船舶电气安装工程概述

第一章 船舶电气安装工程概述 1 1 船舶电气安装工程的条件和内容 1 11 环境条件 船舶电气安装工程是船舶建造工程的组成部分 贯穿船舶建造的全过程 即从船体分段制 造到交船的全过程 为了缩短制造船周期 现代的建造方法是在分段上就开始电气安装 船舶是一座在水上浮动的城市 可能驶往寒冷的地方 也可能驶往炎热潮湿的地方 最高 温度可达 40C 45C 最低可达 25C 空气中有水气 盐雾 油雾和细菌 可能会受到暴雨 风浪的袭击 在风浪的袭击下船舶会纵向 横向摇摆倾斜 为了防止火灾蔓延 舱室和走道划分成若干区个防火区 水线下舱室之间采用水密隔舱 发生一舱进水事故 不会泄露至邻近舱室 殃及全船 船舶供安装电气设备和电缆的空间是有限的 多个机械和电气设备可能要安装在同一处所 电缆和水管 风管 油管或蒸汽管可能要通过同一部位 可能需要在寒冷 炎热或风雨天气情况下露天作业 船舶电气工程的对象是电气设备和链接设备的电缆 1 工艺依据 国际海上人命安全公约 SOLAS 国际电工委员会 IEC 国际海事组织 IMO 国际 标准化组织 ISO 等制定出满足船舶安全的规则 中国船级社 CCS 英国劳氏船级社 LR 德国劳氏船级社 GL 法国船级社 BV 挪威船级社 DNV 美国船级社 ABS 等制定相应的船舶建造规范 这些规范和准则对 保证船舶安全提出了船舶设计和建造必须满足的最低原则要求 电气安装工艺一般有 设备安装工艺 电缆敷设工艺 接地工艺 电缆切割和端头制作工 艺等 规范一般对电缆敷设和设备安装有原则性的规定 2 设备安装 系统设计按规范要求和使用要求选用船舶电气设备 防护是指防护固体和液体的侵入 防护等级用 Ipxx 表示 IP 后是两位数字 前一位表示防 护固体的大小 设备安装的准备工作是在油漆涂装之前 把设备安装件焊装资舱壁或甲板上 3 电缆安装 船舶电气安装工程的主要工作量是在电缆敷设和安装上 3 系统运行 4 船舶电气安装工程最终是要把所有系统设备链接起来 使设备按设计要求运行 交付 船东使用 电气安装工程还包括交付船东使用 包括 系统设备的码头实验 提交 航行实验 提交 缺陷修补 设备移交船东等 1 2 1 按目前的习惯 船舶建造分为船体 舾装和涂装三个部分 除船体结构和涂装油漆外 所 有安装工程都归入舾装 造什么样的船是在图纸上工作 怎样造船是在现场工作 1 2 3 1 配套准备 2 安装准备 3 电缆敷设 4 设备安装 6 码头实验 码头实验的目的是向检验部门和船东 或军方 提交符合实验大纲和船舶或舰艇建造规范 要求的各个电气系统 实验大纲规定了各个电气系统运行应满足的各项性能指标 以及为验证这些性能指标应进 行的实验项目 主要系统有 电力系统 照明系统 电力拖动系统和通信系统等 电力系统主要实验项目是主电站和应急电站 1 电站 1 负载 2 调试 3 发热试验 4 保护定值试验 5 并联运行试验 6 自动启动投入和退出 试验 7 连锁和应急切断试验 蓄电池和充放配电板 照明系统 电力拖动系统 1 机舱辅机 2 舵机 3 锚机 4 其他甲板机械 通信 7 试航 8 返修交货 2 1 1 1 发电 目前船舶主要是燃油发电 目前船舶采用的原动机较多的是柴油机 所谓发电是指发电输出端建立电压 把电压调节到所需的电压值 发电机就是可以提供电 力能源的电源 2 用电 用电设备是消耗电能的设备 是发动机的负载 一般称用电设备为负载 用电设备下号的电能越多 燃料燃烧消耗也越多 用电设备不使用时 发电机不提供电能 电原动机的螺旋仍需要消耗一定的燃油 补偿各运动部件的磨损等消耗 3 其他电源 船舶电源还使用化学能源 蓄电池 2 1 2 把电源和控制地分配给各种用电谁被 称为配电 用来配电的开关设备称为配电板 电源输出的功率和电流受到原动机和发电机额定容量的限制 超过额定值称为过载 供电 必须考虑的问题是防止发电机过载和外部短路带来的危害 过载会引起发电机发热 温度 超过允许值会引起发电机损坏 配电设备要通过输电线路 才能把电力输送到各用电设备 电缆导线的截面决定了允许的载流量 导线的截面除了妈祖负载电流外 还要保证用电端 的电压在允许范围内 2 2 1 供电设备 1 直流电制 交流电的电压和电流方向不随时间变化 直流电的优点 电动机尺寸小 结构简单 质量轻 价格便宜 维护保养方便 启动设备 简单 电压变换方便 照明系统与电力系统可以隔离 照明器具的绝缘故障不影响电力系 统 缺点 发电机电压调整复杂 并联操作麻烦 动态稳定性差 电动机调速困难 简单的调 速方法不稳定 方法复杂 设备价格昂贵 2 2 2 船舶电力系统采用交流电制 电压等级分为低压和高压 低压是不超过 1000V 的交流系统 高压是超过 1000V 的交流系统 一般商船和舰船都采用低压 我国船舶采用三相 380V 50Hz 这主要是考虑靠码头时可接用岸电 国外船舶 440V 60Hz 和 380V 50Hz 皆有 较多采用 440V 60Hz 采用 440V 60Hz 的船舶也可 以接用 380V 50Hz 的岸电 比 380V 50Hz 的船舶接用 440V 60Hz 的岸电更适合 电 压采用 3000V 6000V 或 10000V 船舶电力系统的高压在陆地上称为中压 10000V 以上 才称为高压 2 2 3 船舶电力系统有发电 配电 输电 和用电组成 配电与用电之间的输电线路称为电力网 或电网 主电源与主配电板构成主电站 应急电源越应急配电板构成应急电站 2 3 1 主电站 主电源是设在主机舱或辅机舱的发动机组 至少设置 2 台 一般商船设置 3 4 台 称为主 机发电 轴带发电机和废气透平发电机只能在航行中使用 主发电机和应急发电机一般都采用柴油机机组 为了保证用电设备的电压在允许范围内 陆地标准规定发电机的额定电压比用电设备高 5 发电机额定电压是 460V 和 400V 照明电压是 230V 380V 系统的频率是 50Hz 440V 系统的频率是 60Hz 发电机的额定功率确定后 额定电流的依据是额定功率因数 COS 0 8 滞后 依据是额定功率因数 COS 0 8 滞后 额定电流中有 0 8 是有功的 一般船舶发电机都设置自动电压调节器 简称调压器或 AVR 质量指标住主要是电压和频率的变化率和稳定性 并联运行 功率分配 有功分配 无功分配 温升是指在一定的冷却的介质温度条件下发电机额定运行时的温度升高限值 引起电气设备损坏的主要原因是过电流产生的热和短路电流产生的电动力 平时说设备过 热 烧坏就是指绝缘损坏 制定发电机绕组绝缘耐热的 A E B F 和 H 五个等级 在规定的环境温度下的绕组的绝缘耐热等级来决定 船舶规定为 45C 我国船级社规范要求交流发电机应能承受 150 额定电流 2 分钟而不发生有害变形 主发电机保护主要有 过电流 欠电压 和逆功率 过电流 超过额定电流称为过电流 欠电压 发电机电压低于额定值的不正常值称为欠电压 逆功率 发电机并联运行 某机的原动机故障 输出功率下降 直至无功率输出反而被其 他发电机拖动 进入电动机运行状态 主配电板由实现各种不同用途的功能屏组成 一般有发电机屏 同步屏 电力负载和照明 负载屏等 发电机屏 发电机屏用来控制和监视主发电机的运行 同步屏 也称为并车屏 是用来控制发电机投入或退出电网运行的 电力负载屏 用来向电力负载配电 设置若干电力负载开关 600A 以下的负载开关一般采 用塑壳断路器 装置式开关 600A 以上的周则采用框架式断路器 框架式断路器配置相 应的分 合闸按钮 照明负载屏 是用来向照明负载配电的 组合启动屏 是电动机控制中心 控制电动机运行 轴带发电机 由船舶主机驱动的发电机称为轴带发电机 直接供电 船舶采用变距桨 航行时主机转速基本不变 用这种主机驱动发电机 频率基 本不变 间接供电 船舶采用定距桨 主机转速按航行或作业的需要随时会变化 2 3 2 应急电站 一般商船特别是客船都设置应急电站 应急电站由柴油发电机组和应急配电板组成 2 3 3 临时应急电源 应急电源可以是蓄电池 蓄电池使用时间有限称为临时应急电源 蓄电池与充放电板组合构成临时应急电源装置 当主电网及应急电网失电或者电源降至额定值的 40 临时应急照明自动接通蓄电池供电 主电网及应急电网电压恢复时自动切断 蓄电池 主要使用的蓄电池有酸性蓄电池和碱性蓄电池两大类 充放电的方式 1 交互放电 2 浮充电 3 充电装置 采用浮充制 尽管浮充的电流很小 但是电压是蓄电池的 1 1 1 2 倍 充放配电板 是用来对蓄电池组进行充电控制和对直流用电设备或由蓄电池供电的设备 进行 配电的开关和控制的组合装置 简称充放电板 2 4 1 配电线制 配电线制规定用几根导线输电 三相交流电源有 3 个单相交流电源 3 个电源的关系是电压相位相差 120 度 3 个电源的一 端相互连接 出 4 个电源端子 接三相 平衡 负载用 3 根导线 每个电源端输出的电流经另外 2 相回路 称为三相三线 制 2 4 2 电源与各用户之间通过各种节点 即配电设备 用电缆线路连接起来 构成的网络称为电 力网 简称电网 按供电电源的不分 1 主电网 2 应急电网 3 临时应急电网 按供电方式分为 1 一次网络 2 二次网络 3 一次和二次网络 按用途分为 1 动力电网 2 照明电网 3 弱电电网 船舶电网的分类带有实用和习惯性 2 4 3 配电的任务是开 关和保护 配电配备 1 电力分配电板 2 照明分配电板 3 区域配电板 4 岸电箱 是用来在船舶泊岸 时接岸电用 我国规范规定 岸电是接入主配电板供电 有的出口船是接入应急配电板供 电 5 电力变压器 2 5 船舶用电设备按重要程度分为 重要设备和非重要设备 重要设备 是指保证船舶航行安全 船舶安全和人员安全所必需的设备 主重要设备 是为保持船舶航行推进和操舵需要连续运转的设备 次重要设备 是为保持船舶航行推进和操舵所必需但不必连续运转的设备 以及为保持船 舶安全和人员安全必需的设备 非重要设备 是指短时间不运转不会对船舶推进和操舵有损害 也不会危及乘客 船员 货物 船舶以及机 安全的设备 应急设备 是指在主电源失电后的应急状态下必须使用的设备 第三章 船舶运行的主要内容有 船舶航行 停泊和人员生活 推进船舶航行的动力机械称为主机 现在采用较多的主机是柴油机 3 1 以电动机为动力拖动各种工作机械的工作方式 称为电力拖动 船舶电力拖动的机械对象为 辅助机械 起锚系缆机械 起重机械 舵机和特种机械等 统称为船舶辅助机械或船舶辅机 甲板机械一般多指起锚 系缆机械和起重机械 3 1 1 电力拖动系统由电动机 控制设备 传动机构和工作机械组成 三相异步电动机 1 结构 星形接法 三角形接法 一般小型异步电动机的转子轴上装叶片风扇 旋转时自扇风冷却 额定数据 额定电压 P 额定电流 I 额定频率 f 电源电压 额定转速 绝缘等级和温升 环境温度 接法 工作方式 异步电动机的启动 1 直接启动 船舶电网允许直接启动的电动机的容量一般控制在电网容 量的 10 20 2 星 三角降压启动 3 自耦变压器降压启动 异步电动机的制动 制动方法 有机械和电气 回馈制动 反接制动 3 1 2 分类 1 机舱辅机 目前 一般商船和舰船都是以柴油机为推进动力 为柴油机主机服务的辅助机械一般都是 采用电力拖动 这些机械设置在主机舱或辅机舱 习惯上称机舱辅机 如 燃油辅锅炉 机舱通风机 空气压缩机 盘车机 安全和生活用辅机 日用海水泵 日用淡水泵 消防泵 压载泵 总用泵 舱底泵 舱室生活用辅机 甲板机械 备用泵自动启动 为主机服务的重要设备 一般设置 2 台 互为备用 航行时 1 台运行 1 台备用 3 1 4 锅炉是用来提供蒸汽的设备 船舶辅锅炉有 燃油辅锅炉 直接用燃油燃烧加热水产生蒸汽的锅炉 废气锅炉 利用柴油机运行排出的废气加热水产生蒸汽的锅炉 一般以柴油机为主机的船舶都设有燃油辅锅炉 辅锅炉自动控制内容 参数的自动调节 燃烧过程的程序控制 锅炉的安全保护等 废气锅炉是用柴油机排出的高温废气 通过锅炉加热水 产生水蒸气 柴油主机运行排出的废气 温度约 300C 400C 压力 0 1 0 25Mpa 用高温废气的热能加热 水产生水蒸气 可以节约能源 提高船舶航行的经济性 3 1 6 舵机 船舶航行依靠主机的动力推进 依靠舵手保持和改变航向 用于操纵舵叶偏转的机械设备称为舵机 传动方式 舵机电力拖动按工作电动机与舵叶的传动方式可以分为电动机械舵机和电动液压舵机两大 类 操舵方式 1 非随动操舵 2 随动操舵 3 自动操舵 4 其他操舵方式 系统组成 1 驱动系统 2 控制和检测系统 3 系统安全措施 3 2 1 入级附加标志 AUT 0 推进装置由驾驶室控制站遥控 机器处所包括机舱集控室周期无人值班 MCC 机舱集控站室有人值班对机电设备进行监控 BRC 推进装置由驾驶室控制站遥控 机器处所有人值班 自动化系统 1 控制系统 2 安全系统 3 监视视报警系统 3 2 2 主机遥控 1 主机操纵 2 主机操纵位置 3 遥控装置 3 2 3 电站自动化 船舶电站自动化基本功能是处理故障 1 故障处理 2 供电转换 3 功率管理 1 备用发电机的启动需求 2 多余发电机的解列需求 3 经济运行 4 重载启动询问 3 2 4 监测报警系统 对机械系统设备运行的检测报警 无论是有人或无人值班的机舱都必须设置 1 检测 2 报警系统 1 报警信号 2 报警应答 3 报警工作检测 4 报警闭锁 5 报警延伸 6 操作设置 3 监测报警系统 1 数据采集 2 系统组成 4 1 船舶照明包括确保航行安全和人员安全的照明 工作处所照明以及生活区域照明等 是船 舶航行 作业和船上人员生活的必要条件 船舶都是采用电气照明 4 1 1 照明电压 照明电压主要是提供电光源器件的电压 照明系统电压与电光源器件的电压是一致的 我 国陆地的照明电压是交流 220V 船舶固定安装的照明灯也多采用 220V 移动灯具例如手提 等必需采用安全电压 陆地采用 36V 船舶一般采用 24V 灯点的布置相对正常供电的照明少得多 一般采用 24V 有的大型船舶 灯点多 线路长 采用 110V 或 220V 4 1 2 照明光源 1 热辐射光源 过去船舶主要采用白炽灯泡 机舱内振动较大 灯具安装必须加减震器 220V 的白炽泡的功率从 10W 1000W 工作时需水平安装 倾角不能大于 4 否则会严重影响寿命 220V 的卤钨灯管的功率从 500W 2000W 2 气体放电光源 1 荧光灯 启动需要 1 3S 220V 荧光灯的功率从 4W 125W 2 高压钠灯 3 氙灯 4 1 3 照明灯具 照明电光源一般都需要与灯具组合使用 防护型 防潮型 防水型 防爆型 灯具由外壳 灯罩和灯座组成 航行灯灯具 照明性具 4 2 照明系统 4 2 1 分类 正常照明 由主电电源供电 应急照明 由应急电源供电 临时应急照明 由蓄电池供电 一般采用低压 24V 4 2 2 照明线路 1 机舱照明 2 居室照明 3 走道照明 4 2 3 强光灯 1 探照灯 用于远距离探射照明 用途 在狭窄航道和复杂水域夜航 照射航道和两岸 水面搜索 灯光通信信号 应用一般的驾驶室顶部安装用于照射航道和水面搜索的探照灯 2 投光灯 用于近距离作业照明 用途 夜间装卸作业的舱面 舷边和码头作业区照明 渔船夜间舱面作业照明 工作船夜间舱面拖 绞作业照明 救生艇 救生筏 舷梯等收放作业和水面照明 作业时需要补充照明的部位 4 3 航行信号灯 4 3 1 航行灯 1 海船航行灯的基本设置 长度大于 50m 的船舶 设置前桅灯 后桅灯 小于 50m 的船舶 桅灯只设 1 盏 左舷灯 右舷灯和艉灯等 5 种灯 各航行灯的颜色 照射弧度和照射的能见距离有严格规定 相互不能替换 例如桅灯为白 透明 色 照射 225 度 能见距离 6 海里 舷灯左红 右绿 照射 112 度 能见距离 3 海里 艉灯为白 透明 色 照射 135 度 能见距离 3 海里 电光源采用白炽灯 2 航行灯控制 航行灯熄灭的原因主要是断丝 但也可能是灯头接线松动 短路或绝缘故障 在这种情况 下双线灯泡换灯丝也不能再亮 4 3 2 信号灯 这里的信号是指船舶向外部发出的信号 属于这类信号的有声号 旗号和灯号 旗号只能在白天使用 夜间必须使用灯号即信号灯 信号灯用有色 无遮挡 360 度可见 无防护的灯具 安装在罗经平台甲板上的信号灯小 桅杆上 左右 上下排列 电光源采用白炽灯 按国际规定的信号意义点亮一组灯 表示本船的状态或需求 例如 上下白 绿 红 表 示本船厂码头试车 白 红 绿 表示本船需要污水船 白 绿 表示本船需要拖轮等 5 1 船舶无线电通信 电磁波的波长范围由 m 至 0 75mm 按电磁波的特点可以分为超长波 长波 短波 超短波 和微波 全球海上遇险与安全系统 缩写为 GMDSS GMDSS 包括下述内容 船舶遇险时船对岸 船对船以报警为目的的单向通信 岸对船的指令或请求前去援助救护 的单向通信 援助协调和现场求助的双向指挥通信 向众多船舶播发服务性的多种航行警告和气象预报的集群性报文 搜索救助场合的示位信息和各种遇险的位置测量 A1 海区 指至少由一个具有连续数字选择性呼叫报警能力的甚高频 VHF 岸台的无线电话 所覆盖区域 一般以该岸台为中心 半径为 25n mile 的海域范围 A2 海区 指除 A1 海区外 至少由一个具有连续数字选择性呼叫报警能力的中频 MF 岸台 的无线电话所覆盖的区域 一般是以该岸台为中心 半径 100n mile 150n mile 的海域范 围 A3 海区 指 A1 和 A2 海区以外 由具有连续报警能力的国际海事卫星所覆盖的区域 一般 是指南纬和北纬 70 度以内的海域 A4 海区 指 A1 A2 或 A3 海区以外的区域 一般指南纬和北纬 70 度以外到两极之间的海域 波段波长频率应用范围特点 超长波 m 10000m3kHz 30kHz 岸 潜艇通信 海上导航 稳定可靠 通信 距离远 长波 10000 m 1000 m30khz 300khz 大气层内中距离 通信 海上导航 由电离层 E 反射 近距离地波传播 为主 远距离天 波传播 中波 1000m 100m300khz 3mhz 广播 海上导航 由电离层 E 反射 白天地波传播为 主 夜晚为天波 传播 短波 100m 10m3mhz 30mhz 广播 远距离通信 能穿过电离层 E 由电离层 F 反