電裝設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題的分析及措施

唐 浩

(中外運(yùn)長(zhǎng)航集團(tuán)南京金陵船廠，江蘇南京210015)

0 引言

近幾年來(lái)，隨著SOLAS新公約和新規(guī)范的生效以及新型高性能環(huán)保型船舶的需要，對(duì)電氣方面的詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)等各方面的細(xì)節(jié)，均提出了更新、更高的要求。本文從供電連續(xù)性、斷路器的選擇、電舾裝設(shè)計(jì)三方面詳細(xì)介紹具體的解決方法。

1 供電連續(xù)性問(wèn)題

1．1 主電源的供電連續(xù)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(jìn)和操縱必需依靠主電源，則在任何一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)電機(jī)停止工作時(shí)，船舶推進(jìn)、操縱和保證船舶安全所必需的設(shè)備應(yīng)保持供電或者立即恢復(fù)(英文為 immediately restored)供電”。除非自航船外，幾乎所有海船的推進(jìn)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(zhí)行這一條，關(guān)鍵是如何理解立即“恢復(fù)供電”。為了統(tǒng)一理解，國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)統(tǒng)一為在30 s內(nèi)恢復(fù)供電即為“立即恢復(fù)供電”。

30 s是一個(gè)十分嚴(yán)格的指標(biāo)，即使采用自動(dòng)方式，也是難實(shí)現(xiàn)的。考慮到大多數(shù)船舶發(fā)電機(jī)的配備情況，在設(shè)計(jì)中可采用下述2種方式來(lái)滿足:

(1)船舶正常情況下由1臺(tái)發(fā)電機(jī)供電。1臺(tái)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，應(yīng)提供措施以保證備用發(fā)電機(jī)在30 s自動(dòng)起動(dòng)并連接至主配電板，且該備用發(fā)電機(jī)應(yīng)具有足夠的容量，以保證重要輔助機(jī)械的自動(dòng)起動(dòng)或自動(dòng)順序起動(dòng)。

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(huì)超過(guò)1 600總噸。經(jīng)過(guò)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)即使采用自動(dòng)起動(dòng)方式，在30 s內(nèi)恢復(fù)供電也比較困難。考慮到這種情況，對(duì)于在有限航區(qū)航行的船舶(一般指在國(guó)內(nèi)海域航行的船舶)，發(fā)電機(jī)的總?cè)萘繛?00 kW及以下時(shí)，可不要求自動(dòng)起動(dòng)。

(2)船舶正常情況由2臺(tái)或2臺(tái)以上發(fā)電機(jī)供電時(shí)，當(dāng)運(yùn)行中任何1臺(tái)發(fā)電機(jī)停止工作后，應(yīng)設(shè)有包括將非重要設(shè)備自動(dòng)卸載，必要時(shí)也可將保證居住條件的設(shè)備和次重要設(shè)備自動(dòng)卸去等保護(hù)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(tài)和進(jìn)出港狀態(tài))下，由2臺(tái)發(fā)電機(jī)供電。如由發(fā)電機(jī)Gl和發(fā)電機(jī)G2供電。假設(shè)G1發(fā)生故障停車(chē)，應(yīng)采取自卸載的方法，將非重要負(fù)載卸去，以保證G2的容量能足以向主推進(jìn)和操縱所必需的設(shè)備供電。在這種情況下，備用發(fā)電機(jī)G3的起動(dòng)不需要自動(dòng)起動(dòng)。為了滿足這一要求，在負(fù)荷計(jì)算時(shí)，應(yīng)對(duì)主推進(jìn)和操縱所必須的負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，以確保選擇的發(fā)電機(jī)滿足上述要求。

1．2 設(shè)備的供電連續(xù)性和工作連續(xù)性

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

在船舶電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要保證主重要設(shè)備的供電連續(xù)性和次重要設(shè)備的工作連續(xù)性。供電連續(xù)性和工作連續(xù)性如圖1所示，圖中，①②③表示斷路器序號(hào)，箭頭表示開(kāi)關(guān)所要進(jìn)行的方向。由圖1可知，供電連續(xù)性中，由斷路器供電的設(shè)備出現(xiàn)故障，僅導(dǎo)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(shè)備的連續(xù)供電。要達(dá)到這個(gè)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(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)。在工作連續(xù)性中，同樣出現(xiàn)上述故障，會(huì)導(dǎo)致斷路器①和斷路器②同時(shí)脫扣，再次合上斷路器①可繼續(xù)保證由斷路器③供電設(shè)備的繼續(xù)工作。這就要求在選擇開(kāi)關(guān)時(shí)，要保證開(kāi)關(guān)具有足夠的分?jǐn)嗄芰烷]合能力。

圖1 供電連續(xù)性和工作連續(xù)性

2 斷路器的選擇

正確選擇斷路器是船舶電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，也是保證設(shè)備供電連續(xù)性、工作連續(xù)性以及實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)的重要環(huán)節(jié)?！朵撡|(zhì)內(nèi)河船舶與建造規(guī)范》中，根據(jù)設(shè)備重要性不同，對(duì)斷路器的選擇作了詳細(xì)規(guī)定。設(shè)計(jì)中可遵循下列原則:

(1)對(duì)于一般用途的斷路器，其額定分?jǐn)嗄芰?yīng)不低于其安裝點(diǎn)的最大預(yù)期短路電流。對(duì)于交流電力系統(tǒng)，其額定短路分段能力應(yīng)不低于其安裝點(diǎn)的預(yù)期對(duì)稱(chēng)斷路電流(均方根值)。在選擇開(kāi)關(guān)時(shí)，用斷路器的ictJ(極限分?jǐn)嗄芰?來(lái)考核。

(2)用于重要設(shè)備的供電電路的斷路器，其額定運(yùn)行分?jǐn)嗄芰?yīng)不低于其安裝點(diǎn)的最大預(yù)期短路電流。對(duì)于交流電力系統(tǒng)，其額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?yīng)不低于其安裝點(diǎn)的預(yù)期對(duì)稱(chēng)斷路電流(均方根值)。在選擇開(kāi)關(guān)時(shí)，用斷路器的Ics(運(yùn)行或使用-分?jǐn)嗄芰?來(lái)考核。

(3)對(duì)于具有短延時(shí)的斷路器，在選擇開(kāi)關(guān)時(shí)，還應(yīng)考核斷路器的Icw(額定短時(shí)耐受能力)，其值應(yīng)不低于其安裝點(diǎn)斷路器觸頭分?jǐn)嗨查g的最大預(yù)期短路電流。對(duì)于交流系統(tǒng)，其額定短時(shí)耐受電流應(yīng)不低于其安裝點(diǎn)的斷路器觸頭分?jǐn)嗨查g的預(yù)期對(duì)稱(chēng)斷路電流(均方根值)。這就要求在計(jì)算短路電流時(shí)，應(yīng)計(jì)算斷路器觸頭動(dòng)作時(shí)刻的短路電流值。對(duì)于延時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)的斷路器，可用安裝點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)短路電流來(lái)考核。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，船舶電力系統(tǒng)中短路電流在短路后100 ms至200 ms內(nèi)已基本穩(wěn)定，短路電流值相差極小，所以在校核斷路器的短時(shí)耐受能力時(shí)，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(yīng)不低于其安裝點(diǎn)的預(yù)期短路電流的最大峰值。

對(duì)于大多數(shù)品牌的斷路器，Icu(極限分?jǐn)嗄芰?和Ics(額定運(yùn)行分?jǐn)嗄芰?是一樣的。有個(gè)別廠商的斷路器，Ics僅為Icu的50%。

3 電舾裝設(shè)計(jì)

在繪制生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙前，需要學(xué)習(xí)了解與本船電裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)相關(guān)的圖紙，如詳細(xì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)圖、絕緣布置圖、總布置圖等。按照舾裝轉(zhuǎn)模，加強(qiáng)施工預(yù)裝率要求，圖紙的繪制及工作的安排要以合理預(yù)裝為原則，在分段的焊縫上盡量不要安裝設(shè)備和電纜通道。較完善的預(yù)舾裝率，可節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)施工工時(shí)，提高工效。

3．1 設(shè)備的安裝要求

(1)電氣設(shè)備盡量選用壁式安裝，大型的落地式設(shè)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(shè)備。若無(wú)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(yīng)急變壓器、艏側(cè)推變壓器等需要維護(hù)的設(shè)備上是否安裝吊碼，并根據(jù)此對(duì)機(jī)裝和舾裝提出相關(guān)的設(shè)計(jì)要求。用于主配電板、應(yīng)急配電板、駕控臺(tái)的電纜貫穿件，其安裝高度應(yīng)設(shè)為貫穿件頂端距離甲板面50 mm，其他船甲板電纜繼續(xù)上行的貫穿件應(yīng)設(shè)為貫穿件頂部距面甲板面200 mm，穿艙壁的貫穿件設(shè)為左右或者前后1/2。所有的電氣設(shè)備底座都要安裝接地螺栓(內(nèi)部接地的，設(shè)備不需要的除外)。

(3)在用TRIBON建模時(shí)，火警探頭的布置需要保證與通風(fēng)口有足夠的距離，并保證在探頭的下方?jīng)]有障礙物。一般設(shè)備按照廠家提供的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)尺寸建小樣，其設(shè)備模型的門(mén)應(yīng)該能完全(180°)打開(kāi)，因此需注意此范圍內(nèi)是否有其他障礙物。

3．2 電纜敷設(shè)要求

(1)電纜通道盡可能地直線敷設(shè)，并保持高度一致。

(2)仔細(xì)核對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖，所有電纜不要通過(guò)危險(xiǎn)區(qū)域(Hight Fire Risk Area)，特別是重要負(fù)荷或必需負(fù)荷的電纜絕不可通過(guò)危險(xiǎn)區(qū)域，其本身相關(guān)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(shè)，本質(zhì)安全電纜、通訊電纜(包括液位遙測(cè)，測(cè)深計(jì)程儀)盡量分開(kāi)敷設(shè)，至少與非本質(zhì)安全電纜保持50 mm的間距。特別是甲板吊機(jī)的電力電纜是用電纜管進(jìn)行敷設(shè)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(jìn)行分類(lèi)敷設(shè)。穿過(guò)機(jī)艙或者機(jī)艙棚的應(yīng)急電纜為防火電纜，且安裝在機(jī)艙棚外的照明路徑，電纜需用管子進(jìn)行保護(hù)。布置電纜橋架時(shí)，電纜通道與蒸汽管子或主排氣管間距至少應(yīng)保證水平100 mm，垂直100 mm。

(3)重要設(shè)備需要分開(kāi)布線，舵機(jī)和自動(dòng)舵的電源電纜和控制電纜，需根據(jù)其編號(hào)分開(kāi)敷設(shè)，特別需注意避免在舵機(jī)艙內(nèi)交叉敷設(shè)。正常電纜通過(guò)機(jī)艙，應(yīng)急電纜通過(guò)上層建筑艉部。主發(fā)電機(jī)通常情況下應(yīng)該1號(hào)機(jī)、2號(hào)機(jī)和3號(hào)機(jī)的電源線從左右兩舷分開(kāi)敷設(shè)。

［1］ CB/T 3908-2007．船舶電纜敷設(shè)工藝［S］．中國(guó)船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院，2007．

［2］ 中國(guó)船舶工業(yè)總公司．船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)(電氣分冊(cè))［M］．北京:國(guó)防科技出版社，1997．