船舶照明系統圖支路功率計算自動化

劉進軍，武啟遷

(常石(上海)船舶設計有限公司，上海 200001)

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船舶照明系統圖支路功率計算自動化

劉進軍，武啟遷

(常石(上海)船舶設計有限公司，上海 200001)

摘要：在制作船舶照明系統圖時，需要根據規范要求給照明支路設置合適的斷路器，以便在過流和檢修等情況下切斷電源，保護電路或確保操作安全。針對支路上各燈具或其他用電負荷的視在功率要通過計算確保低于斷路器的容量值要求,提出了一種用程序實現支路所有用電設備總功率和接入點個數自動計算從而快速判定支路設計合理性的新方法。通過實船測算，這種計算方法節省了系統圖作圖和檢查時間，提高了作業效率和計算結果的可靠性。

關鍵詞：船舶；照明系統圖；斷路器；視在功率

0引言

對于船舶設計而言，各型燈具、插座、開關、電纜、斷路器、電源等構成的照明系統設計是其中重要的一部分工作，該系統能確保船上各處常規和應急照明的需要。船上的燈有熒光燈、水銀燈、白熾燈等多種類型，數量眾多，視在功率(單位為伏安/A)和性能各不相同。從成本、安全性等方面綜合考量，將一組組燈具分別接到分電板上，每組燈具以串聯或串并聯混合方式尾端通過1個斷路器(MCCB)接入分電板，之后分電板接入低壓配電板或者應急配電板上去。

各船級社規范對各支路斷路器規格和照明點數量做出了相關的要求，其中NK(日本船級社)規范要求電壓為131～250 V，額定電流15 A或以下的終端支路給電的燈點數量不超過24個[1]。

例如8.2萬t散貨船照明電路采用的是220 V交流電源，按照上述要求可將斷路器分斷值設定為10 A，從而照明點數量最多為24個，則支路功率最大值為2 200 VA，故支路上各用電設備的功率之和最大不超過2 200 VA。

當前都是手動計算照明系統各分電路的功率，進而根據斷路器斷路設定值和短路電流值判斷支路方案的可行性。這樣做耗費的時間較多，容易出錯。本文以NK規范繪制的照明系統圖為例介紹了通過程序實現支路視在功率和自動計算，從而快速判斷配置方案是否滿足支路伏安數要求的新方法。

1支路功率計算方法現狀

實際上，船上各個區域的燈具和家用電氣設備的布置要根據規范照度要求、船東要求、船員實際日常生活需要以及船廠標準綜合確認。具體來講，構建的系統中除了各型燈具外，還有一些吸塵器、電視機、冰箱等家用電氣設備，這些設備的功率和數量必須在支路總功率和設備總數量中統籌考慮。部分燈具功率表見表1，部分設備功率表見表2。

表1　部分燈具功率表

燈具和設備劃歸到哪個支路要綜合考慮一組方案設備的連接走線距離(計算電纜成本等)、施工的便利性、燈具的數量、設備總的用電負荷即總功率值等因素。最初根據粗略估計(包括走線計劃)做出方案，之后計算這些設備的數量尤其是功率是否符合要求。

現在總功率的計算以及電氣品數量的統計一般通過手工計算以及人工數數方式完成，同一條支路可能需要若干次的調整并計算之后才能最終找到合理方案。另外，各類中大型船舶的支路有幾十條甚至上百條，尤其對于一艘新開發的船舶，這種計算的工作量很大，且容易因人為原因產生某些計算失誤。

表2　部分電氣設備功率表

2自動化計算方法探索

如上所述，支路設備功率計算和數量統計是設計中2個繁瑣且容易出錯的問題。對于數量統計當前尚可通過充分利用AutoCAD現有的模塊統計功能并輔以必要手段實現數量的快速統計[2]，而照明支路的容量往往需要多次計算、調整并確認是否合規，當前的計算方法效率低且容易出錯。針對此問題，提出一種快速調整和確認支路功率值的簡便方法。首先在AutoCAD圖面上選定該支路計劃接入的全部用電設備，功率總和可以自動計算并顯示出來；其次通過和斷路器容量值比較，就可以快速判定方案的可行性，便于調整且快速找到一個支路的合適的用電設備組合，這樣一組一組選定即可完成整船的照明系統設計。各支路的功率值即伏安數為了之后工作的確認方便，在系統圖上可將其自動寫到各支路斷路器附近。

程序設計思路：

將各種類型和型號的燈具、插座、電視機、冰箱、飲水機、排氣扇等設計成模塊。模塊屬性包含對應的功率。插座要考慮其他用途，有哪些用電設備可能會使用在這里，找到功率最大的設備，并將其設置為模塊的功率參數。

部分程序如下：

(DEFUN C:VACAL ()

(SETQ N 0)

(SETQ VA_DATA 0)

(SETQ SS (SSGET))

(REPEAT (SSLENGTH SS)

(SETQ EN (SSNAME SS N))

(SETQ EN_DATA (ENTGET EN))

(SETQ EN_TYPE (CDR (ASSOC 0 EN_DATA)))

(IF(= EN_TYPE "INSERT")

(SUB_CALCULATION)

(SETQ N (+ N 1))

(SETQ STR1 (STRCAT (ITOA VA_DATA) "VA" ))

(COMMAND "TEXT" (GETPOINT) 100 0 STR1)

(DEFUN SUB_CALCULATION ()

(SETQ EN_NAME (CDR (ASSOC 2 EN_DATA)))

(COND((= EN_NAME "300W PORTABLE CARGO LT")

(SETQ VA_DATA (+ VA_DATA 300)))

…))

3計算操作方法

照明系統圖居住區應急燈電源圖如圖1所示。將程序加載到AutoCAD中，鍵入自定義命令VACAL, 回車，選定某斷路器連接的所有用電設備，包括燈具、插座、小設備等，點擊圖1(a)斷路器附近電纜線下適當位置(虛框)，即可將計算出的功率值自動寫入，并且燈點的數量也可自動彈出，如圖1(b)、(c)所示，圓圈內為各支路對應的視在功率(VA值)。

4結論

本改進方法可節省設計成本。根據8.2萬t散貨船測算，約可節省照明系統圖設計工時的10%以上。對于其他船級社等規范，雖然可接入燈具的數量和容量可能會有不同，又或者各船廠根據自己的實踐經驗將多支路直接接到分電板，然后通過分電板經斷路器接到上一級配電板上[3]，但是在特定終端支路總容量之下可以稍微調整程序，用同樣的方法快速計算從而判斷支路燈具配置方案的合理性。通過程序方法實現了接入電氣設備總功率寫入的同時燈具數量通過彈窗自動顯示出來的功能，進一步方便了燈點數量合規性的確認。

圖1　照明系統圖居住區應急燈電源

參考文獻：

[1]陳奎英.AutoCAD 塊屬性在船舶照明設計的應用[J].船舶，2011,22(5):71-76.

[2]呂芳.船舶照明系統設計[J].中國科技博覽，2014(28):37-37.

中圖分類號：U665.1

文獻標志碼：A

作者簡介：劉進軍(1980—)，男，碩士，工程師，研究方向為船舶通信導航及電氣系統、人工神經網絡；武啟遷(1988—)，男，助理工程師，研究方向為通信工程。

收稿日期：2015-11-15