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1、第一章 船舶电力系统概论,船舶电力系统研究的对象是发电机发电、配电给各用电负载的问题。,船舶电力系统是向船舶用电负载供给电能的独立电力系统。,近年来，在某些船舶上又出现了大功率、高电压的高参数中压电力系统。,船舶电力系统要切实保证全船的生产和生活用电的需要，必须达到下列基本要求：,(1)安全,(2)可靠,在电能的发送、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。,应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。,(3)优质,(4)经济,应满足电能用户对电压、频率和波形等质量的要求。,电力系统的投资要省、运行费用低，并尽可能地节约电能。,第1节 船舶电力系统的组成、特点及基本参数,1 船舶电力系统的组
2、成：,船舶电力系统主要由电源、配电装置、电力网和电力负载四部分组成。,电源装置,配电装置,电力网,负载,中压主电力系统电源：,3台5200KVA，720rpm，60Hz的主发电机组，柴油机为Warsila 9L32，可以单独或者并联向中压电网供电。,其中No.1主发电机在装载需要50Hz中压电源供应的货物时，可以切换为2030KVA，600rpm，50Hz的模式运转，单独为50Hz的货物负载电源供电，图中用于中压汇流排连接的断路器KS1应该处于分闸状态。,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。,(1) 电源装置,(2) 配电装置,对电源和用电设备保护、监测、
3、分配、转换、控制的装置。,按用途可分为主配电板、应急配电板、充发电板、区配电板、分配电板和岸电箱等几种。,按形状分可分为垂直立式、台式、桌式和控制台式四种。,按外壳结构可分为防护式、防滴式和防水式。,(3) 船舶电力网,是全船电缆电线的总称 ，包括动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和弱电电网。,电加热器、电风扇、电视机。,1）各种电力拖动设备,舵机、锚机、起货机、油泵及水泵等。,2）船舶电气照明设备,照明灯具，信号灯等。,3）船舶通信导航设备,无线电收发报机、声光报警装置、电车钟、舵角指示器、电罗经、雷达等。,4）其他设备,(4) 负载: 用电设备,船舶电力系统是一个独立的电力系统。,2)
4、 船舶电力系统的特点,总容量不超过各发电机容量的510倍的电网称为独立电网，船舶电力系统属于独立电网。,在独立电网中，调节运行发电机的电压或原动机的转速，除了改变本身有功功率和无功功率的承担外，还影响电网的频率和电压。,船舶电力系统通常只有一个电站工作，任何导致断电的事故，都将危及船舶航行的安全。,船舶电站的容量相对负载来说是有限的，某些大电动机的容量与电站容量可相比拟，大电动机起动时的冲击电流将引起电网电压的急剧下降，严重时会使某些设备退出工作。,船舶电站的容量较小。,电源与用电设备之间的距离很短，线路阻抗很小，因此短路电流很大。,船舶电力系统负载变化频繁。,船舶电力系统工作环境恶劣。,（1
5、）船舶电站的容量较小,陆上电力系统单台发电机容量最大已达1200MW，电力系统总的装机容量大约在1000MW 100000MW。,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。,船舶电力系统通常电源多为单一电站，船舶电站大多由2 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KW，船舶电站总装机容量为（2 4）倍的单机容量。,（2）电源与用电设备之间的距离很短，线路阻抗很小，因此短路电流很大。,船舶电站配电装置也简单、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
6、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。,（3）船舶电力系统负载变化频繁,（5）应急工况,货轮和油轮的典型运行工况大致划分如下：,（1）航行工况,（2）进出港工况,（3）装卸货工况,（4）停泊工况,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。,（4）船舶电力系统工作环境恶劣,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重的后果。,环境温度变化大,相对湿度较大
7、,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),电气设备的船用条件及基本要求,（1）适应振动和冲击的条件,要求电气设备应能承受船舶正常运营所产生的振动和冲击。,由于振动可使电气设备的固定或连接部件松脱，使部件结构损坏或失灵，因此这些部件要有防松脱的措施。对受振动影响较大的设备应有减振或隔振措施，并且具有坚固的耐振动和抗冲击的机械结构。,主电站应具有足够高的电能质量指标（即电压和频率的稳定度），以保证在各种状况下电网的正常运行。,电力系统应具有合理的保护措施，以保证最大限度的供电连续性。,发电机应能输出足够大的稳态电流，以维持动态稳定，断路器和开关应
8、有足够的故障切断能力和短时过电流能力。,电气设备应能在船舶环境中可靠工作。,（2）适应倾斜和摇摆的条件,（3）适应环境温度条件,（4） 耐受潮湿、盐雾、油雾和霉菌的环境条件,油雾和灰尘粘附于表面也增加了表面的漏电，而且阻碍散热使温升增高，潮湿的水分子渗入绝缘材料的裂缝和毛细孔中，使漏电流增大导致绝缘电阻的下降。,潮湿和盐雾在绝缘材料表面形成漏电薄膜，在湿热条件下霉菌分泌有机酸，加剧了表面的潮湿性。,（5） 适应船舶电网电压和频率的波动,（6）满足防护要求,由于一些舱室机器密布，空间狭小低矮，存在着设备或人员遭受各种侵害的复杂环境，因此船用电气设备的防护等级类型也比较复杂多样。,为了避免电气设备
9、受到外部固体和液体异物的侵入而发生故障或损坏，为避免人身遭受触电和机械伤害，一般电气设备都应有防护壳罩。,我国电气设备的防护等级采用国际电工委员会（IEC）推荐的国际防护IP等级标准。,防护标志IP后面第一位数字表示防护固体异物侵入的等级，第二位数字表示防水液侵入的等级。,两位数字的意义见下表,船用电气设备根据安装处所的不同有不同的最低防护等级要求：,只存在与带电部分接触危险的干燥舱室为IP20级。,存在滴水和（或）中等机械伤害的机器舱室、控制室和配膳间等处所为IP22级，其附具（开关、分电箱等）为IP44级。,存在较大水和机械侵害危险的机器处所（如机舱花铁板以下）为IP34级，其附具为IP5
10、5级。,存在较大水和机械侵害危险的压载泵舱、冷藏舱、厨房和洗衣间等处所为IP44级，其附具为IP55级。,存在喷水、货物粉尘、严重机械伤害、腐蚀性气体的双层底中的轴隧、管隧、干货舱等处所为IP55和IP56级。,存在大量水浸入危险的露天甲板为IP56级。,（7）满足尺寸小，质量轻要求,由于船舶环境的限制，应在满足所需电气特性的前提下，尽量选用外形尺寸小的电气设备。在不影响设备性能和强度的前提下，尽量选用由轻质材料制造的电气设备，还应考虑运输，安装和检修的便利。,（8）船舶电力系统与其他系统的联系,船舶电力系统与其他系统联系是相互联系的，燃油系统、润滑油系统、空气系统、冷却水系统及其他系统相联系
11、。,4 船舶电力系统的基本参数,船舶电力系统的基本参数主要包括电源种类、电压等级、频率等级、船舶配电系统的线制等。正确地选择合适的船舶电力系统基本参数，可以保证船舶电力系统的可靠性和稳定性。,电源种类,电源种类又称电制。,除了某些特种工程船舶和小型船，如供水、供油船和小艇，仍采用直流电制或交、直流混合电制外，对于几乎所有大、中型船舶，不论是液货船、集装箱船还是客船，都优先采用交流电制。,船舶电力系统常采用交流和直流两种电制。,电压等级,交流船舶电网多数为380V或为440V。,具体的额定电压等级一般都尽可能与岸电相同。,某些(电推)船舶上采用的6KV 、3.3KV的电力系统。,频率等级,对于一
12、些弱电设备，如无线电通信、导航系统，则采用500HZ和1000HZ的中频电源等，这些中频电源通常是由变流机组或变频器供电。,规定船舶交流配电系统的标准频率为50Hz或60Hz。,中国船级社钢质海船入级与建造规范2006对船舶供电系统的最高电压和频率均有明确的规定。,船舶配电系统的线制,配电盘分配出去的电能必须与发电机的电源引线组成回路，因此，发电机电源引线方式不同，将决定不同的配电方式。,线制是指连接船舶发电机与船舶用电设备的电力线路所采用的导线根数和连接方法。,1）三相绝缘系统,系统对地绝缘，较安全、可靠，供电连续性好，发生单相接地不形成短路，仍可维持电气设备短时工作。,特点：,主电网绝缘电
13、阻较高。,便于测量对地绝缘。,普遍采用,三相照明系统与动力系统无直接电的联系，相互影响小但需用照明变压器。,照明线路的负载需采用双保险丝进行保护。,2）中性点接地的三相四线系统,特点：,不需用照明变压器。,中性点接地电位固定，系统内部过电压较小。,若单线接地，形成一相对地短路，可通过保护装置切除，但供电连续性较差。,火线对地220V，欠安全。,3）中性点接地三线系统,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。,1600总吨及以上的船舶动力、电热及照明配电系统，均不应采用利用船体作回路的配电系统。又规定钢铝混合结构的船舶，严禁铝质部分作导电回路。,中国船级社钢质海船入级与建造规
14、范规定：,对于油船、化学品船等液货船及其他特殊船舶，必须注意其配电系统的特殊要求，如油船可以采用的配电系统只限制在：,直流双线绝缘系统；,交流单相双线绝缘系统；,交流三相三线绝缘系统。,接地和接地装置,电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接称接地。,电气设备的接地方式分三种：,工作接地,保护接地,重复接地,接触电压和跨步电压,当电气设备绝缘损坏时，人站在地面上接触该电气设备，人体所承受的电位差称接触电压tou。,在接地故障点附近行走，人的双脚之间所呈现的电位差称跨步电压Ustep，,例如，当设备发生接地故障时，以接地点为中心的地表约20m半径的圆形范围内，便形成了一个电位分布区。这时，如果
15、有人站在该设备旁边，手触及带电外壳，那么手与脚之间所呈现的电位差，即为接触电压tou。,跨步电压的大小与离接地点的远近及跨步的长短有关，离接地点越近，跨步越长，跨步电压就越大。,离接地点达20m时，跨步电压通常为零。,1）. 保护接地,将在故障情况下可能呈现危险对地电压的设备外露导电部分进行的接地称为保护接地。,电气设备上与带电部分相绝缘的金属外壳，通常因绝缘损坏或其他原因而导致意外带电，容易造成人身触电事故。,为保障人身安全，避免或减小事故的危害性，电气工程中常采用保护接地。,保护接地,根据钢质海船入级与建造规范2006规定，电气设备保护接地的要求有：,（1）电气设备的金属外壳均需要进行保护
16、接地。,（3）无论是专用导体接地还是靠设备底座接地，接触面必须光洁平贴，接触电阻不大于0.02，并有防松和防锈措施。,（2）当电气设备直接紧固在船体的金属结构上或紧固在船体金属结构有可靠电气连接的底座（或支架）上时，可不另设置专用导体接地。,（4）电缆的所有金属护套或金属覆层须作连续的电气连接，并可靠接地。,（5）接地导体应用铜或耐腐蚀的良导体制成，接地导体的截面积须符合规定的要求。,2）. 工作接地,在正常情况下，为了保证电气设备可靠地运行，而将电力系统中某一点接地称为工作接地。,例如，电源（发电机或变压器）的中性点直接（或经消弧线圈）接地，能维持非故障相对地电压不变，电压互感器一次侧线圈的中性点接地，能保证一次系统中相对地电压测量的准确度。,钢质海船入级与建造规范2006对船舶电气设备工作接地的要求是：,（1）工作接地与保护接地不能共用接地装置；,工作接地,（3）接地点位置应选择在便于检修、维护、不易受到机械损伤和油水浸渍的地方，且不应固定在船壳板上；,（2）工作接地应接到船体永久结构或船体永久连接的基座或支架上；,（5）平时不载流的工作接地线截面积应为载流导线截
