船舶照明系统图支路功率计算自动化

刘进军，武启迁

(常石(上海)船舶设计有限公司，上海 200001)



船舶照明系统图支路功率计算自动化

刘进军，武启迁

(常石(上海)船舶设计有限公司，上海 200001)

摘要：在制作船舶照明系统图时，需要根据规范要求给照明支路设置合适的断路器，以便在过流和检修等情况下切断电源，保护电路或确保操作安全。针对支路上各灯具或其他用电负荷的视在功率要通过计算确保低于断路器的容量值要求,提出了一种用程序实现支路所有用电设备总功率和接入点个数自动计算从而快速判定支路设计合理性的新方法。通过实船测算，这种计算方法节省了系统图作图和检查时间，提高了作业效率和计算结果的可靠性。

关键词：船舶；照明系统图；断路器；视在功率

0引言

对于船舶设计而言，各型灯具、插座、开关、电缆、断路器、电源等构成的照明系统设计是其中重要的一部分工作，该系统能确保船上各处常规和应急照明的需要。船上的灯有荧光灯、水银灯、白炽灯等多种类型，数量众多，视在功率(单位为伏安/A)和性能各不相同。从成本、安全性等方面综合考量，将一组组灯具分别接到分电板上，每组灯具以串联或串并联混合方式尾端通过1个断路器(MCCB)接入分电板，之后分电板接入低压配电板或者应急配电板上去。

各船级社规范对各支路断路器规格和照明点数量做出了相关的要求，其中NK(日本船级社)规范要求电压为131～250 V，额定电流15 A或以下的终端支路给电的灯点数量不超过24个[1]。

例如8.2万t散货船照明电路采用的是220 V交流电源，按照上述要求可将断路器分断值设定为10 A，从而照明点数量最多为24个，则支路功率最大值为2 200 VA，故支路上各用电设备的功率之和最大不超过2 200 VA。

当前都是手动计算照明系统各分电路的功率，进而根据断路器断路设定值和短路电流值判断支路方案的可行性。这样做耗费的时间较多，容易出错。本文以NK规范绘制的照明系统图为例介绍了通过程序实现支路视在功率和自动计算，从而快速判断配置方案是否满足支路伏安数要求的新方法。

1支路功率计算方法现状

实际上，船上各个区域的灯具和家用电气设备的布置要根据规范照度要求、船东要求、船员实际日常生活需要以及船厂标准综合确认。具体来讲，构建的系统中除了各型灯具外，还有一些吸尘器、电视机、冰箱等家用电气设备，这些设备的功率和数量必须在支路总功率和设备总数量中统筹考虑。部分灯具功率表见表1，部分设备功率表见表2。

表1　部分灯具功率表

灯具和设备划归到哪个支路要综合考虑一组方案设备的连接走线距离(计算电缆成本等)、施工的便利性、灯具的数量、设备总的用电负荷即总功率值等因素。最初根据粗略估计(包括走线计划)做出方案，之后计算这些设备的数量尤其是功率是否符合要求。

现在总功率的计算以及电气品数量的统计一般通过手工计算以及人工数数方式完成，同一条支路可能需要若干次的调整并计算之后才能最终找到合理方案。另外，各类中大型船舶的支路有几十条甚至上百条，尤其对于一艘新开发的船舶，这种计算的工作量很大，且容易因人为原因产生某些计算失误。

表2　部分电气设备功率表

2自动化计算方法探索

如上所述，支路设备功率计算和数量统计是设计中2个繁琐且容易出错的问题。对于数量统计当前尚可通过充分利用AutoCAD现有的模块统计功能并辅以必要手段实现数量的快速统计[2]，而照明支路的容量往往需要多次计算、调整并确认是否合规，当前的计算方法效率低且容易出错。针对此问题，提出一种快速调整和确认支路功率值的简便方法。首先在AutoCAD图面上选定该支路计划接入的全部用电设备，功率总和可以自动计算并显示出来；其次通过和断路器容量值比较，就可以快速判定方案的可行性，便于调整且快速找到一个支路的合适的用电设备组合，这样一组一组选定即可完成整船的照明系统设计。各支路的功率值即伏安数为了之后工作的确认方便，在系统图上可将其自动写到各支路断路器附近。

程序设计思路：

将各种类型和型号的灯具、插座、电视机、冰箱、饮水机、排气扇等设计成模块。模块属性包含对应的功率。插座要考虑其他用途，有哪些用电设备可能会使用在这里，找到功率最大的设备，并将其设置为模块的功率参数。

部分程序如下：

(DEFUN C:VACAL ()

(SETQ N 0)

(SETQ VA_DATA 0)

(SETQ SS (SSGET))

(REPEAT (SSLENGTH SS)

(SETQ EN (SSNAME SS N))

(SETQ EN_DATA (ENTGET EN))

(SETQ EN_TYPE (CDR (ASSOC 0 EN_DATA)))

(IF(= EN_TYPE "INSERT")

(SUB_CALCULATION)

(SETQ N (+ N 1))

(SETQ STR1 (STRCAT (ITOA VA_DATA) "VA" ))

(COMMAND "TEXT" (GETPOINT) 100 0 STR1)

(DEFUN SUB_CALCULATION ()

(SETQ EN_NAME (CDR (ASSOC 2 EN_DATA)))

(COND((= EN_NAME "300W PORTABLE CARGO LT")

(SETQ VA_DATA (+ VA_DATA 300)))

…))

3计算操作方法

照明系统图居住区应急灯电源图如图1所示。将程序加载到AutoCAD中，键入自定义命令VACAL, 回车，选定某断路器连接的所有用电设备，包括灯具、插座、小设备等，点击图1(a)断路器附近电缆线下适当位置(虚框)，即可将计算出的功率值自动写入，并且灯点的数量也可自动弹出，如图1(b)、(c)所示，圆圈内为各支路对应的视在功率(VA值)。

4结论

本改进方法可节省设计成本。根据8.2万t散货船测算，约可节省照明系统图设计工时的10%以上。对于其他船级社等规范，虽然可接入灯具的数量和容量可能会有不同，又或者各船厂根据自己的实践经验将多支路直接接到分电板，然后通过分电板经断路器接到上一级配电板上[3]，但是在特定终端支路总容量之下可以稍微调整程序，用同样的方法快速计算从而判断支路灯具配置方案的合理性。通过程序方法实现了接入电气设备总功率写入的同时灯具数量通过弹窗自动显示出来的功能，进一步方便了灯点数量合规性的确认。

图1　照明系统图居住区应急灯电源

参考文献：

[1]陈奎英.AutoCAD 块属性在船舶照明设计的应用[J].船舶，2011,22(5):71-76.

[2]吕芳.船舶照明系统设计[J].中国科技博览，2014(28):37-37.

中图分类号：U665.1

文献标志码：A

作者简介：刘进军(1980—)，男，硕士，工程师，研究方向为船舶通信导航及电气系统、人工神经网络；武启迁(1988—)，男，助理工程师，研究方向为通信工程。

收稿日期：2015-11-15