侯蕾
天津德赛海洋船舶工程技术有限公司 天津市 300450
摘要：现代舰船电气设备使用范围越来越大，电气设备精密度也越来越高，对于舰船电气系统的整体稳定性也有了更高的要求。电气设计中的电缆犹如船舶的血管，它能将源源不断的电能输送到舰船的每一个角落，因此电缆设计工作显得尤为重要。本文将详细探讨船舶电气设计中的电缆设计，以期为相关工作人员带来一定的启发。
关键词：船舶；电气设计；电缆设计
前言
电线电缆作为国民经济中最大的配套行业之一，是各产业的基础，其产品广泛应用于电力、建筑、民用、通信、船舶、军工、航空以及石油化工等领域。电线电缆与国民经济发展密切相关，被喻为国民经济的“血管”与“神经”，是输送电能、传递信息和制造各种电机、仪器仪表，实现电磁能量转换所不可缺少的基础器材，是未来电气化、信息化社会中必要的基础产品。
对于电缆设计的过程控制，通过对CAD、AM12、EXCEL 软件的充分研究，对电缆册设计需要的各种关键信息进行采集处理，有效控制电缆册设计过程中由于外界因素影响返工修改造成的不确定错误，大幅缩短了电缆设计的时间，提高了工作效率和设计准确率。此方法已经在多型大型船舶上应用和实践，取得了良好的效果。
1电缆设计的基本概述
在任何行业，想将一个系统工程做好，达到预期结果，过程控制都不可或缺，船舶电气的电缆设计也一样。电缆设计的主要基础元素是设备、节点和电缆，这三个元素中自带很多信息，任何一个信息的变化都会引起电缆册的变化，所以，要想做好电缆设计的过程控制，必须研究清楚电缆设计的主要问题点及其解决办法。
2电缆册的主要构成
不同的船厂编制电缆册时，由于不同的设计习惯和施工惯例，其中包含的内容不尽相同，但有部分主要信息是所有电缆册中必须包含的，例如，电缆代号、电缆型号规格、起始设备描述、起始设备区域、终止设备描述、终止设备区域、电缆路径和电缆总长。典型的EXCEL表格电缆册主要信息如表1所示。
在电缆册信息中，对于电缆代号、电缆型号规格、起始设备、终止设备的信息，可以通过对基于CAD的详细设计图纸进行属性化处理，将详细设计数据完整转化为生产设计数据，核查并最终消除错误，保证所有电缆基本信息一致。但对于电缆路径和总长的核查，还需要另辟蹊径加以解决。
表1典型EXCEL电缆册主要信息
3电缆路径设计
3.1影响电缆路径和长度的因素
（1）设备移位
当发生设备移位时，假如设备位置有较大的变化，影响电缆路径的，需要在设备移位结束后将设备重新挂节点，然后删除原有的设备节点信息，重新添加设备到新节点的长度信息；假如设备位置变化较小，电缆路径不需调整，设备到节点的长度信息也需要调整，以上2种情况都会造成电缆总长度的变化。
（2）节点移位
当发生节点移位时，该节点到与之相关的设备和节点间的长度也会发生变化，进而会影响电缆总长度。
（3）节点修改
不论是添加节点还是删除节点，该节点到与之相关的设备和节点间的长度都会发生变化，进而会影响电缆总长度。
（4）节点输入错误
当生产设计人员手动添加节点到原路径中时，可能出现节点添加的插入点错误，或者添加的节点编号错误的情况。
（5）电缆总长输入错误
当生产设计人员进行了设备、节点相关的修改之后，最后需要对电缆总长进行修改，但是在这个过程中由于人为因素，经常会出现最后电缆总长忘记修改，或修改时输入错误值的情况。
3.2电缆路径设计的具体方法
经过对影响电缆路径和长度因素的各种情况分析可以看出，最终影响电缆路径和长度的几个参数是：设备到节点的连接关系，设备到节点的长度信息，节点间的连接关系，节点间的长度信息，电缆总长信息。
获得这些信息并利用这些信息对电缆路径和长度进行核对，需通过对三维建模软件AM12的深入研究，可以设法将设备到节点的连接关系及长度，节点间的连接关系及长度从AM12模型中提取出来，同时通过对EXCEL电缆册中电缆路径进行拆解分析处理，这样就能判断出电缆路径中是否存在错误，同时按照正确的路径重新核算一遍电缆长度。
（1）提取设备到节点的连接关系及长度
在利用AM12软件进行生产设计设备建模过程中，生产设计人员会将每个设备电缆出线的各种可能通过连接附近的节点体现出来，在进行设备节点连接时，设备到节点的关联信息存储在AM12数据库中，与此同时，对应这些设备节点连接关系，设计人员根据不同设备实际情况，将设备到节点的理论间距也填写进数据库。数据的命名规则为：/EN_设备代号_节点代号。可以从AM12中提取这些信息，存储到EXCEL表中。
（2）提取节点间的连接关系及长度
与设备到节点的连接关系和长度类似，节点到节点也有一个连接关系，在各个区域生产设计人员完成节点连接之后，这些节点连接关系都存储在AM12数据库中。与设备到节点连接的长度由设计人员输入不同，节点之间的连接是AM12模型中实际存在的与真实路径完全一致的连接关系，节点之间的间距可以直接通过三维空间内X、Y、Z的绝对值求和获得，通过提取每两个节点间的连接关系，以及两个节点的X、Y、Z坐标值，这样就可以通过计算获得节点间的距离。
（3）路径长度的分解
电缆路径长度分解开来包括：起始设备到第一个节点的连接关系以及对应的长度，每两个中间节点间的连接关系以及对应的长度，终止设备到最后一个节点的连接关系以及对应的长度。利用已经获得的基础数据，用VBA编写代码可以将每一根电缆的路径分解并调用基础数据进行处理。
在路径的每一个环节都无误的情况下，在计算结果处显示OK，否则显示ERROR的同时在对应的错误列显示具体错误环节，设计人员根据提示处理完错误项，就可以保证电缆册在修改过程中的完全准确性，避免人为遗漏修改内容。
4船舶电气电缆敷设设计
随着计算机技术的迅猛发展，计算机辅助造船技术已广泛渗透入造船行业，即数字化造船。运用现代化的计算机辅助造船技术，实现“数字化造船”是现代造船业的发展方向。在设计阶段，考虑电气设备的电磁兼容性和电缆敷设的基本要求，缩短工期的同时可提高指导实际生产的可靠性。
4.1船舶电气系统电磁兼容要求
电磁兼容性（ElectromagneticCompatibility－EMC）是指在有限的空间、时间和频谱范围内各种电气设备能一起实现各自功能而不引起性能下降的共存状态。它包括两层含义：一是各电气设备在复杂的电磁环境中能正常工作，具有可靠的抗干扰能力；二是电气设备自身产生的电磁噪声不对周围电磁环境造成严重污染和影响其他设备正常工作。
数字化造船，在狭小的空间内，对于大量的电子设备产生的电磁环境，必须加强电气设备的电磁干扰的抑制，保证各电子设备能正常工作。因此，当今船舶电缆的布置，对于设备间信号传输及船舶电网的电磁兼容性要求已经被推到了前所未有的重要位置。
4.2船舶电缆敷设要求
在船舶中的各种设备，由于信号输入环节到接受环节的距离较长，如船舶主机遥控系统，输入环节在驾驶室，而接收电路在机舱，之间传输线较长，因而电磁场的耦合干扰也较大。为满足船舶电气系统电磁兼容要求，使整个电气系统始终工作在安全稳定状态，可采用屏蔽电缆，避免信号在传输过程中，干扰信号影响到控制设备，这是最基本也是最重要的防护措施。然而，当电缆中传输信号工作频率较高输出功率较大时，电缆屏蔽层甚至双屏蔽层也无法较为理想的杜绝传输信号产生的电磁干扰对其他设备或者线路的影响。电缆实际敷设时还需要针对传输信号的种类，对不同类型的电缆进行分类敷设。
需要分类敷设的电缆一般有下列5种：（1）电力电缆用于传输电源供应等电力信号；（2）信号电缆用于传输各种控制回路的开关信号或进行串并口数据通信等；（3）弱干扰电缆用于传输功率较小的高频信号等；（4）强干扰电缆用于传输大功率高频率信号，一般为大功率通信天线，为强干扰源；（5）敏感电缆用于传输信号源较弱需要严格控制噪声的信号，如声呐信号等。
一般而言，电力电缆通道与信号电缆通道之间间隔50mm以上，弱干扰电缆与其他类别电缆间隔300mm以上，强干扰电缆和敏感电缆与其他类别电缆间隔400mm以上，以使不同信号之间的干扰衰减到可以接受的范围之内。除此以外，电缆敷设还有一些基本的要求，如：电缆敷设线路应尽可能平直并且易于检修；应尽量避免在易受到机械损伤的场所敷设电缆；电缆应尽量远离热源敷设，电缆离蒸汽管、排气管及其法兰、电阻器、锅炉等热源的空间距离应不小于100mm等等。诸多要求的目的只有一个，就是防止由电缆不当使用造成故障或事故，保证整个电气系统的稳定性。而满足这些要求的手段，就是约束电缆通道的走向，在设计过程中则表现为确定每一段电缆通道及其每一个拐点的具体坐标。
5船舶电气电缆设计的组织及管理
5.1统筹规划电缆路径
一般舰船都设计了电缆专用通道，但电缆专用通道空间有限，只能容下一小部分电缆，大量的电缆还必须走在外部，如人员通道顶部、舱室顶部等等。因此，在设计阶段，要开展船体、管系、风道、电气等专业的综合设计，根据结构、管路、风道等位置，统筹规划人员通道和舱室顶部的电缆路径。一般在规划电缆路径时要注意以下几点：一是路径上的空间要大，便于电缆敷设施工；二是路径上的电缆必须和管路、风道有较好的统一，不能相互干涉阻挡；三是选取的路径尽可能地平直，便于电缆敷设。
5.2合理开展电缆放样
确定了电缆专用通道和电缆路径后，要高效合理利用这些空间。在生产设计阶段，合理规划电缆路径，一般应根据电缆根数、敷设位置及规格型号，科学合理开展电缆放样，既要尽量避免电缆走弯路，又要避免某一路径上的电缆过多或过少，引起整体不美观或占据率超标。
5.3加强过程控制
（1）明确三维设计软件，并充分考虑二维设计出图与三维建模检查相结合的设计推进。以二维图为指导基础，组织人力进行本专业的三维建模，并以建模及布置过程中的干涉检查、空间优化来作为二维图的补充和验证，以保证二维输出图（CAD版）的信息相对准确。（2）尽量选用必要的图档管理软件，并以其作为管理载体，实现对本项目整个详细设计工作的监控、管理，并严格执行通过CheckList来实现图纸的自查、校审、标检等工作。（3）在进行相应的详细设计修改时，必须明确修改原因。特别是考虑来自业主方的修改意见时，如与商务合同及全船技术规格书有出入，须充分考虑向业主方提交设计变更单的签署。（5）在推进内装详细设计工作时，重点要考虑对其他各专业的连锁影响，特别是本专业产生设计修改后可能影响到其他专业的连带修改，因此专业间的内部联系单不可缺少。
6结束语
综上所述，传统设计手段已经难以满足复杂电气环境下的船舶电缆布置设计的要求，采用三维建模软件AM12，通过在AM12数据库中建立工作表，可以有效解决电缆路径设计的相关问题，规避相关因素的影响，另外，严格执行电缆敷设要求，通过设计指导施工，减少和消除舰上电磁干扰，实现系统的电磁兼容，提高其抗干扰能力，最终达到合理布置和敷设电缆的目的。
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论文作者:侯蕾
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/15
标签：电缆论文; 节点论文; 设备论文; 路径论文; 长度论文; 船舶论文; 信息论文; 《防护工程》2018年第13期论文;