船舶电力系统组成

1、第第1212章章 船舶电力系统组成船舶电力系统组成 教学要求： 1.掌握船舶电力系统的组成及其特点、基本参数、发电机容 量选择原则； 2.掌握配电装置的类型、基本要求； 3.掌握船舶电网的类型、接线方式、线制及其保护； 4.掌握同步发电机的保护类型及其具体实现。 12.1 12.1 船舶电力系统船舶电力系统 船舶船舶 电力电力 系统系统 控制电器控制电器 负载负载 船舶电力网船舶电力网 船舶配电装置船舶配电装置 船舶电源装置船舶电源装置 电工测量用仪器、仪表电工测量用仪器、仪表 图12-1 典型船舶电力系统简图 典型船舶电力系统简图 ACB ACB空气断路器空气断路器 MCB MCB装置式断路

2、器装置式断路器 G G 主发电机主发电机 EG EG 应急发电机应急发电机 ABTSABTS汇流排转换接触汇流排转换接触 器器 将机械能、化学能等能源转变为电能的装置。 船舶电源主要是指发电机和蓄电池。 柴油机柴油机 发电机发电机 对电源即发电机发出的电能、电力网和电力负载进行 保护、分配、转换、控制和检测的装置。 根据供根据供 电范围电范围 和对象和对象 的不同的不同 可分为：可分为： 主配电板主配电板 应急配电板应急配电板 动力分配电板动力分配电板 照明分配电板照明分配电板 蓄电池充放电板蓄电池充放电板 船舶负载 动力装置用辅机甲板机械甲板机械 滑油泵滑油泵 海水冷却泵海水冷却泵 淡水泵淡

3、水泵 鼓风机鼓风机 锚机锚机 绞缆机绞缆机 起货机起货机 舷梯机舷梯机 起艇机起艇机 舱室辅机船舶舵机 生活用水泵生活用水泵 消防泵消防泵 舱底泵舱底泵 为辅锅炉服为辅锅炉服 务的辅机等。务的辅机等。 按系统可分为以下几类： 船舶负载 电力推进设备电力推进设备机修机械机修机械 主电力推进主电力推进 系统系统 首尾侧推装首尾侧推装 置置 车床车床 钻床钻床 电焊机电焊机 照明设备 冷藏集装箱冷藏集装箱 空调空调 伙食冷柜伙食冷柜 通风机等。通风机等。 船舶负载 厨房设备厨房设备弱电设备弱电设备 电灶电灶 电烤炉等厨电烤炉等厨 房机械用辅机房机械用辅机 电茶炉等电茶炉等 无线电通信无线电通信 导航

4、设备等导航设备等 主要有各种类型的控制箱、接触器、继电器、主要有各种类型的控制箱、接触器、继电器、 各种控制器和主令电器等。各种控制器和主令电器等。 船舶上常用的电工测量仪表有万用表、兆欧表、船舶上常用的电工测量仪表有万用表、兆欧表、 钳形电流表、交（直）流电压表、电流表、功率钳形电流表、交（直）流电压表、电流表、功率 表、功率因数表、频率表、交流并车屏上的整步表、功率因数表、频率表、交流并车屏上的整步 表、平时用于检修的直流稳压电源和自耦变压器、表、平时用于检修的直流稳压电源和自耦变压器、 示波器等。示波器等。 几乎所有大中型船舶均采用。 世界各国对电压等级的选用与本国陆上电制参数一致，使

5、。 我国采用我国采用50Hz50Hz，西欧各国、美国采用，西欧各国、美国采用60Hz60Hz的频率标准。的频率标准。 单台发电机容量最大已达1200MW1200MW，电力系统总的装 机容量大约在1000MW 1000MW 100000MW100000MW。 陆上电力系统一般都由许多个不同类型的发电站联 网运行，其电源容量可以认为是无限大电源系统。 通常电源多为单一电站，船舶电站大多由2 2 4 4台 同容量、同型号的发电机组组成。 船舶电站单机容量约为几百几千KWKW，船舶电站总 装机容量为（2 2 4 4）倍的单机容量。 陆上陆上 电力电力 系统系统 船舶船舶 电力电力 系统系统 船舶电站配

6、电装置也简单、可靠，只采用低压电器 开关及控制和保护装置，除照明须配置容量不大的变压 器外，并无其他的变压设备，一般船舶电站直接对用电 设备供电。 船舶用电设备虽然较多，但比较集中，在船舶有限 的长度内，电源与用电设备之间的距离很短，因此线路 阻抗很低，线路压降小，电能损失较小，但短路电流大， 特别是在汇流排处的短路故障。 货轮和油轮的典型运行工况大致划分如下：货轮和油轮的典型运行工况大致划分如下： 由于船舶工况变化较多，不同工况对应的船舶电力系统的 用电量明显不同。 船舶在海上航行，必然受到各种恶劣气候条件的影响， 给船舶电气设备的正常、安全运行带来很多困难，这些困 难可能造成比陆地上更加严

7、重的后果。 环境温度变化大 相对湿度较大 金属部件易于腐蚀 工作稳定性差 电磁污染严重 工作环境恶劣( (三防: :防潮湿、防霉菌、防盐雾) ) （1）适应振动和冲击的条件 （2 2）适应倾斜和摇摆的条件 （3 3）适应环境温度条件 （4 4） 耐受潮湿、盐雾、油雾和霉菌的环境条件 （5 5）满足防护要求 我国电气设备的防护等级采用我国电气设备的防护等级采用国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）推荐的国际推荐的国际 防护防护IP等级标准等级标准。 （6 6） 适应船舶电网电压和频率的波动 （7 7）满足尺寸小，质量轻要求 12.2 船舶电站容量和机组台数的选择 船舶电站容量和发电机组数量是从

8、满足船舶用电的需 求，并保证船舶安全性和经济性而确定的。船舶电站 容量既不等于全船所有用电设备的标称功率总和，也 不等于船舶某一运行工况下所有用电设备标称电功率 的总和。 发电机组数量的选择和单机容量的确定既与电站容量 有关，也与各工况的用电量大小和相对运行周期长短 有关。 2. 2. 确定电站容量的基本原则 电站容量应能满足船舶在各种运行况下的 用电量，并有适当的裕量，确保连续可靠 的供电。但从经济性考虑，冗余功率又不 能太大。 3. 3. 发电机组容量和数量的选择原则 发电机组的总容量决定于电站的总容量，发发电机组的总容量决定于电站的总容量，发 电机组的单机容量和机组数量由以下几个基本电机

9、组的单机容量和机组数量由以下几个基本 原则确定：原则确定： v 单机组容量：以最高负荷单机组容量：以最高负荷80%80%来定。来定。 v 船舶电站必须有备用机组船舶电站必须有备用机组 v 各机组的使用寿命应与主机寿命相当各机组的使用寿命应与主机寿命相当 v 维修管理方便维修管理方便 二、二、 应急发电机容量的确定应急发电机容量的确定 规定客船和500500总吨以上的货船应设有独立的 应急电源。它可以是发电机，也可以是蓄电池组。 1目的和原则目的和原则 一般应急发电机需对舵机之类较大的电动机 负载供电。 确定应急发电机的容量通常基于下述设备所需的电功率， 即：航行灯、信号灯、应急照明设备、应急报

10、警和信号装置、 火灾探测和报警装置及防火门的固定和释放系统；在紧急状 态下所需要的船内通信设备、应急消防泵、自动喷水泵、应 急舱底泵及其电动遥控设备、应急时使用的舵机、动力操作 水密门及其指示器、报警器以及其他需要应急发电机供电的 用电设备。 2容量确定容量确定 三、电站容量的计算三、电站容量的计算 电站容量的计算方法有许多种，海上运输船舶一般 都采用。三类负荷法是一种在电力设备具 有较充分的数据前提下进行全船电力负荷计算的方法。 1负荷分类 负荷按使用情况分为以下三类： （1）第类负荷：连续使用的负荷； （2 2）第类负荷：短时或重复短时使用的负荷； （3 3）第类负荷：偶尔短时使用的负荷以

11、及按操作 规程可以在电站尖峰负荷时间以外使用的负荷。 万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类 2电动机负荷系数的计算 （1）电动机利用系数1 1 K 1 2 1 P P K P P 通常电动机的额定功率应略大于机械设备的额定功率。 （2 2）机械负荷系数K K2 2 2 3 2 P P K P P3 3电机拖动的机械设备 （3 3）电动机负荷系数K K3 3 21 1 3 3 KK P P K （4 4）电动机以额定功率运行时从电网吸收的功率 e P P 1 4 e （5 5）电动机实际消耗的功率P P5 5 43 1 3 3 5 PK P K P P P P2 2 （6 6）无功功率Q Q5

12、 5 为电动机的功率因数角。 tan 55 PQ 3 3系数的确定 （1 1）负荷系数的确定 一般机械的轴功率可由产品样本查得，机械负荷系数 可根据轮机专业或舾装专业提供的设备实际使用数据 来确定。 （2 2）同时系数的确定 对第类负荷来说，考虑到各辅机和用电设备最大 负荷的不同时性，同时系数选0.80.9。 对第类负荷来说，可按该负荷平均使用时间与工 作周期之比来估算： 用电设备一个工作周期 期内的平均工作时间用电设备在一个工作周 0 K 4负荷表的编制 （1）根据轮机、舾装等专业提供的数据选择电动 机和电气设备，并计算各电动机和电气设备 的额定所需功率； （2）根据船舶类型选择所需计算工况

13、，确定各工 况下所需使用的电动机、电气设备和使用情 况，并进行分类； （3）确定负荷系数，并计算各用电设备的实际使 用功率； （4）计算每一工况下各类负荷的总功率，按其同时系 数计算总负荷。在交流电制中，还需要计算无功 功率和平均功率因数； （5）考虑5%的网络损耗，得出发电站的功率； （6）根据上述计算，选择发电机组，并核算各工况下 发电机的负荷百分率，一般来说发电机应有10 20%的储备功率。 一、配电装置的主要功能 （1）正常运行时，手动或自动接通或切断电源至用电设备间的供电网 络，对电网供电或停止供电。 （2）测量和监视电力系统的各种电气参数（电压、频率、电流、功率、 功率因数、绝缘电

14、阻等）。 （3）调整电力系统的各电气参数值（例如电压、频率的调整）。 （4）当电力系统发生故障或不能正常运行时，保护电路将自动地切断 故障电路或发出报警信号。 （5）对电路状态、开关状态以及偏离正常的工作状态进行信号显示。 配电装置是接收和分配电能，并对电网实现保护的设备。 返回 二、配电装置类型 1.主配电板 2.应急配电板 3.充放电板 4.区域分配电板 5.岸电箱 6.交流配电板等 1.1.主配电板 由发电机控制屏、并车屏、负载屏和连接母线 四部分组成。 并车屏并车屏负载屏负载屏发电机控制屏发电机控制屏 （1）发电机控制屏）发电机控制屏 作用：用来控制、调节、监视和保护发电机组。作用：用

15、来控制、调节、监视和保护发电机组。 每台发电机组均配每台发电机组均配有单独的控制屏。有单独的控制屏。 组成：组成： 上部为测量仪表上部为测量仪表电流表（测线电流）、电压表（测线电电流表（测线电流）、电压表（测线电 压）、频率表、功率表、功率因数表和仪用电压及电流互感压）、频率表、功率表、功率因数表和仪用电压及电流互感 器器、转换开关、原动机调速马达操作开关和指示灯等；、转换开关、原动机调速马达操作开关和指示灯等； 中部为主开关（含逆功率继电器）、指示灯等；中部为主开关（含逆功率继电器）、指示灯等； 下部为自励恒压装置。下部为自励恒压装置。 （2）并车屏）并车屏 并车屏用于交流发电机组的并联运行

16、、解列等操作。并车屏用于交流发电机组的并联运行、解列等操作。主主 要由频率表（电网和待并机）、同步表与同步指示灯及其转要由频率表（电网和待并机）、同步表与同步指示灯及其转 换开关、调速开关、合（分）闸按钮、换开关、调速开关、合（分）闸按钮、投切顺序选择和转换投切顺序选择和转换 开关等组成。有的还设有汇流排分段隔离开关、粗同步并车开关等组成。有的还设有汇流排分段隔离开关、粗同步并车 电抗器、自动并车装置等。电抗器、自动并车装置等。 负载屏装有装置式空气开关、电压表、电流表、负载屏装有装置式空气开关、电压表、电流表、 转换开关、绝缘指示灯、兆欧表以及与岸电箱相连的转换开关、绝缘指示灯、兆欧表以及与

17、岸电箱相连的 岸电开关等。岸电开关等。 （3）负载屏）负载屏 负载屏的主要功能是对各馈电线路进行控制、监 视和保护，通过装在负载屏上的馈电开关将电能供给 船上各用电设备或分配电板。它包括动力负载屏和照 明负载屏。 （4）汇流排）汇流排 交流汇流排按从上到下(垂直排列)，从左到右，从前到后 （水平布置）的顺序依次为A相、B相、C相（或U相、V相、 W相）。汇流排的颜色依次为绿色、黄色、褐色或紫色，中 线为浅蓝色（若有接地线则接地线为黄绿相间颜色）。 直流汇流排按从上到下直流汇流排按从上到下(垂直排列垂直排列)，从左到右，从前到后，从左到右，从前到后 （水平布置）的顺序依次为正极、中线、负极。其正

18、极颜色（水平布置）的顺序依次为正极、中线、负极。其正极颜色 为红色，负极为蓝色，中线为绿色和黄色相间色。为红色，负极为蓝色，中线为绿色和黄色相间色。 A B C N 2. 分配电板 分配电板是向成组用电设备进行供电的开关和控分配电板是向成组用电设备进行供电的开关和控 制设备的组合装置制设备的组合装置。对额定电流不超过。对额定电流不超过16A的电气设的电气设 备进行供电的开关板，也称为分电箱，主要有动力分备进行供电的开关板，也称为分电箱，主要有动力分 配电板和照明分配电板两种。配电板和照明分配电板两种。 区域分配电板由主配电板或应急配电板馈电， 是对耗电大于16A的电器设备进行供电的开关板。 3

19、. 应急配电板 应急配电板的功能是控制和监视应急发电机组的工作状况， 并向应急用电设备供电。它与应急发电机组安装在同一舱室内， 一般位于艇甲板上。 应急配电板由应急发电机控制屏和应急配电屏组成，其上面 安装的仪器仪表与主配电板类似，只是应急发电机不需要并联 运行而无需逆功率继电器和同步表。 应急发电机组均有自动起动装置，当主电网断电并延时确应急发电机组均有自动起动装置，当主电网断电并延时确 认后，应急发电机组一般在认后，应急发电机组一般在45s内可以自动起动成功并向应急内可以自动起动成功并向应急 电网供电，而主电源恢复供电后，应急发电机组便自动脱离电网供电，而主电源恢复供电后，应急发电机组便自

20、动脱离 并自动停车。并自动停车。 船舶主电网与应急电网间 单线原理简图 ： 应急配电板的接线应该反映出主发电 机、应急发电机和岸电开关之间的电 气联锁。防止非同期合闸（在几个电 源之间）。 应急电网平常由主配电 屏供电，母线联络开关对应急电屏进 行电气联锁；主发电机失压应急发电 机自动起动，联络开关自动打开，并 经应急配电屏（主开关自动合闸）向 应急电网供电；主电源恢复应急发电 机主开关自动打开，以免与主电网发 生冲突。 4. 充放电板 船舶小应急照明、操纵仪器和无线电设备的电源均采用蓄 电池，船舶设置充放电板对蓄电池进行充电、放电，实现向 用电设备正常供电。 常用充放电板的原理接线如图所示，

21、主要有以下两部分 组成：（1）电源部分；（2）充放电回路。 SA1为整流电源开关，SA2为整流后的总电源开关，电源回路中设置有熔断器、 电压表和电流表。 用整流器充电的充放电板原理图 在每一个充电回路应设有防止逆流的逆电流继电器或二极管，当主应急电网在每一个充电回路应设有防止逆流的逆电流继电器或二极管，当主应急电网 都失电时，接触器都失电时，接触器KM1线圈失电，常闭触头闭合，直接向小应急用电设备供电线圈失电，常闭触头闭合，直接向小应急用电设备供电 ，其余用电设备分别利用开关送电。，其余用电设备分别利用开关送电。 5. 蓄电池 船上使用的应急蓄电池有酸性（铅）蓄电池和 碱性（铁镍、铬镍）蓄电池

22、两种。船上一般采用酸 性蓄电池为多，主要是因为其具有体积小，价格便 宜，维护方便等优点。 蓄电池主要有如下用途：蓄电池主要有如下用途： 作为小应急电源（应急照明、航行灯）及内部通 讯电源； 作为机舱巡回监视系统的备用控制电源； 作为应急柴油发电机的起动电源； 作为救生艇柴油机的起动电源； 作为无线电收发报机的电源。 图12-8 酸性蓄电池结构图 1-电极桩头；2-透气塞；3-连接条；4-容器 酸性蓄电池的结构和工作原理 酸性蓄电池主要由容器、极板、隔板三部分构成， 其外形结构如图12-8所示。 酸性蓄电池是利用铅、二氧化铅和硫酸的化学反 应来储存和释放电能的装置。它的工作原理可用如下 化学方程

23、表示： 224424 PbO2H SOPbPbSO2H OPbSO 充 放 （正极） （电解液） （负极） （正极） （电解液）（负极） 通过化学方程式可以看出：蓄电池放电时会产生 水，电解液比重降低；充电时生成硫酸，比重增加。 根据这个原理，可以用比重计来测量电解液的比重， 蓄电池的电动势与电解液比重（相对密度）有关，比 重高，电动势也高，二者的关系可用经验公式表示如 下： dE84. 0 E E蓄电池的电动势， d电解液的比重。 碱性蓄电池 碱性蓄电池由容器、极板和活性物质构成 碱性蓄电池可分为镉镍(Cd-NJ)、铁-镍(Fe-Ni)、锌银 (Zn-Ag)、镉银(Cd-Ag)等系列。船舶主

24、要采用镉镍、 铁镍蓄电池，下面以镉镍碱性蓄电池为例作介绍。 碱性蓄电池的电解液为20的氢氧化钾(KOH)水溶液(或纯氢氧 化钠溶液)，比重为1.21.27。蓄电池充电时将电能变为化学能 储存起来，放电时将化学能变为电能输送给用电设备，两电极 所发生的化学反应是可逆的。在充放电过程中总的化学反应方 程式为： 223 )(22)()(22OHNKOHOHCOHNKOHC idid 碱性蓄电池中每个电池的电动势为1.25V。放电时， 电压变化在1.21V范围内，电流增大时可达到0.7V， 低于0.7V就不应再放电。充电时，电压变化在 1.4I.8V范围内。 电解液在充放电过程中只作电流的传导体，不参

25、与化学反应， 其浓度不变，因而不能根据比重来判断充放电的程度，只能 采取测量电压的方法来判断碱性蓄电池的充放电的程度。 蓄电池的容量 蓄电池的储存电能的能力称为容量。容量一般用 安培小时来表示，它等于放电电流I与放电时间t的乘 积，即，Q=I t(Ah) 。 碱性蓄电池的容量一般是以8小时作为标准放电 电流。 酸性蓄电池通常以10小时的放电电流为标准放电 电流。额定容量被定义为在电解液温度为25，以10 小时放电电流连续放电至终止电压时所输出的容量。 例如 200Ah容量的酸性蓄电池是指能以20A的电流放 电10h。 蓄电池的容量与放电电流的大小及电解液的温度 有关，因此如果超过标准放电电流进

26、行放电，不但会 降低容量，而且会严重影响蓄电池的寿命。 （1）充电的方法和种类 充电方法： l 恒电流充电以恒电流充电至放电结束； l 恒电压充电以恒电压进行充电； l 恒电流恒电压充电充电初期通以适当的恒定大电流，达到某一电压时，保持恒 定电压进行连续充电； l 连续补充充电给无负载的蓄电池自行放电进行补充充电的方法； l 分段充电按2段3段变化恒电压或恒电流充电电流进行充电。 恒压充电法充电过程中充电电压始终保持不变, 这种方法装置简单,方法容易。但是，刚开始充电 时，充电电流大大超过正常充电电流，容易造成极 板弯曲，活性物质脱落。此外，随着蓄电池电压的 上升，充电电流逐渐减小，会使极板深

27、处得不到很 好的还原，电能贮藏不足，因此，船上一般不采用。 恒流充电法充电过程中充电电流始终保持不变。 由于充电过程中电池电压逐渐升高，为保持充电电 流不致减少，充电电源的电压就必须不断提高。这 种要求给操作带来很多麻烦，而且到充电后期，充 电电流还是很大，会造成电解液中的水分解，形成 很多气泡，不仅损失电能，也容易破坏极板。 分段恒流充电法 第一阶段充电电流调整在1/10额定容量值上 进行充电；按第一阶段充电电流充电10小时左右， 单个电池上升至2.4V左右时(蓄电池可能会发出气 泡)，应转入第二阶段充电； 第二阶段充电电流调整在1/20额定容量值上 进行充电；按第二阶段充电电流充电35小时

28、， 调整电解液的比重，使其达到1.285左右； 再按第二阶段充电电流充电1小时，至此即完 成整个充电。 目前，多数船舶上都采用此法。 4）船用蓄电池的充放电方式 （1）充电的方法和种类 充电种类： 初次充电使用铅酸蓄电池时，初次向电池内加入电解液进行充电，充电的第 一阶段电流为额定容量的0.07，充电到单格电压上升到2.4V为止；第二阶段电流为额定 容量的0.04，充电到单格电压上升到2.5V，且相对密度和电压在3h内稳定。 正常充电对已经放过电的蓄电池，为了使其恢复到原来规定容量而进行的充 电，充电分两阶段进行，第一阶段按标准充电制的电流（额定容量的0.1）充电67h； 第二阶段用第一阶段充

29、电电流的一半充电23h。 4）船用蓄电池的充放电方式 （1）充电的方法和种类 充电种类： 均衡充电多个小蓄电池组合使用的蓄电池在长时间使用后，各小电池往往产生 相对密度、容量不均衡现象，为此需要每月进行一次均衡充电，其方法是先进行正常充 电；静置1h后，用初次充电第二阶段的电流充电到有剧烈气泡产生为止；再静置1h，反 复上述充电过程，直到电压和相对密度保持稳定才完成。 蓄电池的充放电方式 有交互充放电方式、浮充方式、交互充放电与浮充相组合的方式。 蓄电池在使用过程中往往因长期充电不足，过放电 或外部短路等原因使极板硫化，从而使充电电压和 电解液相对密度都不容易上升。为了使蓄电池良好 运行，对下

30、列情况必须进行过充电。 蓄电池放电到极限电压以下； 蓄电池放电后，停放12昼夜没有及时充电； 蓄电池极板抽出过； 以最大电流放电超过限度 电解液内混有杂质 个别电池极板硫化，充电时相对密度不易上升。 通常对长期担负工作的蓄电池，每月至少进行一 次过充电，对负载较轻的蓄电池，也应每23个月 进行一次过充电。 酸性蓄电池过充电有两种方法： 充电终了，该用正常充电率的一半电流继续充电。 在电压和电解液相对密度均为最大值时，每隔半小 时观察一次电压和测量一次相对密度。连续四次， 如无变化，而极板冒泡激烈，即停止充电。 充电结束后，停止充电1小时，再改用正常充电 率的一半电流充电，至冒泡后停止1h，再充

31、，如此 重复23次，直至电压及相对密度均无变化并冒泡 激烈为止。 对于碱性蓄电池，一般工作1012次充放电循环或 每月应进行一次过充电。充电方法是以正常充电电 流充6h，再以正常充电电流的一半连续充电6小时。 （1）蓄电池维护的周期、内容与要求）蓄电池维护的周期、内容与要求 每十天要检查一次电压、电解液的相对密度及高度 。 不常使用的蓄电池，每月至少要检查一次，并进行补充电 。 蓄电池表面，每三个月进行一次彻底清洁 。 5 ）蓄电池的日常维护、保养 对于酸性蓄电池： 每十五天检查一次电压、电解液相对密度及高度 。 每两个月检查一次蓄电池螺丝塞和透气橡皮套管 。 每六个月要彻底清洁一次蓄电池的外

32、表面。 对于碱性蓄电池： （2）蓄电池维护保养注意事项 注意保持蓄电池表面及整体清洁 。 保持极柱、夹头和铁质提手等处的清洁 。 平时注意盖好注液孔的上盖，以防止船舶航 时电解液溢出，或海水 进入到蓄电池里，必 须保持气孔畅通。 蓄电池放电终了，应及时按要求进行充电。 蓄电池室内严禁烟火。 碱性蓄电池充电时，不要取下气塞，以防进 入大量碳酸气，而使电解液失效。一般每年 或使用过50100次充放电循环，应更换一次 电解液，要注意保持排气胶管畅通，定期打 开气塞排气，防止气体聚集太多而造成蓄电 池膨胀。 6. 岸电箱 岸电箱通常设置在主甲板以上的位置岸电箱通常设置在主甲板以上的位置,面板上应设有面

33、板上应设有 指示灯以指示外来电缆是否有电，箱内还应设置岸指示灯以指示外来电缆是否有电，箱内还应设置岸 电相序的监视设备。电相序的监视设备。 111 (cos90sin90 )(cos( 120 )sin( 120 )(cos120sin120 ) 2 1313 () (1) 2222 ( 0.20.6) 22 CAB N UUU jRRR U jRRR UjUjUj j U jjj U j jU jj sin() A ut sin(120 ) B ut sin(120 ) C ut A U B U C U A U B U C U ( 0.50.866)( 0.20.6) ( 0.31.466)

34、 BBN UUU jUjU jU ( 0.50.866)( 0.20.6) ( 0.30.266) CCN UUU jUjU jU 1.49 B UU 0.4 C UU A U B U C U 相序指示器：接电容为A相，灯亮的为B相，灯暗灯亮 的为C相. 交流船舶接岸电时，还应注意如下各项：交流船舶接岸电时，还应注意如下各项： 交流船舶接岸电时，还应注意如下各项：交流船舶接岸电时，还应注意如下各项： 船舶电力网泛指主配电板和应急配电板到用 电负载之间的电缆连线，是介于船舶电源和用电 设备之间的传输、分配电能的传输线路的总称。 因船舶负载的种类和数量颇多，不可能每个负载 都直接由主配电板或应急配

35、电板供电，有许多成 组用电设备是由区、分配电板供电。 12.412.4 船舶电力船舶电力 网网 一次网络：从主配电板到直接供电负载或分配电 板之间的电网。 二次网络：由分配电板到负载之间的电网。 返回 (2) 正常照明配电网络该电网由照明变压器副 边算起通过主配电板中的照明负载屏馈电给各 照明分配电板，再由各分配电板供电给全船所 有舱室及甲板的照明灯具。 (3) 应急电网当主电源失电时，应急电源自 动起动并通过应急电网供电给应急用户。 一、船舶电力网的分类 (1) 动力配电网络主要指供电给三相异步电动 机负载的电网，也包括供电给380 V三相电热负 载的电缆。该网络输送的电能占全船全部电能的

36、70%左右 (5) 弱电网络-是向全船无线电通讯设备、各种助 航设备、信号报警系统等用户供电的低压直流 电网或中频电网，因其对供电电压、频率等有 特殊要求，因此需专门配置蓄电池及变流机组 （逆变装置）。 (4) 小应急电网由24 V蓄电池提供的直流电通过 小应急电网馈电给小应急照明以及主机操纵台、 主配电板前后、锅炉仪表、应急通道出入口处、 艇甲板等处的照明以及助航设备等。蓄电池的容 量应满足小应急用户使用30min。 二、船舶电网的配电方式（接线方式） 1.1.配电方式 1）500V以下电网的配电方式 大多船舶电压等级在500V以下，采用两种 结线方式:放射放射状和环状。 返回 放射式放射式

37、 放射式特点放射式特点 环环 式式 其主馈电线是一个环其主馈电线是一个环 形闭合回路。形闭合回路。 每一用电设备均可以从线每一用电设备均可以从线 路的两个方向获得供电，当一路路的两个方向获得供电，当一路 主馈电线路出现故障时，另一路主馈电线路出现故障时，另一路 仍可保持供电；此外，减少了主仍可保持供电；此外，减少了主 馈电电缆的数量和长度及主配电馈电电缆的数量和长度及主配电 板的尺寸。板的尺寸。 不便于在主配电板上对各不便于在主配电板上对各 馈电线路实行集中控制。馈电线路实行集中控制。 目前，除少数对供电可靠性要求特别高的商船和大型客轮采用 环状电网外，绝大多数船舶采用放射式结线方式。 环环式

38、特点式特点 2）500V以上船舶电网的配电方式 树干式树干式 放射式放射式 桥式桥式 桥式综合桥式综合 a,b 结构简单，结构简单， 可靠性不高，对可靠性不高，对 重要负载在故障重要负载在故障 工况时，有失电工况时，有失电 的可能。的可能。 c,d 结构不是很结构不是很 复杂，供电可靠复杂，供电可靠 性提高了。性提高了。 指直接与船舶航行、货物的保存、船舶与人身安全有 关的电气设备。在配电方面通常采取如下措施： 船上许多重要负载常是两台，将两组分别由配船上许多重要负载常是两台，将两组分别由配 电板上两段独立的汇流排供电（两段汇流排之电板上两段独立的汇流排供电（两段汇流排之 间用自动开关连接），

39、则可提高供电的可靠性。间用自动开关连接），则可提高供电的可靠性。 3.主电网与应急电网的连接方式 在正常条件下联络开关闭合，重要负载经应急配电板由主电源 供电，当主电源出现故障、主汇流排失电时，联络开关自动断 开，应急电源则自动投入应急电网向这些重要设备供电。 动力系统与照明 系统采用变压器隔 离,绝缘性能相对较 好,安全可靠。 1.三相三线绝缘系统三相三线绝缘系统 三、船舶电网的线制 三相绝缘系统 中性点接地的三相四线系统 3. 中性点接地的三相三线系统中性点接地的三相三线系统 利用船体作为中 线形成回路，节省电 缆，容易发生触电和 短路故障。 中性点接地三相系统 四、船舶电缆四、船舶电缆

40、船舶电缆在结构上和用途上都区别于电线。船舶电缆在结构上和用途上都区别于电线。 船用电缆主要由导电芯线，电气绝缘层和防护套 三部分组成。 船用电缆构造 3) 防护套：保护电缆不受油水、盐雾、化学腐蚀防护套：保护电缆不受油水、盐雾、化学腐蚀 和机械损伤（或阻燃）。和机械损伤（或阻燃）。 2) 电气绝缘：芯线之间、芯线与外界之间的绝缘。电气绝缘：芯线之间、芯线与外界之间的绝缘。 1) 导电芯线：传输电能（单股多股，单芯多导电芯线：传输电能（单股多股，单芯多 芯，芯线截面积不同）。芯，芯线截面积不同）。 选择电缆的型号和截面须根据实际用途、额定 电流、敷设场所的温度和环境条件、以及用电设备 的工作制等

41、决定。 表12-2 绝缘材料最高允许工作温度 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 一、概述一、概述 船舶电力系统中各种继电保护装置，主要就 是为了实现安全可靠地供电。 船舶电力系统的不正常运行情况主要有过载、 欠压、过压、欠频、过频、逆功率以及三相三线 制中性点绝缘系统发生单相接地等。船舶电力系 统中最常见最严重的故障就是各种形式的短路。 短路故障示意图 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 要限制不正常运行和短路的破坏作用，其中最要限制不正常运行和短路的破坏作用，其中最 有效的办法之一，就是在船舶电力系统的主要电气有效的办法之一，就是

42、在船舶电力系统的主要电气 设备上，装设设备上，装设，以自动迅速地切除故，以自动迅速地切除故 障。继电保护的任务可归纳为：障。继电保护的任务可归纳为： (1) (1) 当电气设备发生故障或足以造成故障的发生时， 继电保护装置将自动地、迅速地并有地切 除发生故障的电气设备，以保护设备，并保证非 故障部分正常安全运行。 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 继电保护的任务 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 船舶电力系统的继电保护主要包括： 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 2 2对继电保护装置的基本要求 （1

43、）具有选择性 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 （2）具有速动性 （3 3）具有灵敏性 （4）具有可靠性 2.2.对继电保护装置的基本要求 （1）具有选择性 M M M 保护性选择示意图 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 （2）具有速动性 继电保护的继电保护的速动性速动性就是保护装置的动作时限应就是保护装置的动作时限应 力求短。迅速切除故障可减轻被保护设备的损坏程力求短。迅速切除故障可减轻被保护设备的损坏程 度；防止故障蔓延，缩小破坏范围；减少对非故障度；防止故障蔓延，缩小破坏范围；减少对非故障 部分的影响，保证其正常安全运行。部

44、分的影响，保证其正常安全运行。 （3 3）具有灵敏性 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 （4）具有可靠性 继电保护装置的继电保护装置的可靠性可靠性是指装置本身要能可靠是指装置本身要能可靠 地工作，对它保护范围之内的故障，不应拒绝动作，地工作，对它保护范围之内的故障，不应拒绝动作， 在正常运行或不属于它保护的范围故障时，不应误在正常运行或不属于它保护的范围故障时，不应误 动作。否则，它本身就可能成为产生和扩大事故的动作。否则，它本身就可能成为产生和扩大事故的 根源。根源。 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 二、继电保护的基本工作原理

45、 继电保护构成原理 正如人工寻找故障时的道理一样，继电保护 的基本工作原理，就是利用在发生各种故障或不 正常运行情况时，必定要出现的、特有的现象， 作为自动控制的信号，自动判断故障，而后进行 必要的处理。 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 船舶同步发电机的保护及保护装置 根据我国钢质海船建造与入级规范规 定，对500V以下同步发电机，针对其不正常运 行情况和可能出现的故障，主要设置如下继电 保护：过载保护及优先脱扣、外部短路保护、 欠压保护和逆功率保护。 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 1发电机的外部短路保护 l 对于船舶发电机

46、外部短路保护一般应设有短路短延时和短 路瞬时动作保护。当短路电流达22.5倍的额定电流时， 保护装置延时0.20.6s动作，使发电机主开关自动跳闸。 当短路电流达510倍的额定电流时，保护装置应瞬时动作， 使发电机主开关自动跳闸。 l 因此，船舶发电机的外部短路保护装置中，一般设有两套 电流保护装置，根据短路电流的大小，实行短延时或瞬时 动作保护。 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 2发电机的过载保护 为了最大限度地保证供电的连续性，船用发为了最大限度地保证供电的连续性，船用发 电机广泛采用电机广泛采用。发电机一。发电机一 旦发生过载现象，自动保护装置将次要负载

47、逐级旦发生过载现象，自动保护装置将次要负载逐级 卸去，同时发出报警信号，如到了允许的时限，卸去，同时发出报警信号，如到了允许的时限， 仍不能消除过载现象，保护装置则应动作，发出仍不能消除过载现象，保护装置则应动作，发出 发电机过载跳闸的指令。发电机过载跳闸的指令。 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 3发电机的欠压保护 4逆功率保护 船舶发电机的欠压保护是由万能式自动空气 断路器中的失压脱扣器来实现的。 同步发电机的逆功率保护由逆功率继电器 承担。逆功率继电器有感应式、电子式等多种 类型，我国船舶电

48、站大多采用GG-21型感应式 逆功率继电器。 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 GG-21型感应式逆功率继电器型感应式逆功率继电器 原理图原理图 继电器的铝质圆盘固定在 一根转轴上，轴上的齿轮 对与动触头相连，圆盘上 方的铁心绕有电流线圈Wi， 通过经电流互感器后的发 电机输出电流；圆盘下方 的铁心绕有电压线圈Wu， 经电压互感器后连接在发 电机的电压端。 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 原理图原理图 逆功率动作值的 大小，可通过改变电 流线圈的匝数来实现。 调整止档块的位置， 可以改变动触头的行 程，以整定延时的时 限。时限一

49、般可在2， 3，5，7，9，12s内 整定。 逆功率继电器接线图逆功率继电器接线图 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 四、船舶电网的保护及保护装置 船舶电气系统的保护包括船舶发电机外部短 路保护，过载、欠压、逆功率保护；船舶电网的 过载、短路保护，电网的绝缘监测；接用岸电时 的相序保护等。船舶中采用继电器保护装置来实 现。船舶在电力系统发生故障时，要求继电器保 护装置的工作具有可靠性、选择性、准确性，既 能适时切除故障以防止故障蔓延，又要尽量缩小 停电区域，使非故障部分能继续正常运行，减轻 损害程度。 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电

50、保护 1电网的短路保护 船舶电网的短路保护要求良好的选 择性，当发生短路故障时，仅允许切除 有故障的线路部分。通常对各级保护装 置的动作整定值按时间原则或电流原则 予以整定。 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 船舶电网短路保护示意 若按时间原则整定，则应有t t1 1 t t2 2 t t3 3，即各级保护装 置动作时间的整定值应从用电设备到发电机处逐级增 大，如按电流原则整定，则应有I I1 1II2 2II3 3。 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 2电网的过载保护 船舶电网大多为辐射型馈线式配电网络，馈 线的截面积又都与发电

51、机及用电设备的容量相配 合的。由于发电机和用电设备的过载保护装置同 时保护了电网，电网中不设专门的过载保护装置。 须指出的是，舵机电动机和它的供电线路根据规 范要求均不设过载保护，只设短路保护和过载报 警装置。 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 3 3单相接地及电网的绝缘监测 单相接地监视 船舶电网是否单相接地可以采用绝缘指示灯（又 称为地气灯）来监测。 船舶电网一般采用三相三线绝缘制系统，电 网中的任何一相接地，将造成另外两相对地均为 线电压，严重影响人身安全，若再有一相接地， 就会引起两相短路的故障。 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的

52、继电保护 正常工作时，三个灯星形连接，各灯泡两端均为相电压，因而亮度相 同。若某一相(设图中的A相）出现接地故障，则灯HL1熄灭，而HL2、 HL3两端的电压上升为线电压，灯泡亮度增强。这样，值班人员就能方 便地判断哪一相发生接地故障。 12.5 12.5 船舶电力系统的继电保护船舶电力系统的继电保护 （2）电网绝缘监测）电网绝缘监测 配电板式兆欧表由测量机构（表头）和附加装配电板式兆欧表由测量机构（表头）和附加装 置（整流电源）组成。当电网绝缘电阻下降时，漏置（整流电源）组成。当电网绝缘电阻下降时，漏 电电流增大，表头指针偏转就大，如一相接地，表电电流增大，表头指针偏转就大，如一相接地，表

53、头指针偏转最大，绝缘电阻指示值为零。表头上可头指针偏转最大，绝缘电阻指示值为零。表头上可 直接读出电网的绝缘电阻值，配电板兆欧表可以通直接读出电网的绝缘电阻值，配电板兆欧表可以通 过转换开关分别测量动力电网和照明电网的绝缘电过转换开关分别测量动力电网和照明电网的绝缘电 阻值。阻值。船舶要求该值大于船舶要求该值大于1M。 配电板兆欧表安装在主配电板上，它能在线随 时监测船舶电网的绝缘电阻。 4 4岸电的相序和断相保护 相序及断相保护由负序继电器完成。 万能式自动空气断路器的框图万能式自动空气断路器的框图 五、万能式自动空气断路器 国内外制造的船用发电机主开关的型式很多, 结构不尽相同，但基本原理

54、大同小异，一般都是由 触头单片、灭弧装置、自动脱扣机构，操作机构和 保护装置组成。 1触头和灭弧系统 自动空气断路器大多是采用灭弧栅进行灭弧 触头由主触头、副触头和弧触头组成。触头由主触头、副触头和弧触头组成。 q主触头承担电路的正常工作电流。主触头承担电路的正常工作电流。 q弧触头是为了避免断开电路时产生的电弧烧坏主触弧触头是为了避免断开电路时产生的电弧烧坏主触 头而设置的。头而设置的。 q副触头是考虑到断开电路时，电流由主触头移到弧副触头是考虑到断开电路时，电流由主触头移到弧 触头的瞬间，可能因压降太大产生电弧烧坏主触头触头的瞬间，可能因压降太大产生电弧烧坏主触头 而设置的。而设置的。 在

55、合闸时弧触头先接通，然后依次是副触头和主 触头。而分闸时，主触头先断开，然后是副触头和弧 触头，断开电路产生的电弧在弧触头熄灭。 2. 自由脱扣机构 自由脱扣机构的作用是使触头保持完好闭合或迅 速断开。如图所示是一个四连杆机构，它是触头 系统和操作传动装置之间的联系机构。 （a）合闸位置）合闸位置（b）分闸位置）分闸位置（c）准备合闸位置）准备合闸位置 3. 操作机构 自动空气断路器的传动装置有手柄式、连杆式、自动空气断路器的传动装置有手柄式、连杆式、 电磁式、电动式等几种。合闸前都必须使储能弹簧电磁式、电动式等几种。合闸前都必须使储能弹簧 储能，自由脱扣机构储能，自由脱扣机构“再扣再扣”，利

56、用储能弹簧释放，利用储能弹簧释放 的能量实现合闸。的能量实现合闸。 1) 手动操作手动操作 各种类型的自动空气断路器都有手动合闸操 作手柄，通常有转动和上下扳动两种型式。 2) 电磁或电动合闸电磁或电动合闸 a. DW-94 型采用电动合闸型采用电动合闸 b. DW-95、DW-98 型采用电磁合闸型采用电磁合闸 c. AH 型采用电磁铁直推式合闸型采用电磁铁直推式合闸 发电机建立电压后，发电机建立电压后， 红色指示灯亮，失红色指示灯亮，失 压脱扣线圈获电，压脱扣线圈获电， 操作电动机操作电动机M通电通电 转动，使弹簧储能转动，使弹簧储能 凸轮使储能开关常开凸轮使储能开关常开 触点闭合，常闭触

57、点触点闭合，常闭触点 断开，此时黄色指示断开，此时黄色指示 灯亮，表明储能弹簧灯亮，表明储能弹簧 已储能，自由脱扣机已储能，自由脱扣机 构己处于构己处于“再扣再扣”位位 置。置。 合闸时，按下合闸 按钮SBl，电动机再 次转动，使储能弹簧 释放，主开关合闸 主开关合闸，绿色 指示灯亮，表示合 闸完毕，储能开关 恢复原位，此时， 主开关的辅助触点 断开，电机停转。 DW-98电磁合闸控制线路电磁合闸控制线路 发电机建立电压，发电机建立电压， 经二极管经二极管D向电向电 容容C充电。充电。 DW-98电磁合闸控制线路 合闸时，按下按钮合闸时，按下按钮SB，电容，电容 C对继电器对继电器KA放电，使

58、放电，使KA 吸合，其常闭触点吸合，其常闭触点KA1,KA2 断开切断电容断开切断电容C充电通路，充电通路， 触点触点KA3实现自锁。实现自锁。 其常开触点其常开触点KA4、KA5闭合，闭合， 接通电磁线圈接通电磁线圈KM，在电磁，在电磁 吸力作用下，储能弹簧拉长吸力作用下，储能弹簧拉长 储能，自由脱扣机构处于储能，自由脱扣机构处于 “再扣再扣”位置。位置。 DW-98电磁合闸控制线路电磁合闸控制线路 由于电容两端电压很快由于电容两端电压很快 下降，当下降到继电器下降，当下降到继电器 KA的释放电压，的释放电压，KA释释 放，常开触点断开，储放，常开触点断开，储 能弹簧释放，自由脱扣能弹簧释放

59、，自由脱扣 动作实现合闸。合闸后，动作实现合闸。合闸后， 主开关的辅助触点主开关的辅助触点DW断断 开，此时再按合闸按钮开，此时再按合闸按钮 SB，不会再有合闸动作。，不会再有合闸动作。 DW-98电磁合闸控制线路电磁合闸控制线路 发动机建立电压后，按下发动机建立电压后，按下 电磁控制开关。继电器电磁控制开关。继电器 KA1通电吸合，其常开触通电吸合，其常开触 点点KA1闭合，闭合，KA2通电吸通电吸 合，其常开触点闭合，合合，其常开触点闭合，合 闸线圈闸线圈KM通电，快速将通电，快速将 衔铁吸上，利用衔铁的质衔铁吸上，利用衔铁的质 量和速度，通过电磁合闸量和速度，通过电磁合闸 柱销，对四连杆

60、机构产生柱销，对四连杆机构产生 一较大的冲击，推动合闸一较大的冲击，推动合闸 机构合闸。机构合闸。 AH 型采用电磁铁直推式合闸 合闸后，自动开关的辅助合闸后，自动开关的辅助 触点触点DW闭合，继电器闭合，继电器 KA3通电吸合，其常闭触通电吸合，其常闭触 点切断继电器点切断继电器KA1电路，电路， KA1断电，触点断开，断电，触点断开， KA2断电释放，触点断开，断电释放，触点断开， 使合闸线圈使合闸线圈KM断电，电断电，电 磁吸力消失，合闸衔铁恢磁吸力消失，合闸衔铁恢 复原样，为下次合闸作准复原样，为下次合闸作准 备。备。 （3）保护元件： 万能式自动空气断路器通常设有电流脱扣器、失压脱扣