《{电气工程管理}船舶电气设备及系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《{电气工程管理}船舶电气设备及系统（121页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十二章 船舶电力系统的组成,第一节 船舶电力系统 第二节 船舶电站容量和发电机组台数的选择 第三节 船舶配电装置 第四节 船舶电力网 第五节 船舶电力系统的继电保护 第六节 船舶轴带发电机系统 第七节 船舶中压电力系统,内 容 简 介,本章主要介绍了船舶电力系统的组成、特点和基本功能，对配电装置中的重要设备和部件（包括配电板，应急配电板，蓄电池，充放电板，岸电箱和万能式自动空气断路器）作了详情的叙述，此外，对船舶轴带发电机主要类型及工作原理作了简单介绍。,第一节 船舶电力系统,一、船舶电力系统的组成,船舶电源装置 船舶配电装置 船舶电力网 负载 控制电器 电工测量用仪器、仪表,返回,图12-
2、1 典型船舶电力系统简图,图12-1 典型船舶电力系统简图,返回,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. 船舶电源装置,2. 配电装置,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。,根据供电范围和对象的不同可分为主配电板、应急配电板、动力分配电板、照明分配电板和蓄电池充放电板等。,3. 船舶电力网,是全船电缆电线的总称 ，作用是将各种电源与负载按一定关系连接起来。根据其所接负载的性质，可分为动力电网、低压电网、照明电网、应急电网和小应急电网等。,车床、钻床、电焊机和盘车机等。, 动力装置用辅机,滑油泵、海水冷却泵、
3、淡水泵、鼓风机等。, 甲板机械,锚机、绞缆机、舵机、起货机、舷梯机和起艇机等。, 舱室辅机,生活用水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等。, 机修机械,4. 负载 :用电设备， 按系统可分为以下几类：, 冷藏通风,空调装置、伙食冷库等用的辅机和通风机等。, 厨房设备,电灶、电烤炉等厨房机械用辅机和电茶炉等。, 照明设备,机舱照明、住舱照明、甲板照明等照明设备，还 包括航行灯、信号灯以及电风扇等。, 弱电设备,无线电通信、导航和船内通信设备等。, 自动化设备及其他,自动化装置、蓄电池充放电设备、冷藏集装箱和艏 侧推装置、电力推进船舶或特种工程船舶使用的推 进电动机、生产机械和专用设备等。,
4、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。,5. 控制电器,6. 电工测量用仪器、仪表,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、示波器等。,几乎所有大中型船舶均采用交流电力系统。,2. 额定电压等级,世界各国对电压等级的选用与本国陆上电制参数一 致，使船舶电气设备具有通用性。,二、船舶电力系统的基本参数,1. 电流种类(电制),我国钢质海船入级规范规定：非电力推进船舶的 限制电压为500 V，动力负载、具有固定敷设电缆的电 热装置等的额
5、定电压为380 V，照明、生活居室的电热 器限制电压为250 V，额定电压为220 V。,3. 额定频率等级,我国采用50Hz，西欧各国、美国采用60Hz的频率标准。,三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）,（1）工作条件比较复杂，工作环境比较恶劣,（2）与用电设备之间的距离很短，相互影响大,（3）船舶电站容量相对较小。,第二节 船舶电站容量和发电机组台数的选择,一、确定电站容量和发电机台数的基本原则,（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,1. 船舶的运行工况,返回,2. 确定电站容量的基本原则,电站容量应能满
6、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. 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，发电机组的单机容量和机组数量由以下几个基本原则确定： 单机组容量 船舶电站必须有备用机组 各机组的使用寿命应与主机寿命相当 维修管理方便,二、 应急发电机容量的确定,一般规范都规定客船和500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。作为应急电源使用的发电机称为应急发电机。,1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
7、灯、信号灯、应急照明设备、应急报警和信号装置、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,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。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,在计算全船电力负荷时，可将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）第类负荷：短时或重复短时使用的负荷；,（3）第类负荷
8、：偶尔短时使用的负荷以及按操作规程 可以在电站尖峰负荷时间以外使用的负荷。,三类负荷的分法与船舶运行工况有关，如在航行工况中 连续使用的负荷属于第类负荷；使用若干小时，停止 使用若干小时的负荷属于第类负荷。在靠离码头工况 中，虽然起锚机的工作时间较短，但在此工况中，它一 直使用，因此也算做第类负荷。 ,表12-1 万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类,表12-1 万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类,返回,2电动机负荷系数的计算,（1）电动机利用系数1,P 1 ：电动机额定功率； P 2 ：电动机轴上拖动的机械设备的额定功率 。,通常电动机的额定功率应略大于机械设备的额定功率,（2）机械负
9、荷系数K2,P3: 电机拖动的机械设备的实际使用功率,（3）电动机负荷系数K3,（4）电动机以额定功率运行时从电网吸收的功率 P4,e: 电动机在额定功率时的效率,（5）电动机实际消耗的功率P5,为电动机相当于功率P2时的效率,（6）无功功率Q5,为电动机的功率因数角。,3系数的确定,（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）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：,4负荷表的编制,（1）根
10、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，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1020%的储备功 率。,第三节 船舶配电装置,主要功能：,（1）正常运行时，手动或自动接通或切断电
11、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）。,返回,（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。,一、 主配电板,图12-4 某轮主配电板的板面布置图,控制屏内还装有逆功率继电器和仪用互感器等。,1. 发电机控制屏,用来控制、调节、监视和保护发电机组。每台发电机组均配有单独的控制屏。,其上部分装有测量仪表、转换开关、指示灯、主要电
12、源开关、原动机的调速开关和按钮等 ；,下部一般安装有发电机主开关，有的船舶也装有发电机励磁控制装置。,负载屏上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岸电开关（如图12-5 ）等。,2. 并车屏,并车屏用于交流发电机组的并联运行、解列等操作。主要由频率表（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、投切顺序选择和转换开关等组成。,3.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。,图12-5 岸电主开关连接图,返回,4
13、. 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(垂直排列)，从左到右，从前到后(水平布置)的顺序依次为正极、中线、负极。其正极颜色为红色，负极为蓝色，中线为绿色和黄色相间色。,二、 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制设备的组合装置。对额定电流不超过16A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
14、电大于16A的电器设备进行供电的开关板。,三、 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电网供电，而主电源恢复供电后，应急发电机组便自动脱离并自动停车。,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
15、）。,图12-6 船舶主电网与应急电网间单 线原理简图,四、 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12-7 ，主要有以下两部分组成：,1.电源部分,目前交流船舶大都采用可控整流装置把交流电变为直流电。图12-7中HZ1为整流电源开关，HZ2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。,2.充放电回路,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，由图12-7可见，当主应急电网都失电时，接触器ZC1线圈失电，常闭触头闭合，直接向小应急用电设备供电，其余
16、用电设备分别利用开关送电。,图12-7 用整流器充电的充放电板原理图,返回,五、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：, 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,1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表示：,（正极） （电解液）
