船舶电气设计中电缆设计的研究

船舶电气设计中电缆设计的研究

陶学良

扬州中远海运重工有限公司  江苏省扬州市  225211

摘要：随着船舶电力设备的广泛应用和精密程度不断提高，对船舶电力系统的整体可靠性提出了更高的要求。在电力系统设计中，电缆的作用类似于船只的血管，能够将持续的电力传输至船只的各个部位，所以，对电缆进行合理的线缆设计就非常关键了。本文对船舶电力系统设计中的电缆布局进行了详尽的探讨，旨在为同行在此领域提供启发。

关键词：船舶；电气设计；电缆设计

引言

电线电缆产业是国民经济中规模最大的辅助行业之一，是所有工业的基石。产品在电力，建筑，民用，通讯，船舶，军工，航空和石化行业得到了广泛的应用。电缆在国家经济运行中扮演着关键角色，宛如经济运行的“血管”和“神经”，不仅关系到电力和信息传输，还负责各类电机、仪表制造以及电磁波能量转化等基本功能，它是未来电气化、信息化社会不可或缺的基础设施。

在电缆设计的过程中，通过深入学习CAD、AM12和EXCEL等软件，进行了详尽地研究与应用。这些软件的应用使得在线缆设计过程中，能够有效掌控内外部因素导致的返工修改，从而显著防止了不确定性错误的发生。这进一步缩短了线缆设计所需的时间，同时提升了工作效率和设计精度。该方案已在多艘大型船舶上得以实际应用，并取得了良好的成果。

一、电缆设计的基本概述

在任何产业中，要保证一项系统工程能够顺利地实现并取得预期的成果，就必须进行过程管理。舰船电力系统的线缆也是如此。电缆设计的基础要素包括设备要素、节点要素和线缆要素，它们包含了丰富的信息量，任意一个要素的变动都会引起电缆册的变动。因此，要实现良好的电缆设计流程控制，就需要对电缆设计中的关键问题进行深入分析，并提出相应的解决方案。

二、电缆册的主要构成

在不同的造船企业编写电缆手册时，根据各国在船舶建造中的设计习惯与施工做法，其内涵也不尽相同。然而，在所有的线缆说明书中，都包含了诸如线缆代号、线缆型号规格、开始设备描述、开始设备区域、结束设备描述、结束设备区域、电缆路径和线缆的总长度。

对于电缆手册中的信息，比如，电缆代号、电缆型号规格、起始设备、终止设备等，可以采取在 CAD的详细设计图表基础上，进行属性化的方式，把详细设计数据转换成生产设计数据，并进行核实，最终排除误差，确保所有电缆的基本信息保持与详细设计图纸一致。然而，关于线路长度和验证问题，则需要采用不同的解决方式。

三、电缆路径设计

1.影响电缆路径和长度的因素

（1）设备移位

在装置发生移动时，若其位置发生显著变化，将会影响电缆路径。在装置移动完成后，必须重新挂起装置节点，并删除原先的装置节点信息，随后添加适用于新节点的长度信息。然而，如果装置位置发生微小变化，则不需要调整装置至节点的长度，但装置至节点的长度会发生变化。

（2）节点移位

当节点移动发生时，节点与其关联设备之间的距离也会相应改变，从而影响整个电缆的总长度。

（3）节点修改

无论是增加还是删除一个节点，都将改变该节点与其关联设备之间的距离，从而影响整个电缆的总长度。

（4）节点输入错误

当产品设计者手动向原始路径添加一个节点时，可能会出现节点位置不正确、节点数量不正确等问题。

（5）电缆总长输入错误

当产品设计者在装置及节点上做出相应的改变时，最后的线缆的总长也会随之改变。但是，在进行线缆修正时，常常会因为人的因素，造成线缆的总长度缺失，或是线缆修正时出现误差。

2.电缆路径设计的具体方法

在对多种情形下，对电缆路径与长度进行了研究，找出了对电缆路径与长度有重要的影响的主要因素：设备与节点的连接关系、设备与节点的长度信息、节点与节点的连接关系、节点与节点的长度信息，以及电缆的长度信息。

为了获得这些数据，并将其用于对缆线路径及长度进行检查，还需要对三维建模软件AM12进行进一步的学习。在此基础上，利用AM12可以提取出装置与节点间的连接关系及长度。此外，还可以对EXCEL电缆簿中的电缆路径进行分析和拆卸，以确定是否存在路径错误，并根据正确路径重新计算电缆长度。

（1）提取设备到节点的连接关系及长度

在利用AM12软件建立产品设计装置模型的过程中，产品设计者将展示每一装置的各种可能，并将其与邻近的节点相结合。当装置与节点建立连接时，将装置与节点的相关信息存储于AM12数据库。并在此基础上，结合各装置的实际状况，将各装置与各装置之间的理论距离记录到数据库中。此信息按照特定的命名规则保存。可以从AM12中抽取该信息，将其储存在一个 EXCEL表中。

（2）提取节点间的连接关系及长度

与装置至节点的连接关系及长度类似，节点之间也存在一种连接关系。在各地区的产品设计者完成节点之间的连接后，这些连接将全部存入AM12数据库中。与设计者从装置连接节点时所输入的长度不同，节点间的连通性是指在AM12模型中真实存在的连通性，并且与真正的路径完全一致。在三维空间中，通过直接求 X, Y, Z三个坐标的绝对值之和，就可以得到节点间的距离。通过提取两个节点间的连接关系，得到两个节点的 X, Y, Z坐标，从而得到两个节点间的距离。

（3）路径长度的分解

将该线缆通路的长度划分成初始装置到该第1节点的连接关系和对应的长度、该各邻近的各中间节点的连接关系和对应的长度、该结束装置到该最后节点的连接关系和对应的长度。基于已有的基本数据，使用VBA编程实现了各线缆的拆分和对各线缆基本数据的调用。

如果路径中的每个环节都是正确的，计算结果将显示为“OK”。如果存在错误，相应的错误列将显示具体的错误环节，这使得设计人员能够根据提示进行相应处理。通过这种方式，能够确保在修改电缆手册过程中，内容是完整准确的，从而避免人为忽略修改的内容。

四、船舶电气电缆敷设设计

1.船舶电气系统电磁兼容要求

电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility-EMC）是指多个电子装置在有限的时空频域内能够共同工作，而不影响彼此的工作特性的状态。其内涵主要包括两个方面：首先，各种电器装置能够在各种复杂的电磁环境下正常运行，并具备较强的抗干扰能力；其次，电子产品本身产生的电磁噪声不会对周围的电磁环境造成过多干扰，也不会干扰其他电子产品的正常运行。

在数字化船舶中，由于空间狭窄，存在众多电子设备形成的电磁环境，必须加强对电气设备的电磁干扰抑制，以确保各电子设备正常工作。因此，船舶上的线缆布局、各设备之间的信号传递，以及船舶网络的电磁兼容性，都受到了前所未有的重视。

2.船舶电缆敷设要求

在船舶上的各种装置中，由于从信号的输入到接收的距离较远，例如船舶的主机操纵系统，其输出位于驾驶室，而接收线路位于船舶的中间。由于传输线路较长，这对船舶的电磁环境产生了显著影响。为了满足船舶电气系统的电磁兼容性要求，以确保整体电器系统始终处于安全稳定的工作状态，可以采用屏蔽电缆作为一项基础且关键的保护措施，防止在信号传输过程中受到干扰影响控制装置。然而，如果在电缆中传输的信号工作频率较高且输出功率较大，电缆的屏蔽层，甚至是双屏蔽层，可能无法有效消除由传输信号引起的电磁干扰，从而对其他设备或线路造成影响。

五、船舶电气电缆设计的组织及管理

1.统筹规划电缆路径

通常情况下，舰船上会配置专门的线缆通道，然而线缆通道的容量有限，仅足以容纳少量线缆。更多线缆需要通过外部路径，例如人员通道或舱室顶部。因此，在设计过程中需要进行多学科的一体化设计，涵盖船体、管道、风道以及电气等方面。基于结构、管道、风道等布置，对船舱顶部的人员进出和线缆路线进行全面规划。在线路设计时，应考虑以下问题：首先，确保线路上有足够大的空间，以便施工铺设线缆；其次，线缆通道中的线缆应与管道和风道保持一致，避免相互干扰和堵塞；最后，优先选择平坦直线的线缆路径，以便于布线。

2.合理开展电缆放样

在明确了线缆的特殊通路和线路之后，需要有效且充分地利用它们。在产品设计阶段，对电缆路径进行合理规划是关键。通常情况下，应以电缆根数、敷设位置以及规格型号为基准，对电缆进行科学而合理的放样。这样的做法不仅能尽可能避免电缆走错方向，还可以避免在同一路径上出现电缆过多或过少的情况，从而保证总体布局的美观性和占据率的合规性。

结束语

总而言之，针对舰船线缆布置问题，提出了一种新的线缆布置方案。利用三维造型软件AM12，在AM12资料库中建立工作表格，有效地解决了线缆路线的设计问题，降低了外界环境对线缆路线的影响。另外，对线缆的铺设也要进行严密的控制，以设计为导向，以减少和消除舰船内部的 EMI。从而提高了系统的 EMC性能，增强了其抗干扰性，从而保证了线缆的正确配置和铺设。

参考文献

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