船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng)第十二章

1、第十二章 船舶電力系統(tǒng)的組成,第一節(jié) 船舶電力系統(tǒng) 第二節(jié) 船舶電站容量和發(fā)電機(jī)組臺數(shù)的選擇 第三節(jié) 船舶配電裝置 第四節(jié) 船舶電力網(wǎng) 第五節(jié) 船舶電力系統(tǒng)的繼電保護(hù) 第六節(jié) 船舶軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 第七節(jié) 船舶中壓電力系統(tǒng),內(nèi) 容 簡 介,本章主要介紹了船舶電力系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)和基本功能，對配電裝置中的重要設(shè)備和部件（包括配電板，應(yīng)急配電板，蓄電池，充放電板，岸電箱和萬能式自動空氣斷路器）作了詳情的敘述，此外，對船舶軸帶發(fā)電機(jī)主要類型及工作原理作了簡單介紹。,第一節(jié) 船舶電力系統(tǒng),一、船舶電力系統(tǒng)的組成,船舶電源裝置 船舶配電裝置 船舶電力網(wǎng) 負(fù)載 控制電器 電工測量用儀器、儀表,返回,圖12-

2、1 典型船舶電力系統(tǒng)簡圖,圖12-1 典型船舶電力系統(tǒng)簡圖,返回,將機(jī)械能、化學(xué)能等能源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。 船舶電源主要是指發(fā)電機(jī)和蓄電池。,1. 船舶電源裝置,2. 配電裝置,對電源即發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能、電力網(wǎng)和電力負(fù)載進(jìn)行保護(hù)，分配，轉(zhuǎn)換，控制和檢測的裝置。,根據(jù)供電范圍和對象的不同可分為主配電板、應(yīng)急配電板、動力分配電板、照明分配電板和蓄電池充放電板等。,3. 船舶電力網(wǎng),是全船電纜電線的總稱 ，作用是將各種電源與負(fù)載按一定關(guān)系連接起來。根據(jù)其所接負(fù)載的性質(zhì)，可分為動力電網(wǎng)、低壓電網(wǎng)、照明電網(wǎng)、應(yīng)急電網(wǎng)和小應(yīng)急電網(wǎng)等。,車床、鉆床、電焊機(jī)和盤車機(jī)等。, 動力裝置用輔機(jī),滑油泵、海水冷卻泵、

3、淡水泵、鼓風(fēng)機(jī)等。, 甲板機(jī)械,錨機(jī)、絞纜機(jī)、舵機(jī)、起貨機(jī)、舷梯機(jī)和起艇機(jī)等。, 艙室輔機(jī),生活用水泵、消防泵、艙底泵以及為輔鍋爐服務(wù)的輔機(jī)等。, 機(jī)修機(jī)械,4. 負(fù)載 :用電設(shè)備， 按系統(tǒng)可分為以下幾類：, 冷藏通風(fēng),空調(diào)裝置、伙食冷庫等用的輔機(jī)和通風(fēng)機(jī)等。, 廚房設(shè)備,電灶、電烤爐等廚房機(jī)械用輔機(jī)和電茶爐等。, 照明設(shè)備,機(jī)艙照明、住艙照明、甲板照明等照明設(shè)備，還 包括航行燈、信號燈以及電風(fēng)扇等。, 弱電設(shè)備,無線電通信、導(dǎo)航和船內(nèi)通信設(shè)備等。, 自動化設(shè)備及其他,自動化裝置、蓄電池充放電設(shè)備、冷藏集裝箱和艏 側(cè)推裝置、電力推進(jìn)船舶或特種工程船舶使用的推 進(jìn)電動機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械和專用設(shè)備等。,

4、主要有各種類型的控制箱、接觸器、繼電器、各種控 制器和主令電器等。,5. 控制電器,6. 電工測量用儀器、儀表,船舶上常用的電工測量儀表有萬用表、兆歐表、鉗形 電流表、交（直）流電壓表、電流表、功率表、功率 因數(shù)表、頻率表、交流并車屏上的整步表、平時用于 檢修的直流穩(wěn)壓電源和自耦變壓器、示波器等。,幾乎所有大中型船舶均采用交流電力系統(tǒng)。,2. 額定電壓等級,世界各國對電壓等級的選用與本國陸上電制參數(shù)一 致，使船舶電氣設(shè)備具有通用性。,二、船舶電力系統(tǒng)的基本參數(shù),1. 電流種類(電制),我國鋼質(zhì)海船入級規(guī)范規(guī)定：非電力推進(jìn)船舶的 限制電壓為500 V，動力負(fù)載、具有固定敷設(shè)電纜的電 熱裝置等的額

5、定電壓為380 V，照明、生活居室的電熱 器限制電壓為250 V，額定電壓為220 V。,3. 額定頻率等級,我國采用50Hz，西歐各國、美國采用60Hz的頻率標(biāo)準(zhǔn)。,三、船舶電力系統(tǒng)的特點(diǎn)（與陸電相比）,（1）工作條件比較復(fù)雜，工作環(huán)境比較惡劣,（2）與用電設(shè)備之間的距離很短，相互影響大,（3）船舶電站容量相對較小。,第二節(jié) 船舶電站容量和發(fā)電機(jī)組臺數(shù)的選擇,一、確定電站容量和發(fā)電機(jī)臺數(shù)的基本原則,（5）應(yīng)急工況,貨輪和油輪的典型運(yùn)行工況大致劃分如下：,（1）航行工況,（2）進(jìn)出港工況,（3）裝卸貨工況,（4）停泊工況,1. 船舶的運(yùn)行工況,返回,2. 確定電站容量的基本原則,電站容量應(yīng)能滿

6、足船舶在各種運(yùn)行況下的用電量，并有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，確保連續(xù)可靠的供電。但從經(jīng)濟(jì)性考慮，冗余功率又不能太大。,3. 發(fā)電機(jī)組容量和數(shù)量的選擇原則,發(fā)電機(jī)組的總?cè)萘繘Q定于電站的總?cè)萘浚l(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量和機(jī)組數(shù)量由以下幾個基本原則確定： 單機(jī)組容量 船舶電站必須有備用機(jī)組 各機(jī)組的使用壽命應(yīng)與主機(jī)壽命相當(dāng) 維修管理方便,二、 應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量的確定,一般規(guī)范都規(guī)定客船和500總噸以上的貨船應(yīng)設(shè)有獨(dú)立的應(yīng)急電源。它可以是發(fā)電機(jī)，也可以是蓄電池組。作為應(yīng)急電源使用的發(fā)電機(jī)稱為應(yīng)急發(fā)電機(jī)。,1目的和原則,一般應(yīng)急發(fā)電機(jī)需對舵機(jī)之類較大的電動機(jī)負(fù)載供電,確定應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量通?；谙率鲈O(shè)備所需的電功率，即：航行

7、燈、信號燈、應(yīng)急照明設(shè)備、應(yīng)急報警和信號裝置、火災(zāi)探測和報警裝置及防火門的固定和釋放系統(tǒng)；在緊急狀態(tài)下所需要的船內(nèi)通信設(shè)備、應(yīng)急消防泵、自動噴水泵、應(yīng)急艙底泵及其電動遙控設(shè)備、應(yīng)急時使用的舵機(jī)、動力操作水密門及其指示器、報警器以及其他需要應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電的用電設(shè)備 。,2容量確定,三、電站容量的計算,電站容量的計算方法有許多種，海上運(yùn)輸船舶一般都采用三類負(fù)荷法。三類負(fù)荷法是一種在電力設(shè)備具有較充分的數(shù)據(jù)前提下進(jìn)行全船電力負(fù)荷計算的方法。,1負(fù)荷分類,在計算全船電力負(fù)荷時，可將負(fù)荷按使用情況分為以下三類：,（1）第類負(fù)荷：連續(xù)使用的負(fù)荷；,（2）第類負(fù)荷：短時或重復(fù)短時使用的負(fù)荷；,（3）第類負(fù)荷

8、：偶爾短時使用的負(fù)荷以及按操作規(guī)程 可以在電站尖峰負(fù)荷時間以外使用的負(fù)荷。,三類負(fù)荷的分法與船舶運(yùn)行工況有關(guān)，如在航行工況中 連續(xù)使用的負(fù)荷屬于第類負(fù)荷；使用若干小時，停止 使用若干小時的負(fù)荷屬于第類負(fù)荷。在靠離碼頭工況 中，雖然起錨機(jī)的工作時間較短，但在此工況中，它一 直使用，因此也算做第類負(fù)荷。 ,表12-1 萬噸級柴油機(jī)遠(yuǎn)洋船舶的電氣設(shè)備負(fù)荷分類,表12-1 萬噸級柴油機(jī)遠(yuǎn)洋船舶的電氣設(shè)備負(fù)荷分類,返回,2電動機(jī)負(fù)荷系數(shù)的計算,（1）電動機(jī)利用系數(shù)1,P 1 ：電動機(jī)額定功率； P 2 ：電動機(jī)軸上拖動的機(jī)械設(shè)備的額定功率 。,通常電動機(jī)的額定功率應(yīng)略大于機(jī)械設(shè)備的額定功率,（2）機(jī)械負(fù)

9、荷系數(shù)K2,P3: 電機(jī)拖動的機(jī)械設(shè)備的實(shí)際使用功率,（3）電動機(jī)負(fù)荷系數(shù)K3,（4）電動機(jī)以額定功率運(yùn)行時從電網(wǎng)吸收的功率 P4,e: 電動機(jī)在額定功率時的效率,（5）電動機(jī)實(shí)際消耗的功率P5,為電動機(jī)相當(dāng)于功率P2時的效率,（6）無功功率Q5,為電動機(jī)的功率因數(shù)角。,3系數(shù)的確定,（1）負(fù)荷系數(shù)的確定,一般機(jī)械的軸功率可由產(chǎn)品樣本查得，機(jī)械負(fù)荷系數(shù)可根據(jù)輪機(jī)專業(yè)或舾裝專業(yè)提供的設(shè)備實(shí)際使用數(shù)據(jù)來確定。,（2）同時系數(shù)的確定,對第類負(fù)荷來說，考慮到各輔機(jī)和用電設(shè)備最大負(fù)荷的不同時性，同時系數(shù)選0.80.9,對第類負(fù)荷來說，可按該負(fù)荷平均使用時間與工作周期之比來估算：,4負(fù)荷表的編制,（1）根

10、據(jù)輪機(jī)、舾裝等專業(yè)提供的數(shù)據(jù)選擇電動機(jī)和電氣設(shè) 備，并計算各電動機(jī)和電氣設(shè)備的額定所需功率；,（2）根據(jù)船舶類型選擇所需計算工況，確定各工況下所需使 用的電動機(jī)、電氣設(shè)備和使用情況，并進(jìn)行分類；,（3）確定負(fù)荷系數(shù)，并計算各用電設(shè)備的實(shí)際使用功率；,（4）計算每一工況下各類負(fù)荷的總功率，按其同時系數(shù)計算 總負(fù)荷。在交流電制中，還需要計算無功功率和平均功 率因數(shù)；,（5）考慮5%的網(wǎng)絡(luò)損耗，得出發(fā)電站的功率；,（6）根據(jù)上述計算，選擇發(fā)電機(jī)組，并核算各工況下發(fā)電機(jī) 的負(fù)荷百分率，一般來說發(fā)電機(jī)應(yīng)有1020%的儲備功 率。,第三節(jié) 船舶配電裝置,主要功能：,（1）正常運(yùn)行時，手動或自動接通或切斷電

11、源至用電設(shè)備間的 供電網(wǎng)絡(luò)，對電網(wǎng)供電或停止供電。,（2）測量和監(jiān)視電力系統(tǒng)的各種電氣參數(shù)（電壓、頻率、電流、 功率、功率因數(shù)、絕緣電阻等）。,（3）調(diào)整電力系統(tǒng)的各電氣參數(shù)值（例如電壓、頻率的調(diào)整）。,返回,（4）當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或不能正常運(yùn)行時，保護(hù)電路將 自動地切斷故障電路或發(fā)出報警信號。,（5）對電路狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)以及偏離正常的工作狀態(tài)進(jìn)行 信號顯示。,一、 主配電板,圖12-4 某輪主配電板的板面布置圖,控制屏內(nèi)還裝有逆功率繼電器和儀用互感器等。,1. 發(fā)電機(jī)控制屏,用來控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視和保護(hù)發(fā)電機(jī)組。每臺發(fā)電機(jī)組均配有單獨(dú)的控制屏。,其上部分裝有測量儀表、轉(zhuǎn)換開關(guān)、指示燈、主要電

12、源開關(guān)、原動機(jī)的調(diào)速開關(guān)和按鈕等 ；,下部一般安裝有發(fā)電機(jī)主開關(guān)，有的船舶也裝有發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置。,負(fù)載屏上裝有裝置式空氣開關(guān)、電壓表、電流表、轉(zhuǎn)換開關(guān)、絕緣指示燈、兆歐表以及與岸電箱相連的岸電開關(guān)（如圖12-5 ）等。,2. 并車屏,并車屏用于交流發(fā)電機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行、解列等操作。主要由頻率表（電網(wǎng)和待并機(jī)）、同步表與同步指示燈及其轉(zhuǎn)換開關(guān)、調(diào)速開關(guān)、合（分）閘按鈕、投切順序選擇和轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成。,3.負(fù)載屏,負(fù)載屏的主要功能是對各饋電線路進(jìn)行控制、監(jiān)視和保護(hù)，通過裝在負(fù)載屏上的饋電開關(guān)將電能供給船上各用電設(shè)備或分配電板。它包括動力負(fù)載屏和照明負(fù)載屏。,圖12-5 岸電主開關(guān)連接圖,返回,4

13、. 匯流排,交流匯流排按從上到下(垂直排列)，從左到右，從前到后(水平布置)的順序依次為A相、B相、C相（或U相、V相、W相）。匯流排的顏色依次為綠色、黃色、褐色或紫色，中線為淺藍(lán)色 (若有接地線則接地線為黃綠相間顏色)。,直流匯流排按從上到下(垂直排列)，從左到右，從前到后(水平布置)的順序依次為正極、中線、負(fù)極。其正極顏色為紅色，負(fù)極為藍(lán)色，中線為綠色和黃色相間色。,二、 分配電板,分配電板是向成組用電設(shè)備進(jìn)行供電的開關(guān)和控制設(shè)備的組合裝置。對額定電流不超過16A的電氣設(shè)備進(jìn)行供電的開關(guān)板，也稱為分電箱，主要有動力分配電板和照明分配電板兩種。,區(qū)域分配電板由主配電板或應(yīng)急配電板饋電，是對耗

14、電大于16A的電器設(shè)備進(jìn)行供電的開關(guān)板。,三、 應(yīng)急配電板,應(yīng)急配電板的功能是控制和監(jiān)視應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的工作狀況，并向應(yīng)急用電設(shè)備供電。它與應(yīng)急發(fā)電機(jī)組安裝在同一艙室內(nèi)，一般位于艇甲板上。應(yīng)急配電板由應(yīng)急發(fā)電機(jī)控制屏和應(yīng)急配電屏組成，其上面安裝的儀器儀表與主配電板類似，只是應(yīng)急發(fā)電機(jī)不需要并聯(lián)運(yùn)行而無需逆功率繼電器和同步表。,應(yīng)急發(fā)電機(jī)組均有自動起動裝置，當(dāng)主電網(wǎng)斷電并延時確認(rèn)后，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組一般在45s內(nèi)可以自動起動成功并向應(yīng)急電網(wǎng)供電，而主電源恢復(fù)供電后，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組便自動脫離并自動停車。,應(yīng)急配電板的接線應(yīng)該反映出主發(fā)電機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)和岸電開關(guān)之間的電氣聯(lián)鎖。防止非同期合閘（在幾個電源之間

15、）。,圖12-6 船舶主電網(wǎng)與應(yīng)急電網(wǎng)間單 線原理簡圖,四、 充放電板,船舶小應(yīng)急照明，操縱儀器和無線電設(shè)備的電源均采用蓄電池，船舶設(shè)置充放電板對蓄電池進(jìn)行充電、放電，實(shí)現(xiàn)向用電設(shè)備正常供電。常用充放電板的原理接線如圖12-7 ，主要有以下兩部分組成：,1.電源部分,目前交流船舶大都采用可控整流裝置把交流電變?yōu)橹绷麟?。圖12-7中HZ1為整流電源開關(guān)，HZ2為整流后的總電源開關(guān)，電源回路中設(shè)置有熔斷器、電壓表和電流表。,2.充放電回路,在每一個充電回路應(yīng)設(shè)有防止逆流的逆電流繼電器或二極管，由圖12-7可見，當(dāng)主應(yīng)急電網(wǎng)都失電時，接觸器ZC1線圈失電，常閉觸頭閉合，直接向小應(yīng)急用電設(shè)備供電，其余

16、用電設(shè)備分別利用開關(guān)送電。,圖12-7 用整流器充電的充放電板原理圖,返回,五、蓄電池,船上使用的應(yīng)急蓄電池有酸性（鉛）蓄電池和堿性（鐵鎳、鉻鎳）蓄電池兩種。船上一般采用酸性蓄電池為多，主要是因?yàn)槠渚哂畜w積小，價格便宜，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。,蓄電池主要有如下用途：, 作為小應(yīng)急電源（應(yīng)急照明、航行燈）及內(nèi)部通訊電源； 作為機(jī)艙巡回監(jiān)視系統(tǒng)的備用控制電源； 作為應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的起動電源； 作為救生艇柴油機(jī)的起動電源； 作為無線電收發(fā)報機(jī)的電源。,圖12-8 酸性蓄電池結(jié)構(gòu)圖,1-電極樁頭；2-透氣塞；3-連接條；4-容器,1酸性蓄電池的結(jié)構(gòu)和工作原理,酸性蓄電池主要由容器、極板、隔板三部分構(gòu)成，其外

17、形結(jié)構(gòu)如圖12-8所示。,酸性蓄電池是利用鉛、二氧化鉛和硫酸的化學(xué)反應(yīng)來儲存和釋放電能的裝置。它的工作原理可用如下化學(xué)方程表示：,（正極） （電解液） （負(fù)極） （正極） （電解液）（負(fù)極）,通過化學(xué)方程式可以看出：蓄電池放電時會產(chǎn)生水，電解液比重降低；充電時生成硫酸，比重增加。根據(jù)這個原理，可以用比重計來測量電解液的比重，蓄電池的電動勢與電解液比重（相對密度）有關(guān)，比重高，電動勢也高，二者的關(guān)系可用經(jīng)驗(yàn)公式表示如下：,E蓄電池的電動勢， d電解液的比重。,2蓄電池的充放電,蓄電池的充電分為初充電和經(jīng)常充電兩種。新的或長期庫存的蓄電池，必須經(jīng)過初充電后，才能投入使用。在使用過程中需經(jīng)常充電。,

18、1）經(jīng)常充電,酸性蓄電池：分兩個階段進(jìn)行，第一階段充電使蓄電池電壓上升到每單元電池為2.4V，然后轉(zhuǎn)入第二階段充電，充電后調(diào)整電解液相對密度達(dá)到1.285左右，再以第二階段充電電流繼續(xù)充電1h，即告完畢。,堿性蓄電池：第一階段用1/4容量的電流充電67h，第二階段用第 一階段充電電流的一半充電23h然后再校正電解液，整個充電過 程即告完畢。,2）充電方法, 恒壓充電法：, 恒流充電法：,分段恒流充電法：,浮充法：,3）過充電,蓄電池在使用過程中往往因長期充電不足，過放電或外部 短路等原因使極板硫化，從而使充電電壓和電解液相對密 度都不容易上升。為了使蓄電池良好運(yùn)行，對下列情況必 須進(jìn)行過充電：

19、, 蓄電池放電到極限電壓以下； 蓄電池放電后，停放12晝夜沒有及時充電； 蓄電池極板抽出過； 以最大電流放電超過限度； 電解液內(nèi)混有雜質(zhì)； 個別電池極板疏化，充電時相對密度不易上升。,酸性蓄電池的兩種過充電方法：, 充電終了，改用正常充電率的一半電流繼續(xù)充電。在電壓和電解液相對密度均為最大值時，每隔半小時觀察一次電壓和測量相對密度。連續(xù)四次，如無變化，而極板冒氣激烈，即停止充電。 充電結(jié)束后，停止充電1h，再改用正常充電率的一半電流充電，至冒汽泡后停止1h，再充，如此重復(fù)23次，直至電壓及相對密度均無變化并冒泡劇烈為止。,4）蓄電池充、放電終了的判斷,（1）電解液的相對密度變化,（2）蓄電池電

20、壓的變化,（1）蓄電池維護(hù)的周期、內(nèi)容與要求,每十天要檢查一次電壓、電解液的相對密度及高度 。 不經(jīng)常使用的蓄電池，每月至少要檢查一次，并進(jìn)行補(bǔ) 充電 。 蓄電池表面，每三個月進(jìn)行一次徹底清潔 。,3蓄電池的日常維護(hù)、保養(yǎng),對于酸性蓄電池：,每十五天要檢查一次電壓、電解液相對密度及高度 。 每兩個月檢查一次蓄電池螺絲塞和透氣橡皮套管 。 每六個月要徹底清潔一次蓄電池的外表面。,對于堿性蓄電池：,（2）蓄電池維護(hù)保養(yǎng)注意事項(xiàng),注意保持蓄電池表面及整體清潔 。 保持極柱、夾頭和鐵質(zhì)提手等處的清潔 。 平時注意蓋好注液孔的上蓋，以防止船舶航行時電解液溢出，或海水 進(jìn)入到蓄電池里，必須保持氣孔暢通。

21、蓄電池放電終了，應(yīng)及時按要求進(jìn)行充電。 蓄電池室內(nèi)嚴(yán)禁煙火。 堿性蓄電池充電時，不要取下氣塞，以防進(jìn)入大量碳酸 氣，而使電解液失效。一般每年或使用過50100次充放 電循環(huán)，應(yīng)更換一次電解液，要注意保持排氣膠管暢通， 定期打開氣塞排氣，防止氣體聚集太多而造成蓄電池膨脹。,岸電箱與主配電板之間，應(yīng)設(shè)有足夠容量的固定電纜。 在主配電板上的岸電接線，應(yīng)裝有指示燈，以指示外來 電源的電纜是否已經(jīng)帶電。,六、岸電箱,(1)檢查岸電電力系統(tǒng)參數(shù)（電制、電壓和頻率）是否與本船電網(wǎng)參數(shù)一致。若電制、頻率相同，僅電壓不同，可通過調(diào)壓器將岸電電壓變換成與本船電壓相等后，再接至船上電網(wǎng)。 (2)檢查岸電相序與船上電

22、網(wǎng)相序是否一致，如果相序不一致將會使船上電機(jī)反轉(zhuǎn)。一般船上的岸電箱內(nèi)均有相序指示燈或逆序繼電器，當(dāng)顯示相序正確時才能接岸電。 (3)接通岸電后，不允許再起動船上主發(fā)電機(jī)或使應(yīng)急發(fā)電機(jī)合閘向電網(wǎng)供電，因此主配電板均設(shè)有與岸電的互鎖保護(hù)，使兩者不可能同時合閘。 (4)若岸電為三相四線制時，應(yīng)將船體與岸上接地裝置相連，然后接岸電。,交流船舶接岸電時，還應(yīng)注意如下各項(xiàng)：,船舶電力網(wǎng)泛指主配電板和應(yīng)急配電板到用電負(fù)載之間 的電纜連線。因船舶負(fù)載的種類和數(shù)量頗多，不可能每個負(fù)載都直接由主配電板或應(yīng)急配電板供電，有許多成組用電設(shè)備是由區(qū)、分配電板供電。,第四節(jié) 船舶電力網(wǎng),一次網(wǎng)絡(luò)：從主配電板到直接供電負(fù)載

23、或分配電板之間的電網(wǎng),二次網(wǎng)絡(luò)：由分配電板到負(fù)載之間的電網(wǎng),返回,(2)正常照明配電網(wǎng)絡(luò)該電網(wǎng)由照明變壓器副邊算起通過主配電板中的照明負(fù)載屏饋電給各照明分配電板，再由各分配電板供電給全船所有艙室及甲板的照明燈具。,(3)應(yīng)急電網(wǎng)當(dāng)主電源失電時，應(yīng)急電源自動起動并通過應(yīng)急電網(wǎng)供電給應(yīng)急用戶。,一、船舶電力網(wǎng)的分類,(1)動力配電網(wǎng)絡(luò)主要指供電給三相異步電動機(jī)負(fù)載的電網(wǎng)，也包括供電給380 V三相電熱負(fù)載的電纜。該網(wǎng)絡(luò)輸送的電能占全船全部電能的70%左右。,(5)弱電網(wǎng)絡(luò)-是向全船無線電通訊設(shè)備、各種助航設(shè)備、信號報警系統(tǒng)等用戶供電的低壓直流電網(wǎng)或中頻電網(wǎng)，因其對供電電壓、頻率等有特殊要求，因此需

24、專門配置蓄電池及變流機(jī)組（逆變裝置）。,(4)小應(yīng)急電網(wǎng)由24 V蓄電池提供的直流電通過小應(yīng)急電網(wǎng)饋電給小應(yīng)急照明以及主機(jī)操縱臺、主配電板前后、鍋爐儀表、應(yīng)急通道出入口處、艇甲板等處的照明以及助航設(shè)備等。蓄電池的容量應(yīng)滿足小應(yīng)急用戶使用半小時。,二、船舶電網(wǎng)的配電方式（接線方式）,1.配電方式分類,1）500V以下電網(wǎng)的配電方式,大多船舶電壓等級在500V以下，采用兩種結(jié)線方式: 枝狀和環(huán)狀。,圖12-9 船舶電網(wǎng)配電方式,枝狀 環(huán)狀,返回,圖12-9 船舶電網(wǎng)配電方式,2）500V以上船舶電網(wǎng)的配電方式,隨著大型船舶及電力推進(jìn)方式的船舶越來越多，船舶電網(wǎng)的電壓等級在升高，采用3300V和66

25、00V中壓電網(wǎng)的為數(shù)也不少，,船舶中壓電網(wǎng)配電方式有四種。采用較多的是枝狀和樹干狀，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性不高，對重要負(fù)載在故障工況時有失電的可能。為了提高供電的可靠性，可采用橋狀配電或者采用互為備用的橋狀綜合配電方式，網(wǎng)絡(luò)不太復(fù)雜，但供電的可靠性提高，只要有一臺發(fā)電機(jī)正常工作，就可保證一些重要設(shè)備正常工作。目前采用這種方式的也不在少數(shù)。圖12-10 中壓電網(wǎng),圖12-10 中壓電網(wǎng) a)枝狀；b）樹干狀；c）橋狀；d)綜合狀,返回,（3）采用自動分級卸載裝置。在發(fā)電機(jī)高峰負(fù)載時，自動分級卸掉次要負(fù)載，以確保重要用電設(shè)備的安全和連續(xù)供電。,（2）兩路獨(dú)立饋電線供電。某些重要的負(fù)載如舵機(jī)、航行燈控制箱

26、等。,（1）由主配電板直接供電。如舵機(jī)、錨機(jī)、消防泵、艏艉側(cè)推器、消防自動噴淋系統(tǒng)、無線電電源板、電羅經(jīng)、航行燈控制箱、蘇伊士運(yùn)河燈等。,指那些與船舶航行、貨物的保存、船舶與人身安全有關(guān)的電氣設(shè)備。在配電方面通常采取如下措施：,2.重要負(fù)載的饋電方式,（4）分段匯流排供電方式。,圖12-11 分段匯流供電方式,船上許多重要負(fù)載常是兩臺，將兩組分別由配電板上兩段獨(dú)立的匯流排供電（兩段匯流排之間用自動開關(guān)連接），則可提高供電的可靠性。,3.主電網(wǎng)與應(yīng)急電網(wǎng)的連接方式,在正常條件下聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合，重要負(fù)載經(jīng)應(yīng)急配電板由主電源供電，當(dāng)主電源出現(xiàn)故障、主匯流排失電時，聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動斷開，應(yīng)急電源則自動投入應(yīng)

27、急電網(wǎng)向這些重要設(shè)備供電。,圖12-12 主電網(wǎng)與應(yīng)急電網(wǎng)的連接,動力系統(tǒng)與照明系統(tǒng)采用變壓器隔離,絕緣性能相對較好,安全可靠。,1.三相三線絕緣系統(tǒng),三、船舶電網(wǎng)的線制,圖12-13 三相絕緣系統(tǒng),2.中性點(diǎn)接地的三相四線系統(tǒng),照明和動力系統(tǒng)由同一電源供電，無需采用變壓器。相互影響大,可靠性降低,安全性差。,圖12-14 中性點(diǎn)接地的三相四線系統(tǒng),3) 中性點(diǎn)接地的三相三線系統(tǒng),利用船體作為中線形成回路，節(jié)省電纜,容易發(fā)生觸電和短路故障。,圖12-15 中性點(diǎn)接地三相系統(tǒng),四、船舶電纜,船舶電纜在結(jié)構(gòu)上和用途上都區(qū)別于電線。,船用電纜主要由導(dǎo)電芯線，電氣絕緣層和防護(hù)套三部分組成。,圖12-1

28、6 船用電纜構(gòu)造,（2） 電氣絕緣：將各導(dǎo)電部分隔離。,（1） 導(dǎo)電芯線：傳輸電能。,選擇電纜的型號和截面須根據(jù)實(shí)際用途、額定電流、敷設(shè)場所的溫度和環(huán)境條件、以及用電設(shè)備的工作制等決定。,表12-2 絕緣材料最高允許工作溫度,第五節(jié) 船舶電力系統(tǒng)的繼電保護(hù),一、概述,1.繼電保護(hù)的任務(wù)和作用,船舶電力系統(tǒng)中各種繼電保護(hù)裝置，主要就是為了實(shí)現(xiàn)安全可靠地供電。,船舶電力系統(tǒng)的不正常運(yùn)行情況主要有過載、欠壓、過壓、欠頻、過頻、逆功率以及三相三線制中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)發(fā)生單相接地等。舶電力系統(tǒng)中最常見最嚴(yán)重的故障就是各種形式的短路。,返回,圖12-17 短路故障示意圖,圖12-17 短路故障示意圖,返回,要

29、限制不正常運(yùn)行和短路的破壞作用，其中最有效的辦法 之一，就是在船舶電力系統(tǒng)的主要電氣設(shè)備上，裝設(shè)繼電 保護(hù)裝置，以自動迅速地切除故障。繼電保護(hù)的任務(wù)可歸 納為：,(1)當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生故障或足以造成故障的發(fā)生時，繼電保護(hù)裝置將自動地、迅速地并有選擇性地切除發(fā)生故障的電氣設(shè)備，以保護(hù)設(shè)備，并保證非故障部分正常安全運(yùn)行。,(2)當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生不正常運(yùn)行情況時，繼電保護(hù)裝置應(yīng)自動發(fā)出報警信號，使值班人員及時進(jìn)行處理，防止事故發(fā)生，或自動切除不正常運(yùn)行的電氣設(shè)備，防止事故的再擴(kuò)大。,(3)配合自動控制裝置，自動消除或減少事故及不正常運(yùn)行情況。,船舶發(fā)電機(jī)的保護(hù)； 船舶變壓器的保護(hù)； 船舶電網(wǎng)的保護(hù)； 船

30、舶電動機(jī)的保護(hù)等。,船舶電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)主要包括：,2對繼電保護(hù)裝置的基本要求,（1）具有選擇性,繼電保護(hù)的選擇性是指當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護(hù)裝置應(yīng)僅把故障元件切除，使停電范圍盡量縮小，從而保證電力系統(tǒng)中其他非故障部分仍然能夠繼續(xù)安全地運(yùn)行。,圖12-18 保護(hù)性選擇示意圖,（2）具有速動性,繼電保護(hù)的速動性就是保護(hù)裝置的動作時限應(yīng)力求短。迅速切除故障可減輕被保護(hù)設(shè)備的損壞程度；防止故障蔓延，縮小破壞范圍；減少對非故障部分的影響，保證其正常安全運(yùn)行。,（3）具有靈敏性,繼電保護(hù)裝置的靈敏性是指對于其保護(hù)范圍內(nèi)的故障或不正常工作狀態(tài)的反應(yīng)能力。靈敏性愈高，故障發(fā)覺和切除得就愈早，從而對系

31、統(tǒng)的影響和設(shè)備的破壞就愈小。保護(hù)裝置的靈敏性，用靈敏度來表示。,（4）具有可靠性,繼電保護(hù)裝置的可靠性是指裝置本身要能可靠地工作，對它保護(hù)范圍之內(nèi)的故障，不應(yīng)拒絕動作，在正常運(yùn)行或不屬于它保護(hù)的范圍故障時，不應(yīng)誤動作。否則，它本身就可能成為產(chǎn)生和擴(kuò)大事故的根源。,二、繼電保護(hù)的基本工作原理,圖12-19 繼電保護(hù)構(gòu)成原理 圖,正如人工尋找故障時的道理一樣，繼電保護(hù)的基本工作原 理，就是利用在發(fā)生各種故障或不正常運(yùn)行情況時，必定 要出現(xiàn)的、特有的現(xiàn)象，作為自動控制的信號，自動判斷 故障，而后進(jìn)行必要的處理。,三、 船舶同步發(fā)電機(jī)的保護(hù)及保護(hù)裝置,根據(jù)我國鋼質(zhì)海船建造與入級規(guī)范規(guī)定，對500V以

32、下同步發(fā)電機(jī)，針對其不正常運(yùn)行情況和可能出現(xiàn)的故 障，主要設(shè)置如下繼電保護(hù)：過載保護(hù)及優(yōu)先脫扣、外 部短路保護(hù)、欠壓保護(hù)和逆功率保護(hù)。,1發(fā)電機(jī)的外部短路保護(hù),對于船舶發(fā)電機(jī)外部短路保護(hù)一般應(yīng)設(shè)有短路短延時和短路瞬時動作保護(hù)。當(dāng)短路電流達(dá)22.5倍的額定電流時，保護(hù)裝置延時0.20.6s動作，使發(fā)電機(jī)主開關(guān)自動跳閘。當(dāng)短路電流達(dá)510倍的額定電流時，保護(hù)裝置應(yīng)瞬時動作，使發(fā)電機(jī)主開關(guān)自動跳閘。 因此，船舶發(fā)電機(jī)的外部短路保護(hù)裝置中，一般設(shè)有兩套電流保護(hù)裝置，根據(jù)短路電流的大小，實(shí)行短延時或瞬時動作保護(hù)。船舶發(fā)電機(jī)的外部短路保護(hù)由萬能式自動空氣斷路器中的過電流脫扣器承擔(dān)。,2發(fā)電機(jī)的過載保護(hù),為

33、了最大限度地保證供電的連續(xù)性，船用發(fā)電機(jī)廣泛采 用自動分級卸載保護(hù)裝置。發(fā)電機(jī)一旦發(fā)生過載現(xiàn)象， 自動保護(hù)裝置將次要負(fù)載逐級卸去，同時發(fā)出報警信 號，如到了允許的時限，仍不能消除過載現(xiàn)象，保護(hù)裝 置則應(yīng)動作，發(fā)出發(fā)電機(jī)過載跳閘的指令。,3發(fā)電機(jī)的欠壓保護(hù),船舶發(fā)電機(jī)的欠壓保護(hù)是由萬能式自動空氣斷路器中的 失壓脫扣器來實(shí)現(xiàn)的。,4逆功率保護(hù),同步發(fā)電機(jī)的逆功率保護(hù)由逆功率繼電器承擔(dān)。逆功率 繼電器有感應(yīng)式、電子式等多種類型，我國船舶電站大 多采用GG-21型感應(yīng)式逆功率繼電器。 圖12-20是GG-21型的結(jié)構(gòu)原理圖。,圖1220 GG-21型逆功率繼電器原理圖,返回,四、船舶電網(wǎng)的保護(hù)及保護(hù)裝

34、置,船舶電氣系統(tǒng)的保護(hù)包括船舶發(fā)電機(jī)外部短路保護(hù)，過 載、欠壓、逆功率保護(hù)；船舶電網(wǎng)的過載、短路保護(hù)， 電網(wǎng)的絕緣監(jiān)測；接用岸電時的相序保護(hù)等。船舶中采 用繼電器保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)。船舶在電力系統(tǒng)發(fā)生故障 時，要求繼電器保護(hù)裝置的工作具有可靠性、選擇性、 準(zhǔn)確性，既能適時切除故障以防止故障蔓延，又要盡量 縮小停電區(qū)域，使非故障部分能繼續(xù)正常運(yùn)行，減輕損 害程度。,1電網(wǎng)的短路保護(hù),船舶電網(wǎng)的短路保護(hù)要求良好的選擇性，當(dāng)發(fā)生短路故障時，僅允許切除有故障的線路部分。通常對各級保護(hù)裝置的動作整定值按時間原則或電流原則予以整定。 如圖12-21，若按時間原則整定，則應(yīng)有t1t2t3，即各級保護(hù)裝置動作時間

35、的整定值應(yīng)從用電設(shè)備到發(fā)電機(jī)處逐級增大，如按電流原則整定，則應(yīng)有I1I2I3。,圖12-21 船舶電網(wǎng)短路保護(hù)示意,返回,2電網(wǎng)的過載保護(hù),船舶電網(wǎng)大多為幅射型饋線式配電網(wǎng)絡(luò)，饋線的截面積 又都與發(fā)電機(jī)及用電設(shè)備的容量相配合的。由于發(fā)電機(jī) 和用電設(shè)備的過載保護(hù)裝置同時保護(hù)了電網(wǎng)，電網(wǎng)中不 設(shè)專門的過載保護(hù)裝置。須指出的是，舵機(jī)電動機(jī)和它 的供電線路根據(jù)規(guī)范要求均不設(shè)過載保護(hù)，只設(shè)短路保 護(hù)和過載報警裝置。,3單相接地及電網(wǎng)的絕緣監(jiān)測,單相接地監(jiān)視,船舶配電板上大多裝有絕緣指示燈（亦稱地氣燈）以監(jiān) 視電網(wǎng)的單相接地。圖12-22是地氣燈的電氣工作原理圖。,電網(wǎng)絕緣監(jiān)測,配電板兆歐表安裝在主配電板

36、上，它能在線隨時監(jiān)測船 舶電網(wǎng)的絕緣電阻。兆歐表其工作原理如圖12-23所示。,圖1222 絕緣指示燈電路圖,返回,圖12-23 兆歐表原理圖,返回,4岸電的相序和斷相保護(hù),相序及斷相保護(hù)由負(fù)序繼電器完成。,五、萬能式自動空氣斷路器,國內(nèi)外制造的船用發(fā)電機(jī)主開關(guān)的型式很多, 結(jié)構(gòu)不盡相 同，但基本原理大同小異，一般都是由觸頭單片、滅弧 裝置、自動脫扣機(jī)構(gòu)，操作機(jī)構(gòu)和保護(hù)裝置組成。其結(jié) 構(gòu)框圖見圖12-24。,1觸頭和滅弧系統(tǒng),自動空氣斷路器大多是采用滅弧柵進(jìn)行滅弧。,2. 自由脫扣機(jī)構(gòu),自由脫扣機(jī)構(gòu)的作用是使觸頭保持完好閉合或迅速斷開。圖12-25所示是一個四連桿機(jī)構(gòu)，它是觸頭系統(tǒng)和操作傳動裝

37、置之間的聯(lián)系機(jī)構(gòu)。,3. 操作機(jī)構(gòu),操作機(jī)構(gòu)用于控制自由脫扣機(jī)構(gòu)的動作，實(shí)現(xiàn)觸頭閉合或斷開。,（1）手動操作,各種類型的自動空氣斷路器都有手動合閘操作手柄，通常有轉(zhuǎn)動和上下扳動兩種型式。,（2）電磁或電動合閘,DW-94型電動合閘主開關(guān)采用電動操作時，其合閘操作 線路原理如圖12-26所示。,DW-95、DW-98型電動合閘采用電磁操作，其合閘操作 線路原理圖如圖12-27所示。,AH型采用電磁鐵直推式合閘，線路原理圖如圖12-28所 示。,萬能式自動空氣斷路器通常設(shè)有電流脫扣器、失壓脫扣 器及分勵脫扣器，通過它們對自由脫扣機(jī)構(gòu)的作用來實(shí) 現(xiàn)對主電路的短路、過載、失壓、欠壓等保護(hù)及遙控分 勵操

38、作。其原理示意圖如圖12-29所示。,（3）保護(hù)元件：,圖12-24 萬能式自動空氣斷路器的框圖,返回,(a)合閘位置 (b)分閘位置 (c)為準(zhǔn)備合閘位置 圖12-25 自由脫扣機(jī)構(gòu)示意圖,返回,圖12-26 電動合閘原理圖,返回,圖12-27 DW98電磁合閘控制線路,圖12-28 AH型電磁合閘原理圖,返回,圖12-29 脫扣器原理示意圖,返回,第六節(jié) 船舶軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng),一、軸帶發(fā)電機(jī)的特點(diǎn),動力來源于船舶主機(jī)的發(fā)電機(jī)稱為軸帶發(fā)電機(jī)（Shaft Generator簡稱SG），由軸帶發(fā)電機(jī)向船上電網(wǎng)饋送電 能的系統(tǒng)稱為軸帶發(fā)電系統(tǒng)。圖12-30表示軸帶發(fā)電機(jī) （SG）和船舶主機(jī)（ME）之

39、間的關(guān)系。,圖12-30 軸帶發(fā)電機(jī)和船舶主機(jī)之間的關(guān)系圖,返回,1. 軸帶發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn),（1）能有效利用主機(jī)能源 （2）利于能量綜合利用。 （3）能減少潤滑油消耗及副機(jī)維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。 （4）節(jié)約費(fèi)用，節(jié)省空間。,2. 軸帶發(fā)電裝置的類型,根據(jù)螺旋槳型式不同，軸帶發(fā)電機(jī)可分為定距槳 （FPP）和變距槳（CPP）軸帶發(fā)電兩種裝置。,3. 軸帶發(fā)電機(jī)的功率輸出特性,變轉(zhuǎn)速的軸帶發(fā)電機(jī)允許輸出的功率，因受電樞電流和 勵磁電流額定值的限制，在不同的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)是有所不 同的，其典型功率輸出特性如圖12-31所示。,圖12-31 軸帶發(fā)電機(jī)的功率輸出特性,返回,二、軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的組成原理,1. 軸帶發(fā)電

40、機(jī)系統(tǒng)的組成 圖12-32是定距槳晶閘管變流器軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 框圖。系統(tǒng)主要由三大部分組成： 主回路有功通道 無功通道 控制器,2. 系統(tǒng)基本工作原理,3. 軸帶發(fā)電機(jī)的運(yùn)行操作,（1）軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)起動程序 圖12-33表示的是軸帶發(fā)電機(jī)自動起動程序框圖。,（2）軸帶發(fā)電機(jī)與輔助發(fā)電機(jī)并聯(lián)和轉(zhuǎn)換 如果是手動并車，其整步合閘、負(fù)載轉(zhuǎn)移和輔助柴油發(fā) 電機(jī)的解列與一般的手動準(zhǔn)同步并車操作相同。這一切 操作通常是由自動并車裝置完成。,（3）停機(jī)條件 導(dǎo)致停機(jī)的條件如下： 按停機(jī)按鈕； 電源故障； 運(yùn)行故障（短路、過載、欠壓、轉(zhuǎn)速過低、 頻率過高等）； 系統(tǒng)中任一電機(jī)繞組過熱等。,（4）正常停機(jī)

41、的操作程序 當(dāng)船舶需要轉(zhuǎn)入機(jī)動工況（如進(jìn)港等）時，因主機(jī)將進(jìn)行 減速、倒車、停車等操縱，軸帶發(fā)電機(jī)應(yīng)停止工作。 起動柴油輔助發(fā)電機(jī)組，并切除次要負(fù)載。 完成輔助發(fā)電機(jī)的手動或自動并車及轉(zhuǎn)移負(fù)荷之后才能操 縱主機(jī)減速或倒車。 當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速降低到額定轉(zhuǎn)速的40以下時，軸帶發(fā)電機(jī)勵 磁終止，主開關(guān)跳閘。逆變器停止觸發(fā)，軸帶發(fā)電機(jī)終止 發(fā)電。,（5）軸帶發(fā)電機(jī)運(yùn)行中存在的問題 船舶在整個運(yùn)輸過程中必然會遇到移泊、緊急停車和緊急倒車等情況。這些均涉及到軸帶發(fā)電機(jī)和輔助柴油發(fā)電機(jī)帶電轉(zhuǎn)換和并聯(lián)運(yùn)行問題。,4.軸帶發(fā)電機(jī)的布置形式,軸帶發(fā)電機(jī)可以布置在柴油機(jī)自由端或是齒輪端，采用傳動齒輪進(jìn)行傳動，軸帶發(fā)電機(jī)除了作為發(fā)電機(jī)外，有的船舶緊急情況下還可作為電動機(jī)。,圖12-32 軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,返回,圖12-33 軸帶發(fā)電機(jī)自動起動程序框圖,返回,三、軸帶發(fā)電機(jī)的工作模式,1工作模式,（1）PTI模式 PTI即POWER TAKE IN的縮寫。此時軸帶發(fā)電機(jī)作為電動 機(jī)從另一臺發(fā)電機(jī)的電盤中獲取電能，它把電能轉(zhuǎn)換