大型滚装船电装设计若干问题解析

董小云，陈 峰，何建军

（招商局工业集团南京金陵船厂有限公司技术中心，南京 210015）

0 引言

某大型滚装船总长237.4 m，型宽33 m，航速21 kn，拥有6 700 m车道承载能力和450辆拖车空间。

本船艏侧推使用中压电力系统，本文针对中压电缆敷设相关规定和要求，对中压电缆敷设和安装进行研究和探索，详细介绍中压电缆敷设方法。

本船规格书中要求所有电缆的水密/防火电缆贯穿件均为模块式电缆密封装置，但是本船配置设备多，全船电缆数量超过12 000根，且甲板及舱室较多，造成电缆密封装置使用数量巨大。本文详细介绍了模块式电缆密封装置开孔安装及注意事项，并分析了典型问题的产生原因。

1 中压电缆敷设要求

交流中压电力系统一般是指额定电压（相间电压）大于1 kV，但小于10 kV的交流电力系统。中压电力系统使用可以减小负载设备的尺寸以及减小船厂电缆使用的截面积，利于电缆通道的设计以及电缆敷设。本船艏侧推装置中压电力系统采用三相50 Hz，6 600 V，对侧推变压器和艏侧推装置供电，并通过侧推变压器（2 900 kV A，400/6 600 V）向主配电板供电。中压电力系统采用了 CJPF86/SC 8.7/15 kV船用中压电力电缆，最大外径为71 mm。

根据英国劳氏船级社（LR）规范和产品资料要求，中压电缆敷设时注意事项如下：

1）高电压电缆不应穿过居住处所在露天走线。

2）高电压电缆应尽实际可行远离工作在较低电压的电缆。电缆之间的净空间距离应满足表1的要求[1]。

表1 电缆之间的净空间距离

3）中压电缆与其他电缆间隔敷设要求，中压电缆不能与电压小于 1 kV的电缆敷设在同一铁条或托架上，中压电缆和其他电缆在空间上的间隔距离需保持在100 mm以上；中压电缆需与信号电缆分开敷设，对于4 mA～20 mA的模拟信号电缆，因其最易受中压电缆周围磁场的影响产生电磁干扰，敷设时应保证与中压电缆的距离大于 500 mm，若信号电缆与高压电缆距离很近又无法避免时，应穿管敷设[2]。

4）由于中压电缆电压等级较高，容易产生危险，所以外护套一般选择使用红色。为保证安全，在人员容易接触到或容易受机械损伤的中压电缆区域，在此区域的中压电缆托架上增加金属挡板加以保护。并在金属挡板或托架旁板上标示“高压危险”警示铭牌，建议每个舱室或每隔20 m设置一块。样式见图1。

5）中压电缆的弯曲半径通常参照厂家标准执行。中压电缆的绝缘材料、结构等相关IEC标准要求更高，电缆直径值更大，柔软性相对不足，因此在敷设的时候必须留有足够的弯曲半径，否则会损伤到电缆内部绝缘和护套，影响电缆性能，甚至危及人身安全。

图1 警告铭牌

虽然厂家资料通常要求弯曲半径为9倍电缆直径，但在实际敷设过程中，弯曲半径需达12倍，以防电缆外护套褶皱，亦便于施工人员拉敷电缆。本船为防上述问题尽量减少电缆拐弯，另外选用双层托架使电缆托架占用平面空间减小，电缆单层敷设且留有一定间隙避免电缆的挤压；当电缆交叉时，为防止电缆磨损，船厂一般会在交叉处的托架旁板上包覆橡皮条，但船舶一般都是航行在高湿、高盐的环境中，橡皮条易老化的问题就会凸显，所以在托架旁板上安装边拖板，单拖板需比电缆托架高出4 mm，具体形式见图2，边托板坚固，螺栓安装方便。

图2 电缆边拖板节点图

6）中压电缆在施工过程中，应使用三防布对电缆托架进行包裹，防止电缆在拉拽的过程中擦伤电缆外护套。并使用塑料电缆封帽对电缆端部进线保护性处理，防止水汽侵蚀，对电缆性能造成影响。

7）船上所敷设电缆必须留有余量以适应电缆本身和船体的伸缩性能，包括中压电缆。通常每10 m电缆应留有±10 mm的伸缩余量，伸缩余量电缆弯曲半径需为电缆直径的12倍及以上。

2 电缆密封装置的开孔及安装检验

模块式电缆密封装置英文名称为Multi-Cable-Transit（以下简称：MCT）。常用的是瑞典Roxtec公司的产品（以下简称：ROX）。它是由框架、模块、压紧装置、隔层板及附件组合而成的电缆密封装置，通过模块压紧电缆的方式达到密封效果。其优点是不需要凝固时间，有非常好的水密性和气密性。可以通过剥离备用模块的芯层，方便地增加电缆，施工简便，使用寿命长[3]。

由于滚装船对船体承重结构强度要求很高，普通的电缆贯穿件使用椭圆形的形式，此种形式的贯穿件开孔不会对结构强度造成很大破坏。但是，模块式电缆密封装置厂家提供的 ROX方形围板分为2种型号：S型框架和SRC型框架。

S型框架的内倒角为直角，SRC型框架的内倒角有半径为20 mm和40 mm的圆角2种，对应SRC r20和SRC r40这2个标准型号，圆角的设计可减少应力集中，避免框架破裂，所以国内大部分船厂使用的是 SRC型号的框架（见图 3）。但是对于SRC型框架而言，圆角半径减少了实际的密封空间。以2X1型框架为例，经计算SRC r20的密封空间为S型框架的88.8%，SRC r40的密封空间为S型框架的66.6%。

图3 其他船厂使用的SRC型号的框架

经过查阅规范资料并与LR协商，最终采取如下可行方案：使用S型框架的情况下，为保证结构强度及避免框架破裂，在框架开孔的四角处增加图4形式的止裂孔，这样既能满足船级社要求也能满足最大密封空间的需求。

图4 优化后的电缆密封装置开孔节点图

为防止ROX框架因焊接产生过量热导致变形，从而影响产品的密性，框架的安装孔与框架边之间的间隙不能超过2 mm。对于材质为不锈钢316L的框架与高强钢的焊接，应采用异种焊材，焊条为E309LMo-16，焊丝为 E309LMoT1-1。尽量控制层间温度，考虑到精度要求比较高，建议层间温度控制在60℃以下。为避免手工开孔产生误差，框架的安装孔最好通过数切开孔的形式实现。

确定框架的样式后，需计算穿过框架的电缆根数、电缆外径尺寸，来对框架进行选型。可以使用电缆密封装置厂家的计算软件来计算框架大小和模块数量及规格。但是在生产设计时最少需保留30%左右的电缆备用余量。如果穿过框架的电缆两端使用电缆托架支撑及固定电缆，为保证电缆可以垂直的穿入模块式电缆密封装置，则框架的选型还需要与框架两端电缆托架宽度匹配，即电缆托架的宽度与框架的内部宽度尽量靠近，例如电缆托架的宽度是单层200 mm，就可以选用宽度为240 mm的2X2型号的框架。可以根据图5来确定框架选型。

在滚装船的露天及部分易积水区域，如系泊区域，外板有大开口的货舱区域。因船级社认证的密性测试方法是基于液态静压（hydraulic test）承受载荷，且具有一定的时间限定，1 h内，前30 min不允许出现漏水情况，后30 min渗漏情况不得超过1 L。所以船厂为避免长时间的积水影响电缆密封装置的性能，对电缆密封装置做了加高，总高度为250 mm，其中甲板面以上留 200 mm。具体形式见图 6。

图5 ROX-S型框架密封空间尺寸图（单位：mm）

图6 电缆密封装置加高节点图

当电缆密封装置安装完毕后，船东会要求对隔堵情况进行密性检验。检验方法一般有2种：

1）水压试验。压力达到 0.15 MPa。压力表慢慢从0.01 MPa～0.15 MPa加压，此过程持续时间约5 min左右，喷头从左右2个方向距离300 mm进行喷淋。甲板下没有出现渗水漏水现象。

2）气密试验。压力达到 0.15 MPa。在一侧均匀涂抹肥皂水；另一侧用压缩空气距离300 mm进行吹气，压力表慢慢从0.01 MPa～0.15 MPa加压，此过程持续时间约5 min左右。涂肥皂水一侧未出现明显的冒气泡现象。

因大量电缆密封装置在设备内部，所以船厂一般会选择气密试验的方式。

3 结论

滚装船是特种大型高附加值船型，本文在大型滚装船电气生产设计方面介绍了2个常见问题的注意事项。有针对性地对中压电缆敷设的特点及难点提出注意事项及解决方案，保证现场施工的顺利进行。对模块式电缆密封装置的选型进行优化，提高产品的使用率。在降本增效的大环境下，为船厂节省大量人力物力，也希望能对其他相似船型的电气生产设计起到参考借鉴作用。