船舶電力系統(tǒng).ppt

1、1,第一章船舶電力系統(tǒng),2,簡介,隨著船舶的大型化和自動(dòng)化程度的不斷提高，越來越多的船用設(shè)備需要用電能來驅(qū)動(dòng)與控制，使船舶用電力系統(tǒng)亦日趨複雜龐大。 電能是船舶航行和作業(yè)的主要能源和動(dòng)力。 如果供電中斷，則對(duì)船舶航行和作業(yè)會(huì)造成嚴(yán)重的後果。 例如，對(duì)供電可靠性要求很高的舵機(jī)設(shè)備，即使是短時(shí)間的停電，也會(huì)造成重大損失，甚至可能發(fā)生災(zāi)難性的船毀人亡事故。,3,船舶電力系統(tǒng)要確實(shí)保障全船的生產(chǎn)和生活 用電的需要，必須達(dá)到下列基本要求： (1)安全:在電能的發(fā)送、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。 (2)可靠:應(yīng)滿足用電設(shè)備對(duì)供電可靠性，及連續(xù)供電需求。 (3)優(yōu)質(zhì):應(yīng)滿足用電設(shè)備對(duì)電壓和頻率

2、等質(zhì)量要求。 (4)經(jīng)濟(jì):電力系統(tǒng)的投資要少、運(yùn)轉(zhuǎn)成本要低，並盡可能地節(jié)約電能。,4,船舶電力系統(tǒng)的組成,電源 配電裝置 電力網(wǎng) 電力負(fù)載,5,船舶電力系統(tǒng)簡圖,G-主發(fā)電機(jī)；EG-應(yīng)急發(fā)電機(jī)；ACB-發(fā)電機(jī)主開關(guān)；EACB-應(yīng)急發(fā)電機(jī)主開關(guān)； MSB-主配電板；ESB-應(yīng)急配電板；MCB-配電開關(guān)；M-電動(dòng)機(jī)；DSB-分配電板； RSB-無線電分配電板；EMCB-應(yīng)急配電開關(guān)；ISW-隔離開關(guān)；ISB-照明配電板； EISB-應(yīng)急照明配電板；IDSB-照明分配電板；EDSB-應(yīng)急分配電板；Tr-照明變壓器； ETr-應(yīng)急照明變壓器,6,電源 電源是將其他形式的能源(如機(jī)械能、化學(xué)能等)轉(zhuǎn)變成

3、電能的裝置。 船上的電源裝置通常都是柴油發(fā)電機(jī)組和蓄電池。 主發(fā)電機(jī)組是船舶的主電源，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組是應(yīng)急電源，蓄電池組一般做為小應(yīng)急電源。 主發(fā)電機(jī)組不能供電時(shí)，由應(yīng)急發(fā)電機(jī)組或是蓄電池組向船舶重要航行設(shè)備和應(yīng)急照明系統(tǒng)供電。,7,發(fā)電機(jī)是由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的，原動(dòng)機(jī)的類型可分蒸汽機(jī)、柴油機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等。由於柴油機(jī)熱效率較高、啟動(dòng)快、機(jī)動(dòng)性好，因此在民用船舶上主發(fā)電機(jī)和應(yīng)急發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)多採用柴油機(jī)。 若船舶主機(jī)為汽輪機(jī)，其發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)一般採用汽輪機(jī)，汽輪機(jī)需要有配套的燃煤或燃油的蒸氣鍋爐裝置。 核動(dòng)力船舶(如某些破冰船和軍用船艦)則為原子能鍋爐。 有些船舶為達(dá)到節(jié)能的目的，充分利用船舶主

4、機(jī)的10%15%的功率儲(chǔ)備裕量和主機(jī)排出廢氣的熱能，因而出現(xiàn)軸帶發(fā)電機(jī)和主機(jī)廢氣透平發(fā)電機(jī)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(duì)電源、電力網(wǎng)和負(fù)載進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)視、測(cè)量和控制的裝置。 配電裝置包括各種電力開關(guān)、互感器、測(cè)量儀錶、連接母線、保護(hù)電器、按鈕、控制和轉(zhuǎn)換開關(guān)、自動(dòng)化設(shè)備及各種附屬設(shè)施等。 根據(jù)供電範(fàn)圍和對(duì)象的不同，配電裝置可分為主(總)配電盤、應(yīng)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(wǎng),船舶電力網(wǎng)是全船電纜電線的總稱。 船舶電力網(wǎng)是聯(lián)繫發(fā)電機(jī)、主(應(yīng))配電盤、區(qū)域配電板、分配電板合負(fù)載的中間環(huán)節(jié)，是將電源的電能輸送到負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)。

5、 船舶電力網(wǎng)按其所連接的負(fù)載特性，可分為動(dòng)力電網(wǎng)、照明電網(wǎng)、應(yīng)急電網(wǎng)、小應(yīng)急電網(wǎng)等。,10,電力負(fù)載,電力負(fù)載又稱用電負(fù)載，指耗用電能的各種電力設(shè)備，它是將電能轉(zhuǎn)換成其他形式能量的用電設(shè)備。 船上的用電設(shè)備形式很多，主要有動(dòng)力負(fù)載(各種電力拖動(dòng)機(jī)械)、照明負(fù)載、通信導(dǎo)航設(shè)備等，艦艇還有特殊的武器裝備負(fù)載。 動(dòng)力負(fù)載往往佔(zhàn)總用電量的70%左右。,11,電力負(fù)載分類,船舶各種機(jī)械設(shè)備的電力拖動(dòng) 1.甲板機(jī)械:舵機(jī)、錨機(jī)、絞纜機(jī)、起貨機(jī)、舷梯絞車、吊艇機(jī)等。 2.艙室機(jī)械:各類油泵、水泵、空壓機(jī)、冷凍機(jī)、通風(fēng)機(jī)、空調(diào)設(shè)備等。 3.電力推進(jìn)船舶或特種工程船舶所用的推進(jìn)電動(dòng)機(jī)及電力生產(chǎn)機(jī)械等。 船舶照明

6、 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(hào)燈。,12,通導(dǎo)設(shè)備 1.船舶通信設(shè)備有無線電收發(fā)報(bào)機(jī)、電話、廣播、聲光警報(bào)裝置和電俥鐘等。 2.導(dǎo)航設(shè)備有陀螺羅經(jīng)、雷達(dá)、羅盤、無線電測(cè)向儀、測(cè)深儀和計(jì)程儀等。 生活及其他用電設(shè)施 1.如電熱器、洗衣機(jī)、電視機(jī)和影碟機(jī)等家用電器。,13,船舶電力系統(tǒng)特性,由於多數(shù)船舶是活動(dòng)於水面上的獨(dú)立體， 因此船舶電力系統(tǒng)與陸地電力系統(tǒng)相比 有很大差異，主要有下列幾個(gè)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(tǒng)，而一般較大的遠(yuǎn)洋船舶主電站通常裝三五臺(tái)發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量約為4004000kW，可見船舶電源遠(yuǎn)遠(yuǎn)小於陸地電源。因此

7、船舶電源容量較小，只能視為有限電源系統(tǒng)。 因?yàn)榇半娬救萘枯^小，而某些設(shè)備的單機(jī)容量卻很大，其負(fù)載容量可與發(fā)電機(jī)容量相比，所以當(dāng)這些負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，對(duì)船舶電網(wǎng)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(dǎo)致全船斷電，威脅船舶安全。,15,對(duì)於船舶系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性要求較高，如船用發(fā)電機(jī)調(diào)壓器的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)比陸地發(fā)電機(jī)還要高，還要有強(qiáng)行激磁能力，發(fā)電機(jī)要有較強(qiáng)的過載能力等。 由於船舶工況變動(dòng)頻繁，對(duì)自動(dòng)控制裝置的性能也提出了較高的要求。 由於船舶電力系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，且容量小，因此船舶發(fā)電機(jī)組的電壓或頻率調(diào)節(jié)相對(duì)較難，調(diào)整發(fā)電機(jī)的機(jī)激磁電壓或原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，將直接影響電網(wǎng)的電壓

8、和頻率波動(dòng)。,16,2.船舶電網(wǎng)線路短 與陸地?cái)?shù)千公里高壓輸電網(wǎng)路相比，船舶電網(wǎng)線路顯得較短，船舶電網(wǎng)往往不需要採用高壓輸電，因此電能損失較小。 大多數(shù)船舶發(fā)電機(jī)端電壓、電網(wǎng)電壓、負(fù)荷電壓是同一個(gè)電壓等級(jí)(500V以下)，所以配電裝置較陸地電力系統(tǒng)簡單。 因?yàn)榇翱臻g有限，電器設(shè)備比較集中，電網(wǎng)長度不長(一般不超過200m)，且都採用電纜，所以對(duì)發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)的保護(hù)比陸地系統(tǒng)要簡單，但在保護(hù)配合方面要求較高。,17,3.船舶電器設(shè)備工作環(huán)境惡劣 船舶電氣設(shè)備工作條件比陸地惡劣，環(huán)境對(duì)電氣設(shè)備的性能和工作壽命有嚴(yán)重影響。 當(dāng)環(huán)境溫度高時(shí)，會(huì)造成電機(jī)出力不足，絕緣加速老化；相對(duì)濕度高則會(huì)使電氣設(shè)備

9、絕緣受潮、膨脹、分層及變形等，導(dǎo)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(jié)都可能使電氣設(shè)備絕緣下降，影響其工作性能。 船舶營運(yùn)中常常受到嚴(yán)重的衝擊而產(chǎn)生振動(dòng)、傾斜和搖擺，會(huì)造成電氣設(shè)備損壞、接觸不良或誤動(dòng)作。 船用電氣設(shè)備必須滿足”船用條件”的要求。,18,電氣設(shè)備的船用條件及基本要求,船舶的工作環(huán)境惡劣，是一般陸用電氣設(shè)備難以承受的。因此，船上的電氣設(shè)備必須符合船用環(huán)境條件的使用要求。 1.適應(yīng)震動(dòng)和衝擊的條件 要求電氣設(shè)備應(yīng)能承受船舶正常營運(yùn)所產(chǎn)生的震動(dòng)及衝擊。由於震動(dòng)可使電氣設(shè)備的固定或連結(jié)部件鬆脫，使部件結(jié)構(gòu)損壞或失靈，因此這些部件要有防鬆脫的措施。

10、對(duì)受震動(dòng)影響較大的設(shè)備應(yīng)有減震或隔震措施，並且具有堅(jiān)固的耐震動(dòng)和抗衝擊的機(jī)械結(jié)構(gòu)。,19,2.適應(yīng)傾斜和搖擺的條件 持續(xù)的傾斜和搖擺，破壞了電器部件的受力平衡，導(dǎo)致設(shè)備損壞或故障。例如，電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)軸承產(chǎn)生軸向推力或出現(xiàn)軸錘現(xiàn)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(dòng)等。因此，要求船用電氣設(shè)備在結(jié)構(gòu)、技術(shù)條件和安裝方式上要能適應(yīng)這些條件。例如，電機(jī)軸端間隙要小，應(yīng)採用軸向直立安裝或沿船舶縱向臥室安裝等；接觸器(電驛)要有足夠的電磁吸力和彈簧釋放力等。,20,傾 斜 搖 擺 角 度,注 1.可能同時(shí)發(fā)生橫向與軸艉向傾斜 ； 2.裝運(yùn)液化氣體和化學(xué)品的船舶， 其應(yīng)急電源還應(yīng)在船舶進(jìn)水以致

11、於最終橫傾達(dá)30的極限狀態(tài)下能保持供電。,21,3.適應(yīng)環(huán)境溫度條件 船舶環(huán)境溫度一般為-25C +45C，鍋爐艙的電氣設(shè)備規(guī)定為50。環(huán)境溫度對(duì)電氣設(shè)備的性能和使用壽命有直接影響。船用電氣設(shè)備應(yīng)能在下表所列的初級(jí)冷卻海水溫度和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下工作。,22,4.耐受潮溼、鹽霧、油霧和霉菌的環(huán)境 若相對(duì)溼度一般為95%並有凝露，鹽霧、油霧和霉菌也較嚴(yán)重，則在23週內(nèi)就能使絕緣體長附著物、膨脹，金屬部件生銹腐蝕，導(dǎo)致電氣設(shè)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(xì)孔中，使漏電流增大導(dǎo)致絕緣電阻的下降。 在特殊狀況下

12、，如果某些設(shè)備沒有專門的船用電氣產(chǎn)品，則可考慮採用經(jīng)三防(防濕熱、防鹽霧、防霉菌)處理過的陸用產(chǎn)品代替，但須徵得有關(guān)船級(jí)協(xié)會(huì)的認(rèn)可。,23,5.適應(yīng)船舶電網(wǎng)電壓和頻率的波動(dòng) 船舶電力系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的有限電網(wǎng)，電壓和頻率均受負(fù)載變化影響，特別是頻率的變化與陸地差別較大。電能質(zhì)量包括電壓、頻率和交流電壓的波形三項(xiàng)內(nèi)容，因此要求: 船用電氣設(shè)備應(yīng)在下表所規(guī)定的電壓、頻率的變化範(fàn)圍內(nèi)能有效地工作。 交流電氣設(shè)備應(yīng)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(dǎo)體變流器供電者，應(yīng)能在出現(xiàn)較大諧波時(shí)，正常工作。,24,6.滿足防護(hù)需求 為了避免電氣設(shè)備受到外部固體及液體異物的侵入而發(fā)生故障或損壞，

13、為避免人身遭受觸電和機(jī)械傷害，一般電氣設(shè)備都應(yīng)有防護(hù)殼罩。 由於一些艙室機(jī)器密布，空間狹小低矮，存在著設(shè)備或人員遭受各種侵害的複雜環(huán)境，因此船用電氣設(shè)備的防護(hù)等級(jí)類型也比較複雜多樣。,25,7.尺寸小 由於船舶環(huán)境的限制，應(yīng)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(shè)備。 8.質(zhì)量輕 在不影響設(shè)備性能的和強(qiáng)度的前提下，盡量選用由輕質(zhì)材料製造的電氣設(shè)備，還應(yīng)考慮運(yùn)輸、安裝和檢修的便利。 船舶設(shè)計(jì)與建造時(shí)，對(duì)電氣設(shè)備的選擇及安裝必須考慮船的航線、種類、噸位、主機(jī)類型和功率以及有無特殊要求等條件。,26,船舶電力系統(tǒng)規(guī)範(fàn)和標(biāo)準(zhǔn),船舶電力系統(tǒng)必須遵循有關(guān)的規(guī)範(fàn)和標(biāo)準(zhǔn)，以保證船舶電力系統(tǒng)滿足使

14、用要求，使船舶電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建造符合標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)範(fàn)化。 近年來，我國對(duì)外經(jīng)濟(jì)交往發(fā)展迅速，為適應(yīng)船舶出口的需要，涉及船舶電力系統(tǒng)的相關(guān)人員還必須了解與船舶電器有關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)。 國際標(biāo)準(zhǔn)是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、國際電工委員會(huì)(IEC)、國際海事組織(IMO)等國際組織制定的標(biāo)準(zhǔn)，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(guī)則標(biāo)準(zhǔn)。,27,世界上主要船級(jí)協(xié)會(huì)的代號(hào),(1)英國勞氏船級(jí)協(xié)會(huì) LR (2)美國船級(jí)協(xié)會(huì)ABS (3)法國船級(jí)協(xié)會(huì)BV (4)德國勞氏船級(jí)協(xié)會(huì)GL (5)挪威船級(jí)協(xié)會(huì)NV 或 DNV (6)日本海事協(xié)會(huì) NK (7)中國船級(jí)協(xié)會(huì) CR,28,船舶電力系統(tǒng)基本

15、參數(shù),船舶電力系統(tǒng)的基本參數(shù)是指電流種類、額定電壓、額定頻率和線制。 船舶電力系統(tǒng)應(yīng)首先確認(rèn)電站的基本參數(shù)，它們決定電氣設(shè)備的生產(chǎn)和供應(yīng)，制約著船舶電站工作的可靠性和電氣設(shè)備的質(zhì)量、尺寸、價(jià)格等。 正確選擇電站的基本參數(shù)，可以保證整個(gè)電站和電氣裝置的可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。,29,選擇電站的基本參數(shù)應(yīng)遵循以下原則,(1)船舶電站基本參數(shù)原則上應(yīng)與本國陸用電力參數(shù)或船舶運(yùn)行需經(jīng)常?？康拇a頭的陸用電力參數(shù)一樣。 (2)必須保持船舶電站基本參數(shù)的統(tǒng)一。船舶上一般不採用兩種不同的基本參數(shù) (專用的局部電網(wǎng)或變流設(shè)備的特殊供電環(huán)節(jié)不包括在內(nèi)) ，以免引起系統(tǒng)管理和電氣設(shè)備應(yīng)用上的混亂。次級(jí)電網(wǎng)可在基本參

16、數(shù)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展，並盡可能靠近基本參數(shù)，以減少電源參數(shù)的種類。 (3)船舶電站基本參數(shù)應(yīng)與今後可能協(xié)同工作的其他船舶的基本參數(shù)一致，以保證船舶之間的相互配合，以及在緊急情況下實(shí)施救生和相互應(yīng)急供電的需要。 (4)電站基本參數(shù)應(yīng)保證船舶機(jī)械電力拖動(dòng)需要的特性、電動(dòng)機(jī)和電器工作的可靠性，還應(yīng)注意比較電氣設(shè)備的質(zhì)量、尺寸和價(jià)格。,30,電制種類,按電流種類的不同，船舶電力系統(tǒng)可分為直流電力系統(tǒng)和交流電力系統(tǒng)，習(xí)慣上把它們稱為直流船舶和交流船舶。 早期的船舶多採用直流電制。交流電制從20世紀(jì)30年代開始在軍用船舶上應(yīng)用，後來逐步推廣到各種船舶。由於交流電制具有顯著的優(yōu)越性，50年代交流電制取代直流電制形

17、成了高潮。 與直流電制相比，交流電制具有以下優(yōu)點(diǎn) (1)交流電站電源裝置採用船用交流同步發(fā)電機(jī)，配自勵(lì)恆壓裝置，沒有整流子，工作可靠。動(dòng)力負(fù)荷選用三相交流異步電動(dòng)機(jī)，亦沒有整流子，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，維護(hù)量少，可直接啟動(dòng)，啟動(dòng)控制設(shè)備簡單等。,31,(2)交流電站的動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)與照明網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)繫可透過變壓器，只有磁的聯(lián)繫，而沒有電的直接連接，對(duì)於絕緣電阻較低的照明網(wǎng)絡(luò)基本上不會(huì)影響動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)。而直流電站的動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)則直接受到照明網(wǎng)絡(luò)的影響，使系統(tǒng)的絕緣降低，容易發(fā)生故障，影響系統(tǒng)的安全可靠性。 (3)交流電氣設(shè)備質(zhì)量小、尺寸小、價(jià)格便宜。由於大量的動(dòng)力設(shè)備可以採用三相交流異步電動(dòng)機(jī)，交流電機(jī)較直流電

18、機(jī)在電機(jī)結(jié)構(gòu)上要簡單得多，使其系統(tǒng)的設(shè)備質(zhì)量減小、尺寸也小，且價(jià)格也便宜，因此給交流電力系統(tǒng)帶來了許多優(yōu)勢(shì)。,32,船舶電站的電制種類仍然會(huì)到船舶能源類型或某些條件的限制。例如有較高調(diào)速要求的推進(jìn)電力系統(tǒng)往往採用直流電制，小漁船、小快艇和只有少量照明負(fù)荷的小船上仍採用蓄電池組作電源。 有些船舶如挖泥船等，少量工作機(jī)械功率比較大、拖動(dòng)或自動(dòng)控制要求比較高，而採用直流電又比較適宜時(shí)，可以考慮採用交直流混合電制。以交流電供給機(jī)艙輔機(jī)及一般甲板機(jī)械和照明等用電，而以直流電供給工作機(jī)械。儘管如此，交流電制仍然是船舶電力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的主流。,33,額 定 電 壓,額定電壓是電力系統(tǒng)重要的參考指數(shù)之一。確定

19、電力系統(tǒng)及其負(fù)載的電壓等級(jí)是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)基本內(nèi)容，船舶電力系統(tǒng)電壓等級(jí)一般都盡可能與岸電相同。 對(duì)於同一電壓等級(jí)的額定電壓，針對(duì)電源設(shè)備和用電設(shè)備其數(shù)值有所不同，具體如下。 1.用電設(shè)備的額定電壓 因?yàn)殡娏€路在有電流通過時(shí)要產(chǎn)生電壓降，所以線路上各點(diǎn)的電壓都略有不同。,34,2.發(fā)電機(jī)的額定電壓 由於電力線路允許的電壓偏差一般為5%，及整個(gè)線路允許有10%的電壓損耗值，因此為了使線路的平均電壓維持在額定值，線路首端(電源端)的電壓宜較線路額定電壓高5%，而線路末端的電壓則較線路額定電壓低5%，所以發(fā)電機(jī)額定電壓規(guī)定高於同級(jí)電網(wǎng)而定電壓的5%。 3.電力變壓器的額定電壓 (1)電力變壓器

20、的一次繞組額定電壓 當(dāng)變壓器直接與發(fā)電機(jī)相連時(shí)，其一次繞組額定電壓應(yīng)與發(fā)電機(jī)額定電壓相同，即高於同級(jí)電網(wǎng)額定電壓5%。 當(dāng)變壓器不是與發(fā)電機(jī)相連而是經(jīng)過較長的線路連接時(shí)，則可看作是線路的用電設(shè)備，因此其一次繞組額定電壓應(yīng)與電網(wǎng)額定電壓相同。,35,(2)電力變壓器的二次繞組額定電壓 變壓器二次側(cè)供電線路較長(如為較大的高壓電網(wǎng))時(shí)，其二次繞組額定電壓比相連接電網(wǎng)額定電壓高10%，其中有5%用於補(bǔ)償變壓器滿載運(yùn)行時(shí)繞組本身約5%的電壓降，因?yàn)樽儔浩鞫卫@組的額定電壓是指變壓器一次繞組加上額定電壓而二次繞組開路時(shí)的電壓；此外變壓器滿載時(shí)二次繞組輸出電壓要高於同級(jí)電網(wǎng)額定電壓5%，以補(bǔ)償線路上的電壓

21、降，所以二次繞組額定電壓總要高於電網(wǎng)電壓10%。 變壓器二次側(cè)供電線路不長時(shí)，其二次繞組額定電壓只需高於所連電網(wǎng)額定電壓5%，僅考慮補(bǔ)償變壓器滿在運(yùn)行時(shí)繞組本身的5%電壓降。由於船舶電網(wǎng)的供電線路都不長，因此變壓器二次繞組額定電壓按高於所連電網(wǎng)額定電壓5%考慮。,36,目前船舶電力系統(tǒng)最常見的電壓等級(jí)是 交流60Hz，440V/220V。 發(fā)電機(jī)的額定電壓為460V； 動(dòng)力用電設(shè)備額定電壓為380V(小型)，3.3kV(大型)； 照明變壓器的一次/二次側(cè)的額定電壓為220/110V； 照明用電設(shè)備額定電壓為220V。,37,大型船舶採用的中壓電力系統(tǒng),隨著船舶電站容量的增大，低壓系統(tǒng)已不能滿足

22、供配電要求。 從20世紀(jì)60年代開始，一些大型船舶採用中壓電力系統(tǒng)(中壓指135kV)。其中，有的只是某些特定的大功率負(fù)載採用的局部中壓系統(tǒng)，有的則是大功率負(fù)載甚至其電力推進(jìn)裝置、動(dòng)力電網(wǎng)和照明電網(wǎng)均採用中壓系統(tǒng)。 目前中壓系統(tǒng)較多應(yīng)用在大型工程船舶、鑽井平臺(tái)以及工作性質(zhì)較特殊的大型船舶上。,38,促使船舶採用中壓電力系統(tǒng)的主要原因,(1)船舶消耗的電力日益增長，要求電力系統(tǒng)的容量增大。這引起系統(tǒng)的故障短路電流增大，而目前低壓空氣斷路器的最大分?jǐn)嗄芰Σ荒軡M足斷流要求，即保護(hù)裝置的斷流容量限制了船舶電力系統(tǒng)容量的增大。採用中壓系統(tǒng)可以減小短路電流的絕對(duì)值，增大電力系統(tǒng)的極限容量，緩解這一矛盾。

23、(2)發(fā)電機(jī)和負(fù)載電動(dòng)機(jī)的單機(jī)容量增大。如仍然採用低壓，則製造困難，而且不經(jīng)濟(jì)。美國造船和輪機(jī)工程協(xié)會(huì)認(rèn)為，450V低壓發(fā)電機(jī)的實(shí)際單機(jī)容量極限為2500kW，超過這個(gè)極限時(shí)，則推薦採用2300V (電網(wǎng)電壓2200V) (3)配電系統(tǒng)容量越來越大。採用低壓電纜時(shí)，其電纜截面很大、用銅量大，給電纜鋪設(shè)佈線施工帶來困難且不經(jīng)濟(jì)。在輸送功率大到一定數(shù)值時(shí)，電纜的最大標(biāo)識(shí)截面已不能滿足要求，必須提高電壓等級(jí)。,39,船舶電力系統(tǒng)是否採用中壓，需要綜合分析主發(fā)電機(jī)和大功率負(fù)載電動(dòng)機(jī)的容量及電力負(fù)載可能達(dá)到的實(shí)際數(shù)量，根據(jù)自動(dòng)開關(guān)將來可能分?jǐn)嗟碾娏θ萘縼泶_定。 有人認(rèn)為短路容量小於10MVA時(shí)，採用38

24、0440V電壓等級(jí)較為合適；短路容量在1015MVA範(fàn)圍時(shí)，應(yīng)採用3300V電壓系統(tǒng)；短路容量在1530MVA範(fàn)圍時(shí)，應(yīng)採用6600V電壓系統(tǒng)；短路容量超過30MVA時(shí)，最好採用11000V電壓系統(tǒng)。,40,潛艦電力系統(tǒng)直流電壓,常規(guī)動(dòng)力潛艦以蓄電池組為主要電源。 由於蓄電池組在放電和充電過程中電壓不是恆定的，因此常規(guī)潛艦的直流電網(wǎng)出現(xiàn)一個(gè)額定電壓值上下波動(dòng)的變化範(fàn)圍，稱為電網(wǎng)的幅壓範(fàn)圍。 以鉛酸蓄電池為例，單個(gè)電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓是2V，以1h放電率放電到終了，電壓可能下跌到1.65V，只佔(zhàn)標(biāo)稱電壓的82.5%；而在蓄電池充電末尾時(shí)，每塊電池的電壓可升高到2.7V以上，為標(biāo)稱電壓的135%。 採用

25、鉛酸蓄電池的常規(guī)潛艦電壓的幅壓範(fàn)圍可能達(dá)到額定電壓的80%140%。以蓄電池組作為電源的電力系統(tǒng)應(yīng)考慮這個(gè)因素，由幅壓供電的所有電氣設(shè)備應(yīng)該保障在電網(wǎng)幅壓的範(fàn)圍內(nèi)均能正常工作。,41,生活用電電壓,通常船舶上的生活(住艙)用電電壓為交流220V。 近年來某些客船上也逐漸開始採用110V電壓作為船舶上的生活用電電壓。,42,額定頻率,目前在世界上船舶交流電力系統(tǒng)現(xiàn)行的額定頻率有50Hz和60Hz兩種。 使用60Hz額定頻率的發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)可獲得較高的同步轉(zhuǎn)速，而50Hz額定頻率具有較低的電磁損耗。 究竟應(yīng)選取何種頻率為船舶交流電力系統(tǒng)的額定頻率，取決於各國所在地區(qū)電力工業(yè)的現(xiàn)行額定頻率和其船舶的

26、航線以及相互間開展貿(mào)易交往的需要。在船舶電力系統(tǒng)中，船舶的額定頻率一般與本國的陸電頻率相一致，不能任意選擇。,43,世界不同國家船舶和陸用電力系統(tǒng)的額定頻率,44,線制,45,46,以船體做為中性線回路的三線系統(tǒng) 三線絕緣系統(tǒng)是系統(tǒng)的中性點(diǎn)不接地的線制。其特點(diǎn)是AC220V照明電源由AC380V電網(wǎng)經(jīng)變壓器獲得，照明系統(tǒng)與動(dòng)力系統(tǒng)是經(jīng)過變壓器相連繫的，所以在照明與動(dòng)力兩系統(tǒng)間只有磁通的聯(lián)繫，而沒有電氣的直接聯(lián)繫，因而相互間影響小，尤其是易出現(xiàn)絕緣故障的照明系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的影響大為減少。 當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)單相短路而產(chǎn)生短路電流使系統(tǒng)保護(hù)跳閘。,47,但必須在短時(shí)間內(nèi)尋找出接地點(diǎn)並

27、排除之，以免長期使非接地相工作在線電壓下，造成絕緣損壞。因此，中性點(diǎn)不接地的三線絕緣系統(tǒng)一定要有絕緣監(jiān)視裝置的配合，以保證在出現(xiàn)單相接地或絕緣下降時(shí)，能及時(shí)發(fā)出警報(bào)，通知人員儘早處裡，以防止電力系統(tǒng)演變成破壞性故障或造成人身傷亡。 三相絕緣系統(tǒng)對(duì)於船舶電力系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前，絕大多數(shù)船舶均採用這種中性點(diǎn)不接地的三相三線絕緣系統(tǒng)。,48,三相絕緣系統(tǒng)問題 隨著船舶向大型化、自動(dòng)化發(fā)展，電氣設(shè)備大量增多，電纜根數(shù)、長度及其截面的增加，以及防無線電干擾電容的廣泛應(yīng)用，使船舶電力系統(tǒng)的對(duì)地電容大為增加，因而就使電網(wǎng)相線和船體之間產(chǎn)生了電氣聯(lián)繫，並有可能危及人體安全和引起電火災(zāi)的電壓存在。 在中性點(diǎn)

28、絕緣系統(tǒng)中，故障狀態(tài)和合閘瞬間可產(chǎn)生25倍過電壓的衝擊，這一個(gè)電壓將對(duì)船舶中使用的電腦、電子設(shè)備和測(cè)量儀表帶來危害，必須注意防範(fàn)。,49,現(xiàn)代船舶絕大多數(shù)採用交流三線絕緣系統(tǒng)，但也有些船舶使用中性點(diǎn)接地的四線系統(tǒng)。三線絕緣系統(tǒng)與中性點(diǎn)接地的四線系統(tǒng)的比較如下表所示,比較項(xiàng)目,系統(tǒng)方式,50,比較項(xiàng)目,系統(tǒng)方式,續(xù) 上 表,51,船舶電站的主接線,單母線(匯流排)不分段 單母線分段 雙母線不分段 雙母線分段,52,53,54,55,56,57,DG-柴油發(fā)電機(jī) SG-軸帶發(fā)電機(jī),58,DG-柴油發(fā)電機(jī) SG-軸帶發(fā)電機(jī),59,DG-柴油發(fā)電機(jī) SG-軸帶發(fā)電機(jī),60,船舶電力系統(tǒng)的類型,一.單主

29、電站的交流電力系統(tǒng) 主電站中常設(shè)置兩臺(tái)以上的交流發(fā)電機(jī)組，以便在檢修或一臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)交替使用，這種系統(tǒng)常用於各種民用船舶和軍用輔助船舶。這種電力系統(tǒng)有時(shí)除了配備主電源，保證船舶正常運(yùn)行工況下各種用電設(shè)備的供電外，還設(shè)置停泊電源或應(yīng)急電源，用來保證船舶處於低負(fù)載、應(yīng)急或其他特殊工況下部份電器設(shè)備的供電。,61,單主電站電力系統(tǒng),MSB-主配電盤 G1G4-主發(fā)電機(jī) T1-照明變壓器 SC-岸電箱ESB-應(yīng)急配電盤 EG-應(yīng)急發(fā)電機(jī) T2-應(yīng)急照明變壓器 QF1-QF8-自動(dòng)空氣開關(guān),62,二.多主電站的交流電力系統(tǒng) 多主電站交流電力系統(tǒng)系指船舶上有兩個(gè)及兩個(gè)以上主電站的電力系統(tǒng)，大型的航空

30、母艦上有時(shí)甚至設(shè)置有8個(gè)電站。這些電站分散布置在船舶比較安全的部位，保證電力系統(tǒng)具有較高的供電可靠性和生命力。這種系統(tǒng)常用於戰(zhàn)鬥艦艇、核動(dòng)力船或其他對(duì)供電可靠性有較高要求的船舶上。,63,G12-汽輪發(fā)電機(jī) QF14-發(fā)電機(jī)主開關(guān) QF56-隔離開關(guān)G34-柴油發(fā)電機(jī) T12-照明變壓器 QF710-連絡(luò)開關(guān),64,三.交直流混合電力系統(tǒng) 交直流混合電力系統(tǒng)是一種交流發(fā)電機(jī)組和直流蓄電池組混合構(gòu)成的電力系統(tǒng)，主要用於潛艦等特種艦艇。它可以在蓄電池中儲(chǔ)存電能，有較高的供電可靠性。根據(jù)船舶主要用電設(shè)備是交流或直流，又可分為交流供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)。,65,交直流混合電力系統(tǒng),66,四.交流電力推進(jìn)整合電力系統(tǒng) 電力推進(jìn)的船舶(如破冰船、工程船等)，常採用將船舶電力推進(jìn)主機(jī)電源合船舶動(dòng)力照明電源兩者合一的電力系統(tǒng)，這樣的電力系統(tǒng)具有更大的經(jīng)濟(jì)性和機(jī)動(dòng)性。,67,交流電力推進(jìn)整合電力系統(tǒng),68,五.直流電力推進(jìn)整合電力系統(tǒng) 這是柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)常規(guī)潛艦早期應(yīng)用較多的一種電力系統(tǒng)，它