船舶電力系統(tǒng)概述

1、高級電工培訓(xùn)課程高級電工培訓(xùn)課程第一講第一講船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述 本講主要介紹船舶電力系統(tǒng)的組成，各組成部分的概念和特點，以及例舉對應(yīng)的船舶設(shè)備。 另外，在本講中還相應(yīng)描述船舶電力系統(tǒng)的特點，電氣設(shè)備正常工作的環(huán)境條件。 本講中，還將描述船舶電力系統(tǒng)的主要電氣參數(shù)：電流、電壓、頻率，以及各自的特性和條件。2船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述1 船舶電力系統(tǒng)的組成 船舶電力系統(tǒng)主要由電源、配電裝置、電力網(wǎng)和負載四個部分組成。 因為電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用是同時進行的。所以這四個部分構(gòu)成了一個完整的總體、缺一不可。 問題：電能的生產(chǎn)、輸送、分配、使用分

2、別是由電力系統(tǒng)的哪一個部分完成的？ 另外，由于敘述的對象不同，船舶電力系統(tǒng)還存在另一種組成方式：即由電站、配電系統(tǒng)和負載三個部分組成。這種組成方式將在后面的章節(jié)再做解釋。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述1. 電源電源 電源是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置。 船舶常用的電源有發(fā)電機組和蓄電池。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述柴油機發(fā)電機船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述（1）發(fā)電機組發(fā)電機組 發(fā)電機組是船舶最基本的供電單元，我廠承接的船舶一般使用柴油發(fā)電機組。 柴油發(fā)電機組一般由柴油機和發(fā)電機兩部分組成。它通過柴油機的運轉(zhuǎn)做功，點燃柴油和壓縮空氣的混合氣體，產(chǎn)生熱能，推動曲軸轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)

3、子，從而產(chǎn)生電能，輸出供負載使用。 每條船一般使用23臺發(fā)電機組，以及1臺應(yīng)急發(fā)電機組。應(yīng)急發(fā)電機組必須可以在正常電力短缺時自動啟動，并通過自動轉(zhuǎn)換開關(guān)連接到應(yīng)急負荷。7船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述（2）蓄電池蓄電池 蓄電池，俗稱電瓶，又稱可充電電池，泛指所有在電量用到一定程度之后可以被再次充電、反復(fù)使用的化學(xué)能電池的總稱。 船用蓄電池主要有兩種：一種是船舶起動蓄電池，一種是船舶通信系統(tǒng)蓄電池。船舶起動蓄電池適用于船艙柴油發(fā)動機組，是船體運動的主要硬件設(shè)施，在發(fā)電機組起動瞬間能放出強大的電流，觸使發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)從而帶動船舶。而船舶通信系統(tǒng)蓄電池主要用于船上應(yīng)急照明、信號燈、報警系統(tǒng)、UPS

4、計算機備用電源、船上醫(yī)療器械、電信設(shè)備等，簡單點說，就是作為發(fā)電機故障下或不作用情況對船舶電力供應(yīng)的一種后備裝置。8船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述92. 配電裝置配電裝置 主要用于控制、保護、測量、分配船舶電源產(chǎn)生的電力，并對船舶正常航行或應(yīng)急狀況下所使用的電力和照明負載進行配電的開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的組合裝置。 船舶配電裝置按照用途可以分為：（1） 主配電板對應(yīng)主發(fā)電機。（2） 應(yīng)急配電板對應(yīng)應(yīng)急發(fā)電機。（3） 區(qū)配電板對應(yīng)各區(qū)域的配電。（4） 充放電板對應(yīng)船舶蓄電池的充電、放電。（5） 岸電箱對應(yīng)使用岸電時的配電。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述3. 船舶電力網(wǎng)船舶電力網(wǎng) 船舶電力網(wǎng)是全船

5、電纜、電線的總稱，其作用是將電能的產(chǎn)生者（各種電源）和電能的消費者（各類電能用戶，即負載）聯(lián)系起來。 船舶電力網(wǎng)根據(jù)其所連接的負載性質(zhì)，可分為動力電網(wǎng)、照明電網(wǎng)、應(yīng)急電網(wǎng)、小應(yīng)急電網(wǎng)（24V直流）、弱點電網(wǎng)等。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述4. 負載負載 負載是指連接在電路中的電源兩端的電子元件。船舶負載根據(jù)用途可以分為以下幾類： （1）各種船舶機械的電力拖動：如甲板機械（舵機、錨機、絞纜機、起貨機、舷梯絞車等）；艙室輔機（各種油泵、水泵、空壓機、冷凍機、輔助風(fēng)機和空調(diào)等）；電推及工程船舶的生產(chǎn)機械。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述 （2）電氣照明工作場所和生活艙室的各種照明燈具和信號燈具等

6、。 （3）船舶通信和電航儀器 通訊設(shè)備有無線電收發(fā)報機、衛(wèi)星通訊、無線電話、電話、廣播、聲光報警裝置、子母鐘、舵角指示儀器。電航儀器有雷達、衛(wèi)星導(dǎo)航儀、定位儀、電羅經(jīng)、測深儀、計程儀等。 （4）其他用電設(shè)備：如電炊具、電熱器、電風(fēng)扇、音像設(shè)備等附帶生活設(shè)備。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述 電站和配電系統(tǒng)的概念。 關(guān)于船舶電力系統(tǒng)的另外一種組成方法認為，電力系統(tǒng)由電站（供電系統(tǒng)）和配電系統(tǒng)及負載組成。 電站是指發(fā)電機組至主配電板發(fā)電機控制屏，與前一種分法所不同的是，電站中包含了主配電板的發(fā)電機控制屏，認為發(fā)電過程，到主配電板的發(fā)電機控制屏才算作結(jié)束。配電系統(tǒng)則是指主配電板的配電（負載）屏到負載

7、的電源線為止，這一階段屬于配電過程。和前一種組成法略有不同，這種分法，相當(dāng)于將配電板從發(fā)電機（負載）配電屏切開，一分為二。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述 并車屏負載屏發(fā)電機控制屏二二. . 船舶電力系統(tǒng)的特點船舶電力系統(tǒng)的特點1.1.船舶電力系統(tǒng)的特點船舶電力系統(tǒng)的特點（1）與陸上電力系統(tǒng)相比：電源多為獨立、單一電站；陸上電站種類更多，經(jīng)常有多級電站變電。電站容量較?。?cè)萘啃∮?000kW，單機小于1000kW），線路阻抗低，短路電流大；陸上電站容量大（大型水電站可以達到10萬至100萬kW）電力網(wǎng)輸電距離很短，一般不超過200米；陸上可達300公里。且船舶輸電容量小，由于空間問題也無法采

8、用架空線輸電，輸電電壓一般小于500V；而陸上輸電電壓可達500kV。船舶配電裝置一般比較簡單、可靠，只采用低壓電器開關(guān)及控制保護裝置，除照明配置容量較小的降壓變壓器外，沒有其他復(fù)雜的變壓裝置。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述 （2）船舶上大的用電負載（如空壓機、消防泵等），功率很大，這些負載起動時引起的電網(wǎng)電壓降較大，因而對船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了較高要求，比如要求船用發(fā)電機的調(diào)壓器動態(tài)性要好，有強勵磁能力，發(fā)電機有較大的承受過載能力等。另外，由于船舶工況變動頻繁，要求發(fā)電機并車裝置簡單、可靠 。 （3）為了提高安全性，客船和中大型貨船一般會配置獨立的應(yīng)急電源，我廠承建的船舶一般使用應(yīng)急發(fā)

9、電機組和應(yīng)急配電系統(tǒng)。它可以在主電站發(fā)生故障時，保證船舶安全航行所必須設(shè)備的用電。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述 （4）軍艦為提高戰(zhàn)斗力和生命力，一般設(shè)置主副兩個電站分區(qū)進行供電，主要設(shè)備都有主副兩路實行二路供電。 （5）船舶艙室一般空間較小，供配電系統(tǒng)周圍的艙壁、管路材料都是導(dǎo)電體，因此絕緣要求更高。 （6）電氣設(shè)備之間有較大的電磁干擾，因此設(shè)備抗干擾的要求更高。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述 電站和配電系統(tǒng)的概念。 關(guān)于船舶電力系統(tǒng)的另外一種組成方法認為，電力系統(tǒng)由電站（供電系統(tǒng)）和配電系統(tǒng)及負載組成。 電站是指發(fā)電機組至主配電板發(fā)電機控制屏，與前一種分法所不同的是，電站中包含了主配電

10、板的發(fā)電機控制屏，認為發(fā)電過程，到主配電板的發(fā)電機控制屏才算作結(jié)束。配電系統(tǒng)則是指主配電板的配電屏到負載的電源線為止，這一階段屬于配電過程。和前一種組成法略有不同，這種分法，相當(dāng)于將配電板從發(fā)電機配電屏切開，一分為二。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述 適應(yīng)環(huán)境溫度適應(yīng)環(huán)境溫度介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度空氣溫度（空氣溫度（）海水溫度（海水溫度（）電氣設(shè)備安電氣設(shè)備安裝處所裝處所封閉處所內(nèi)封閉處所內(nèi)高于高于45 45 ，低，低于于0 0 處所處所露天甲板露天甲板熱交換器入口熱交換器入口無限航區(qū)無限航區(qū)0 04545按該處所溫度按該處所溫度-25-2545453232除熱帶海域除熱帶海域的有限航區(qū)的有限航區(qū)0

11、 04040按該處所溫度按該處所溫度-25-2540402525電子設(shè)備的環(huán)境空氣溫度的上限為55 船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述2. 2. 船舶電氣設(shè)備的環(huán)境條件船舶電氣設(shè)備的環(huán)境條件（1）溫度： 適應(yīng)傾斜和搖擺的要求適應(yīng)傾斜和搖擺的要求設(shè)備組件設(shè)備組件橫傾橫傾橫搖橫搖縱傾縱傾縱搖縱搖應(yīng)急設(shè)備，開關(guān)設(shè)備，電器及電子設(shè)備應(yīng)急設(shè)備，開關(guān)設(shè)備，電器及電子設(shè)備22.522.522.522.5 10101010上列以外的設(shè)備組件上列以外的設(shè)備組件151522.522.55 57.57.5 適應(yīng)電壓頻率變化適應(yīng)電壓頻率變化設(shè)備設(shè)備參數(shù)參數(shù)穩(wěn)態(tài)（穩(wěn)態(tài)（% %）瞬態(tài)瞬態(tài)（% %） 恢復(fù)時間（恢復(fù)時間（s

12、s）一般設(shè)備一般設(shè)備電壓電壓-6-6+10+1020201.51.5頻率頻率5 520205 5由蓄電池或半導(dǎo)體變流器供由蓄電池或半導(dǎo)體變流器供電電電壓電壓2020船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述（2）傾斜和搖擺要求：（3）電壓頻率變化：（4）其他條件因素小提示：設(shè)備為什么必須加支架，螺絲為什么必須加彈墊。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述 船舶電氣設(shè)備必須適應(yīng)：船舶電氣設(shè)備必須適應(yīng)： . .振動和沖擊；振動和沖擊； . .傾斜和搖擺；傾斜和搖擺； . .環(huán)境溫度；環(huán)境溫度； . .潮濕、鹽霧、油霧、霉菌侵蝕；潮濕、鹽霧、油霧、霉菌侵蝕； . .電網(wǎng)電壓和頻率變化；電網(wǎng)電壓和頻率變化； . .防

13、護要求。防護要求。 IP防護：是對固體和液體入侵防護.只存在與帶電體接觸危險環(huán)境IP20；.存在滴水和機械傷害的艙室環(huán)境IP22；.水和機械傷害危險較大的機器處所IP34；.水和機械傷害危險較大的艙室處所IP44，附具（附屬器具）IP55；.噴水、粉塵、嚴(yán)重機械傷害危險為IP55和IP56；.大量水浸入危險的露天甲板為IP56；.爆炸危險除防爆功能外，還應(yīng)滿足相應(yīng)處所的防護等級。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述 電氣設(shè)備外殼的電氣設(shè)備外殼的IPIP防護等級表防護等級表IP等級等級簡簡 要要 說說 明明定定 義義第第1位數(shù)字位數(shù)字0無防護無防護沒有專門防護沒有專門防護1防防50mmmm的固體的固

14、體人體大面積部分如手人體大面積部分如手(對有意識接觸無防護對有意識接觸無防護),直徑直徑50mmmm的固體的固體2防防12mmmm的固體的固體手指或類似物手指或類似物,長度不超過長度不超過80mmmm,直徑超過直徑超過12mmmm的固體的固體3防防2.5mmmm的固體的固體直徑或厚度大于直徑或厚度大于2.5mmmm的工具、電線等的工具、電線等,直徑直徑2.5mmmm的固體的固體4防防1.0mmmm的固體的固體直徑大于直徑大于1mmmm的線或片狀物的線或片狀物,直徑超過直徑超過1mmmm的固體的固體5防塵防塵并不防止全部灰塵進入并不防止全部灰塵進入,但進入量不妨礙設(shè)備正常運轉(zhuǎn)但進入量不妨礙設(shè)備正

15、常運轉(zhuǎn)6塵密塵密無灰塵進入無灰塵進入第第2位數(shù)字位數(shù)字0無防護無防護沒有專門防護沒有專門防護1防滴防滴垂直滴水應(yīng)無有害影響垂直滴水應(yīng)無有害影響215防滴防滴設(shè)備與垂直線成設(shè)備與垂直線成15角時角時,滴水應(yīng)無有害影響滴水應(yīng)無有害影響3防淋水防淋水與垂直線成與垂直線成60角范圍的淋水應(yīng)無有害影響角范圍的淋水應(yīng)無有害影響4防濺防濺任何方向濺水應(yīng)無有害影響任何方向濺水應(yīng)無有害影響5防沖水防沖水任何方向沖水應(yīng)無有害影響任何方向沖水應(yīng)無有害影響6防猛烈海浪防猛烈海浪猛烈海浪或強烈沖水時進入機殼水量應(yīng)無有害影響猛烈海浪或強烈沖水時進入機殼水量應(yīng)無有害影響7防浸水防浸水沉浸在規(guī)定壓力的水中經(jīng)規(guī)定時間后沉浸在規(guī)

16、定壓力的水中經(jīng)規(guī)定時間后,進入水量應(yīng)無有害影響進入水量應(yīng)無有害影響8防潛水防潛水能長期潛水能長期潛水,完全密封完全密封,進水量不產(chǎn)生有害影響進水量不產(chǎn)生有害影響 電流有直流和交流兩種。早期船舶多采用直流電力系統(tǒng)。我國艦船在60-70年代完成了向交流電制過渡，目前主要使用交流電制。然而艦船電力系統(tǒng)的電流種類，仍然會受到艦船能源類型或某種條件的限制，例如，采用蓄電池組為能源的常規(guī)潛艇，就很難推行交流電制；有較高調(diào)速要求的電力推進電力系統(tǒng)也往往采用直流電制。 船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述三三. . 船舶電力系統(tǒng)的電氣參數(shù)船舶電力系統(tǒng)的電氣參數(shù)1. 1. 電流種類電流種類 交流電站與直流電站相比，

17、前者設(shè)備成本和維護保養(yǎng)方面的費用及工作量比后者少得多；因為交流電動機沒有整流子，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、運行可靠。鼠籠式電動機可以直接起動，控制設(shè)備少。此外，交流動力網(wǎng)絡(luò)與照明網(wǎng)絡(luò)之間可通過變壓器實現(xiàn)電氣隔離。使絕緣電阻低的照明電網(wǎng)基本上不影響動力電網(wǎng)。交流電制也有利于船舶電氣化程度的提高和系統(tǒng)容量的增長。直流電站的優(yōu)點是調(diào)壓并車簡單，電動機起動時沖擊小。可實現(xiàn)大范圈平滑調(diào)速(這對電動起貨機尤為有利)，蓄電池組充電無須整流器等。然而，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流電制的優(yōu)點越來越不明顯，交流電制在國內(nèi)外各種船舶中占了主要地位。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述2. 電壓電壓 確定電力系統(tǒng)及其負載

18、的電壓等級，是電力系統(tǒng)設(shè)計的一項重要內(nèi)容。從減少導(dǎo)體電流的角度來看。提高電壓是有利的，可以減小電器元件的導(dǎo)電截面，節(jié)約有色金屬。如以電器在電壓為127V時的重量為1，則當(dāng)電壓為220V、380V和500V時，電器的重量分別近似地等于0.58、0.33和0.25。 另一方面，電壓的提高增加了電器滅弧的困難，為此對電氣設(shè)備的絕緣和安全方面提出了更高的要求，需要加大滅弧間隙，這樣又使電器的重量、尺寸增大，故在電壓高于600V時，其重量、尺寸減小很少。船舶電力系統(tǒng)概述船舶電力系統(tǒng)概述 目前世界各國對電壓等級的考慮，主要與本國陸上電制的參數(shù)能統(tǒng)一。我國發(fā)電設(shè)備具有230V(單相)、400V (三相)的額

19、定電壓。歐盟從1992年起規(guī)定低壓發(fā)電設(shè)備的額定電壓只允許使用230V/400V。由于船舶容量的增加，提高電壓是必然趨勢。在一些大型船舶、工銼船舶及艦船上，電站容量已達20 000-40 000kW以上，單機功率達3 000-5 000kW,這時仍采用400V電壓等級已成為不可能。因為當(dāng)三相400V和Cos=0.8，發(fā)電機額定相電流為5 700A時，就需要截面為3X240mm2的電纜18根并聯(lián)運行，這是不合理的。此外，這樣大的電流使開關(guān)保護電器復(fù)雜化。 綜上所述船舶電站額定電壓有向中壓發(fā)展的趨勢。國際電工委員會建議采用3. 3kV電壓；英美等國因為陸上有3.3，6. 6kV電壓等級，所以這些國家在巨型船舶上采用3.3，6.6kV；德國允許最高工作電源電壓為11 000V。這是充分估計了船舶電壓發(fā)展趨勢的最高電壓。我國電力 推進系統(tǒng)最高允許電壓規(guī)定直流為1 000V ，交流為6 300V。英國“伊麗莎白皇后二世”號客輪(