FPSO电力电缆规格选择方法浅析

李 静，朱静波，王 振

（上海中远船务工程有限公司，上海 200231）

FPSO电力电缆规格选择方法浅析

李 静，朱静波，王 振

（上海中远船务工程有限公司，上海 200231）

电缆规格的选择直接决定电网的供电质量，是电力系统安全运行的保证，更关系到船舶的质量和使用寿命，本文以某大型FPSO电力系统的设计为例，从电缆载流容量、线路电压降、短路电流等方面来考核电缆选择的正确性。

FPSO；电力系统；电缆；电压降

0 引言

就FPSO电力系统设计而言，电缆规格的选择不仅要满足有关船级社规范［1］和相关规范规则［2，3］的要求，还需要考虑电力系统的供电品质、可靠性和连续性。如果选择的电缆规格过小，电缆会长期处于过载状态，从而加快绝缘老化的速度，引起漏电、降低供电的可靠性；如果选择的电缆规格过大，又会造成成本上的浪费。因此正确选择电缆的规格显得非常重要。

1 选择方法

通过以下三个方面对线路的电缆进行校核，当三个方面均满足要求时的电缆规格才是可选择的电缆。

1）电缆载流容量；

2）线路电压降；

3）短路电流。

1.1 电缆载流容量计算方法

电缆规格的选择应根据所供电给的设备额定电流以及正常操作条件下所容许的发热量，避免超过允许的最大容许温度。

1）计算公式

三相交流回路：

单相交流回路：

直流回路：

式中，cosϕ为功率因数；Ib为回路额定电流，A；为修正后的回路额定电流，A；V为系统额定电压，V；Icond为电缆额定电流，A；为修正后的电缆额定电流，A；k1为成束敷设系数［2］（取0.85）；k2为温度系数［2］（环境温度45ºC时，取1；对于机舱内的发电机和电机，环境温度按50ºC，取0.94）；k3为备用系数（当负载是变压器、照明及小电力设备，取1.25；发电机，取1.10；其它，取1.00）。

2）电缆规格选择标准

需注意：1）除以上要求外，还应遵循断路器保护电缆的原则，校核电缆修正后的载流量是否大于断路器脱扣器的设定值；2）如果是用于VFD回路的电缆，还应考虑其载流修正系数（0.85）即降容系数，主要是电流谐波产生的发热，做无功。

1.2 线路电压降计算方法

1）计算公式

三相交流回路：

单相交流回路：

直流回路：

式中，cosϕ为功率因数；Ib为回路额定电流，A；l为回路电缆长度，km；R为交流系统中导体在85°C的阻值，Ω/km；Rdc为直流流系统中导体在85°C的阻值，Ω/km；V为系统额定电压，V；X为电缆感应电抗，Ω/km；ΔVadm为回路容许电压降，%；ΔV为回路电压降，%。

2）电缆规格选择标准

回路中容许的电压降要求见3）和4）。

3）每个分系统的全部电压降［1］应不超过表1中的数值。

表1 电压降容许值（%）

4）在正常条件下，当导体承载最大的电流时，每个阶段所容许的电压降如图1所示。

1.3 短路电流计算方法

电缆应能承受其回路中产生的最大短路电流（从起动器到马达的电缆可不考虑短路保护），校核电缆导体截面积应按如下公式：

1）衰减短路电流［3］

三相交流系统：

单相交流系统衰减短路电流：

直流系统衰减短路电流：

式中，Ik0为上一级母排短路水平，A；l为回路电缆长度，km；V为额定电压，V；Zsystem为在上一级连接点处的系统等效故障阻抗，Ω；Zcable为电缆阻抗，Ω；Rsystem为在上一级连接点处的系统等效故障电阻，Ω；Rcable为电缆电阻，Ω；R为交流系统中导体在85°C的阻值，Ω/km；X为在系统额定频率时的电缆电抗，Ω/km；NC为导体或电缆每一相的数量e；Rdc为直流流系统中导体在85°C的阻值，Ω/km。

图1 回路中电压降的限制

2）电缆规格选择标准

式中，Ik为衰减短路电流，kA；Sc为最小导体截面积，mm2；te为保护装置动作时间，s。

2 结论

在进行大型FPSO电缆系统设计时，由于船型较长，对线路上电压降的限制显得尤为重要，本文以理论与实际项目相结合，针对船级社对电压降的要求，把每个回路按照不同的阶段进行了分解，使设计人员在该段线路上的电压降有一个相对准确的参照，大大增加了电缆选择的准确性，但本文仅在电缆的规格（即截面）的选择上做了阐述，要选择出正确的电缆型号还应在电缆的耐压等级、敷设环境和工作条件等因素上进行综合考虑，仍需在今后的设计和实践中进一步总结和归纳，并希望能为类似的海工项目提供一些参考和借鉴。

［1］ABS.ABS rules for building and classing steel vessels［S］.2010.

［2］IEC 60092-201 Electrical Installations in Ships - Part 201: System Design - General［S］.1994.

［3］IEEE std 242 IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems［S］.2001.

［4］黄健章.船舶设计实用手册［M］.北京: 国防工业出版社，2013.

Selection Method Analysis for FPSO Electrical Power Cable Sizing

Li Jing，Zhu Jing-bo，Wang Zhen
（COSCO Shanghai Shipyard Co.，Ltd.，Shanghai 200231，China）

Cable size selection directly determines the quality of the power supply system，which is not only ensuring the safe operation of the power system，but also related to the quality and service life of the ship.Taking the power system design of an FPSO as an example，the article verifies the accuracy of the selected cable，from the aspects of current carrying capacity，voltage drop and short-circuits.

FPSO； power system； cable； voltage drop

U661.1

A

10.14141/j.31-1981.2016.04.005

李静（1984—），女，助理工程师，研究方向：船舶与海洋工程电气专业设计。