船舶设计实用手册(电气分册)［M］．北京:国防科技出版社，1997．