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1、1 第一章 船舶電力系統 2 簡介 隨著船舶的大型化和自動化程度的不斷提高，越 來越多的船用設備需要用電能來驅動與控制，使 船舶用電力系統亦日趨複雜龐大。 電能是船舶航行和作業的主要能源和動力。 如果供電中斷，則對船舶航行和作業會造成嚴重 的後果。 例如，對供電可靠性要求很高的舵機設 備，即使是短時間的停電，也會造成重大損失， 甚至可能發生災難性的船毀人亡事故。 3 船舶電力系統要確實保障全船的生產和生活 用電的需要，必須達到下列基本要求： (1)安全:在電能的發送、分配和使用中，不應發生人身 事故和設備事故。 (2)可靠:應滿足用電設備對供電可靠性，及連續供電需 求。 (3)優質:應滿足用電
2、設備對電壓和頻率等質量要求。 (4)經濟:電力系統的投資要少、運轉成本要低，並盡可 能地節約電能。 4 船舶電力系統的組成 電源 配電裝置 電力網 電力負載 5 船舶電力系統簡圖 G-主發電機；EG-應急發電機；ACB-發電機主開關；EACB-應急發電機主開關； MSB-主配電板；ESB-應急配電板；MCB-配電開關；M-電動機；DSB-分配電板； RSB-無線電分配電板；EMCB-應急配電開關；ISW-隔離開關；ISB-照明配電板； EISB-應急照明配電板；IDSB-照明分配電板；EDSB-應急分配電板；Tr-照明變壓器； ETr-應急照明變壓器 6 電源 電源是將其他形式的能源(如機械能
3、、化學能 等)轉變成電能的裝置。 船上的電源裝置通常都是柴油發電機組和蓄 電池。 主發電機組是船舶的主電源，應急發電機組 是應急電源，蓄電池組一般做為小應急電源 。 主發電機組不能供電時，由應急發電機組或 是蓄電池組向船舶重要航行設備和應急照明 系統供電。 7 發電機是由原動機帶動的，原動機的類型可分蒸汽機 、柴油機、汽輪機、燃氣輪機等。由於柴油機熱效率 較高、啟動快、機動性好，因此在民用船舶上主發電 機和應急發電機的原動機多採用柴油機。 若船舶主機為汽輪機，其發電機的原動機一般採用汽 輪機，汽輪機需要有配套的燃煤或燃油的蒸氣鍋爐裝 置。 核動力船舶(如某些破冰船和軍用船艦)則為原子能鍋 爐。
4、 有些船舶為達到節能的目的，充分利用船舶主機的 10%15%的功率儲備裕量和主機排出廢氣的熱能， 因而出現軸帶發電機和主機廢氣透平發電機作為船舶 電源。 8 配電裝置 配電裝置是接受和分配電能的裝置，也是對電源 、電力網和負載進行保護、監視、測量和控制的 裝置。 配電裝置包括各種電力開關、互感器、測量儀錶 、連接母線、保護電器、按鈕、控制和轉換開關 、自動化設備及各種附屬設施等。 根據供電範圍和對象的不同，配電裝置可分為主( 總)配電盤、應急配電盤(箱)、分配電盤(箱)、充放 電板和岸電箱等。 9 船舶電力網 船舶電力網是全船電纜電線的總稱。 船舶電力網是聯繫發電機、主(應)配電盤、區域配 電
5、板、分配電板合負載的中間環節，是將電源的 電能輸送到負載的網絡。 船舶電力網按其所連接的負載特性，可分為動力 電網、照明電網、應急電網、小應急電網等。 10 電力負載 電力負載又稱用電負載，指耗用電能的各種 電力設備，它是將電能轉換成其他形式能量 的用電設備。 船上的用電設備形式很多，主要有動力負載( 各種電力拖動機械)、照明負載、通信導航設 備等，艦艇還有特殊的武器裝備負載。 動力負載往往佔總用電量的70%左右。 11 電力負載分類 船舶各種機械設備的電力拖動 1.甲板機械:舵機、錨機、絞纜機、起貨機、舷梯絞 車、吊艇機等。 2.艙室機械:各類油泵、水泵、空壓機、冷凍機、通 風機、空調設備等
6、。 3.電力推進船舶或特種工程船舶所用的推進電動機 及電力生產機械等。 船舶照明 1.工作場所和生活艙室安裝的各種電器照明燈具、 各種航行燈和信號燈。 12 通導設備 1.船舶通信設備有無線電收發報機、電話、廣播、聲光 警報裝置和電俥鐘等。 2.導航設備有陀螺羅經、雷達、羅盤、無線電測向儀、 測深儀和計程儀等。 生活及其他用電設施 1.如電熱器、洗衣機、電視機和影碟機等家用電器。 13 船舶電力系統特性 由於多數船舶是活動於水面上的獨立體， 因此船舶電力系統與陸地電力系統相比 有很大差異，主要有下列幾個方面。 14 1.船舶電站容量較小 陸地電源可視為無限電源系統，而一般較大的遠 洋船舶主電站
7、通常裝三五台發電機組，單機容量 約為4004000kW，可見船舶電源遠遠小於陸地 電源。因此船舶電源容量較小，只能視為有限電 源系統。 因為船舶電站容量較小，而某些設備的單機容量 卻很大，其負載容量可與發電機容量相比，所以 當這些負載啟動時，對船舶電網將造成很大的衝 擊(電壓、頻率跌落均很大)，此外，局部故障或 誤操作都容易導致全船斷電，威脅船舶安全。 15 對於船舶系統的穩定性和可靠性要求較高，如船 用發電機調壓器的動態特性指標比陸地發電機還 要高，還要有強行激磁能力，發電機要有較強的 過載能力等。 由於船舶工況變動頻繁，對自動控制裝置的性能 也提出了較高的要求。 由於船舶電力系統相對獨立，
8、且容量小，因此船 舶發電機組的電壓或頻率調節相對較難，調整發 電機的機激磁電壓或原動機的轉速，將直接影響 電網的電壓和頻率波動。 16 2.船舶電網線路短 與陸地數千公里高壓輸電網路相比，船舶電網線 路顯得較短，船舶電網往往不需要採用高壓輸電 ，因此電能損失較小。 大多數船舶發電機端電壓、電網電壓、負荷電壓 是同一個電壓等級(500V以下)，所以配電裝置較 陸地電力系統簡單。 因為船舶空間有限，電器設備比較集中，電網長 度不長(一般不超過200m)，且都採用電纜，所以 對發電機組和電網的保護比陸地系統要簡單，但 在保護配合方面要求較高。 17 3.船舶電器設備工作環境惡劣 船舶電氣設備工作條件
9、比陸地惡劣，環境對電氣 設備的性能和工作壽命有嚴重影響。 當環境溫度高時，會造成電機出力不足，絕緣加 速老化；相對濕度高則會使電氣設備絕緣受潮、 膨脹、分層及變形等，導致絕緣性能降低，使金 屬部件加速腐蝕。 空氣中的鹽霧、油霧、霉菌的生長及灰塵黏結都 可能使電氣設備絕緣下降，影響其工作性能。 船舶營運中常常受到嚴重的衝擊而產生振動、傾 斜和搖擺，會造成電氣設備損壞、接觸不良或誤 動作。 船用電氣設備必須滿足”船用條件”的要求。 18 電氣設備的船用條件及基本要求 船舶的工作環境惡劣，是一般陸用電氣設備難以 承受的。因此，船上的電氣設備必須符合船用環 境條件的使用要求。 1.適應震動和衝擊的條件
10、 要求電氣設備應能承受船舶正常營運所產生的震 動及衝擊。由於震動可使電氣設備的固定或連結 部件鬆脫，使部件結構損壞或失靈，因此這些部 件要有防鬆脫的措施。對受震動影響較大的設備 應有減震或隔震措施，並且具有堅固的耐震動和 抗衝擊的機械結構。 19 2.適應傾斜和搖擺的條件 持續的傾斜和搖擺，破壞了電器部件的受力平衡 ，導致設備損壞或故障。例如，電機轉子對軸承 產生軸向推力或出現軸錘現象，使軸承不能正常 潤滑而損害，接觸器的銜接不能正常作動等。因 此，要求船用電氣設備在結構、技術條件和安裝 方式上要能適應這些條件。例如，電機軸端間隙 要小，應採用軸向直立安裝或沿船舶縱向臥室安 裝等；接觸器(電驛
11、)要有足夠的電磁吸力和彈簧 釋放力等。 20 設備組件 傾斜角/( ) 橫向縱向 縱傾 橫搖 橫傾 縱搖 應急電氣設備、開關設 備，電器及電子設備 22.522.51010 上列以外的設備、組件1622.557.5 傾 斜 搖 擺 角 度 注 1.可能同時發生橫向與軸艉向傾斜 ； 2.裝運液化氣體和化學品的船舶， 其應急電源還應在船舶進水以致於最終橫傾達30的極限狀態下能保持供電。 21 3.適應環境溫度條件 船舶環境溫度一般為-25C +45C，鍋爐艙的電氣設備規定為50。環境 溫度對電氣設備的性能和使用壽命有直接影響。船用電氣設備應能在下表所 列的初級冷卻海水溫度和標準環境溫度下工作。 介
12、 質部位溫 度/ C 無限航區 除熱帶外的有 限航區 空氣 封閉處所內 045040 溫度超過45C和低於0C的 處所 按該處所 溫度 按該處所 溫度 開敞甲板 -2545 -2540 水3225 22 4.耐受潮溼、鹽霧、油霧和霉菌的環境 若相對溼度一般為95%並有凝露，鹽霧、油霧和霉菌 也較嚴重，則在23週內就能使絕緣體長附著物、膨 脹，金屬部件生銹腐蝕，導致電氣設備絕緣材料的絕 緣性能下降。 油霧和灰塵黏附於表面也增加了表面的漏電，而且阻 隔散熱使溫升增高，潮濕的水分子滲入絕緣材料的裂 縫和毛細孔中，使漏電流增大導致絕緣電阻的下降。 在特殊狀況下，如果某些設備沒有專門的船用電氣產 品，則
13、可考慮採用經三防(防濕熱、防鹽霧、防霉菌) 處理過的陸用產品代替，但須徵得有關船級協會的認 可。 23 5.適應船舶電網電壓和頻率的波動 船舶電力系統是一個獨立的有限電網，電壓和頻率均受負載變化影響 ，特別是頻率的變化與陸地差別較大。電能質量包括電壓、頻率和交 流電壓的波形三項內容，因此要求: 船用電氣設備應在下表所規定的電壓、頻率的變化範圍內能有效地工 作。 交流電氣設備應能在供電電源的諧波成分不大於5%的狀況下正常工 作。由半導體變流器供電者，應能在出現較大諧波時，正常工作。 設 備參數穩態瞬態 恢復 時間 一般設備 電壓+6 -10V20%1.5秒 頻率5Hz10%5秒 由蓄電池或半導體
14、 變流器供電的設備 充電期間接於蓄電池者 充電期間不接於蓄電池者 電壓 +30 -20V +20 -25V 24 6.滿足防護需求 為了避免電氣設備受到外部固體及液體異物的侵 入而發生故障或損壞，為避免人身遭受觸電和機 械傷害，一般電氣設備都應有防護殼罩。 由於一些艙室機器密布，空間狹小低矮，存在著 設備或人員遭受各種侵害的複雜環境，因此船用 電氣設備的防護等級類型也比較複雜多樣。 25 7.尺寸小 由於船舶環境的限制，應在滿足所需電氣特性的 前提下，盡量選用外型尺寸小的電氣設備。 8.質量輕 在不影響設備性能的和強度的前提下，盡量選用 由輕質材料製造的電氣設備，還應考慮運輸、安 裝和檢修的便
15、利。 船舶設計與建造時，對電氣設備的選擇及安裝必 須考慮船的航線、種類、噸位、主機類型和功率 以及有無特殊要求等條件。 26 船舶電力系統規範和標準 船舶電力系統必須遵循有關的規範和標準，以保證船 舶電力系統滿足使用要求，使船舶電力系統設計和建 造符合標準化和規範化。 近年來，我國對外經濟交往發展迅速，為適應船舶出 口的需要，涉及船舶電力系統的相關人員還必須了解 與船舶電器有關的國際標準。 國際標準是由國際標準化組織(ISO)、國際電工委員會 (IEC)、國際海事組織(IMO)等國際組織制定的標準， 例如國際海事組織制定的國際海上人命安全條約 和國際海上避碰規則標準。 27 世界上主要船級協會
16、的代號 (1)英國勞氏船級協會 LR (2)美國船級協會ABS (3)法國船級協會BV (4)德國勞氏船級協會GL (5)挪威船級協會NV 或 DNV (6)日本海事協會 NK (7)中國船級協會 CR 28 船舶電力系統基本參數 船舶電力系統的基本參數是指電流種類、額定電 壓、額定頻率和線制。 船舶電力系統應首先確認電站的基本參數，它們 決定電氣設備的生產和供應，制約著船舶電站工 作的可靠性和電氣設備的質量、尺寸、價格等。 正確選擇電站的基本參數，可以保證整個電站和 電氣裝置的可靠性、穩定性和經濟性。 29 選擇電站的基本參數應遵循以下原則 (1)船舶電站基本參數原則上應與本國陸用電力參數或船舶運 行需經常停靠的碼頭的陸用電力參數一樣。 (2)必須保持船舶電站基本參數的統一。船舶上一般不採用兩 種不同的基本參
