船舶電力系統(tǒng)課件

1第一章

船舶電力系統(tǒng)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，則對船舶航行和作業(yè)會(huì)造成嚴(yán)重的後果。例如，對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。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)備對電壓和頻率等質(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。3船舶電力系統(tǒng)要確實(shí)保障全船的生產(chǎn)和生活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4船舶電力系統(tǒng)的組成電源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)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。6電源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。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(wǎng)和負(fù)載進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)視、測量和控制的裝置。配電裝置包括各種電力開關(guān)、互感器、測量儀錶、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。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(wǎng)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)。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。9船舶電力網(wǎng)船舶電力網(wǎng)是全船電纜電線的總稱。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。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，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。11電力負(fù)載分類船舶各種機(jī)械設(shè)備的電力拖動(dòng)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、無線電測向儀、測深儀和計(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。12通導(dǎo)設(shè)備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。13船舶電力系統(tǒng)特性141.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400~4000kW，可見船舶電源遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(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。141.船舶電站容量較小15對於船舶系統(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)的電壓和頻率波動(dòng)。15對於船舶系統(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162.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。162.船舶電網(wǎng)線路短173.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；相對濕度高則會(huì)使電氣設(shè)備絕緣受潮、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。173.船舶電器設(shè)備工作環(huán)境惡劣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。對受震動(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)。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，是一般陸192.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。192.適應(yīng)傾斜和搖擺的條件20

設(shè)備組件

傾斜角/(°)橫向縱向

縱傾

橫搖

橫傾

縱搖應(yīng)急電氣設(shè)備、開關(guān)設(shè)備，電器及電子設(shè)備22.522.51010上列以外的設(shè)備、組件1622.557.5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)水以致於最終橫傾達(dá)30?的極限狀態(tài)下能保持供電。20設(shè)備組件傾斜角/(°)橫向213.適應(yīng)環(huán)境溫度條件船舶環(huán)境溫度一般為-25°C~+45?C，鍋爐艙的電氣設(shè)備規(guī)定為50?。環(huán)境溫度對電氣設(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。介質(zhì)部位溫度/°C無限航區(qū)除熱帶外的有限航區(qū)空氣封閉處所內(nèi)0~450~40溫度超過45°C和低於0°C的處所按該處所溫度按該處所溫度開敞甲板-25~45-25~40水3225213.適應(yīng)環(huán)境溫度條件介質(zhì)部位溫度/°C無限航區(qū)除熱224.耐受潮溼、鹽霧、油霧和霉菌的環(huán)境若相對溼度一般為95%並有凝露，鹽霧、油霧和霉菌也較嚴(yán)重，則在2~3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，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。224.耐受潮溼、鹽霧、油霧和霉菌的環(huán)境235.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。設(shè)備參數(shù)穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間一般設(shè)備電壓+6~-10V20%1.5秒頻率±5Hz±10%5秒由蓄電池或半導(dǎo)體變流器供電的設(shè)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－－235.適應(yīng)船舶電網(wǎng)電壓和頻率的波動(dòng)設(shè)備參數(shù)穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)246.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，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。246.滿足防護(hù)需求257.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。257.尺寸小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)。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)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)CR27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)LR28船舶電力系統(tǒng)基本參數(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。28船舶電力系統(tǒng)基本參數(shù)船舶電力系統(tǒng)的基本參數(shù)是指電流種類、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)常停靠的碼頭的陸用電力參數(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。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。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)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。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。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。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。對於同一電壓等級(jí)的額定電壓，針對電源設(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。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342.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。342.發(fā)電機(jī)的額定電壓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。35(2)電力變壓器的二次繞組額定電壓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。36目前船舶電力系統(tǒng)最常見的電壓等級(jí)是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1~35kV)。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。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值，增大電力系統(tǒng)的極限容量，緩解這一矛盾。(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)。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380~440V電壓等級(jí)較為合適；短路容量在10~15MVA範(fàn)圍時(shí)，應(yīng)採用3300V電壓系統(tǒng)；短路容量在15~30MVA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)。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)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。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。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。41生活用電電壓通常船舶上的生活(住艙)用電電壓為交流22042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。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5043世界不同國家船舶和

陸用電力系統(tǒng)的額定頻率國家船舶電力系統(tǒng)頻率/Hz陸用電力系統(tǒng)頻率/Hz中國5050美國、加拿大6060英國及歐洲大陸國家5050日本6050(東京電力公司及以北的東部地區(qū)各公司)60(中部電力公司及以西地區(qū)各公司)德國民船50、軍船6050臺(tái)灣606043世界不同國家船舶和

陸用電力系統(tǒng)的額定頻率國家船舶44線制44線制454546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。46以船體做為中性線回路的三線系統(tǒng)47但必須在短時(shí)間內(nèi)尋找出接地點(diǎn)並排除之，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)對於船舶電力系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢。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)。47但必須在短時(shí)間內(nèi)尋找出接地點(diǎn)並排除之，以免長期使非接地相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)絕緣系統(tǒng)中，故障狀態(tài)和合閘瞬間可產(chǎn)生2~5倍過電壓的衝擊，這一個(gè)電壓將對船舶中使用的電腦、電子設(shè)備和測量儀表帶來危害，必須注意防範(fàn)。48三相絕緣系統(tǒng)問題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)的比較如下表所示三線絕緣系統(tǒng)中性點(diǎn)接地的四線系統(tǒng)單相接地時(shí)的接地電流有少量對地分布電容電流，並隨系統(tǒng)容量和線路的增減而增減均為三相短路電流或更大單相接地時(shí)的後果系統(tǒng)仍可繼續(xù)供電出現(xiàn)單相短路單相接地時(shí)對其他相電壓的影響等於線電壓為相電壓產(chǎn)生電弧接地的可能性較大較小操作過電壓很高很低單相接地延續(xù)時(shí)間長最短比較項(xiàng)目系統(tǒng)方式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50三線絕緣系統(tǒng)中性點(diǎn)接地的四線系統(tǒng)單相接地發(fā)展到多相短路的可能性最大最小接地故障排除困難方便絕緣電阻的檢測方便困難負(fù)載不平衡時(shí)中性點(diǎn)位移及負(fù)載電壓的不對稱度最大最小中線電流無有(無危險(xiǎn))發(fā)電機(jī)並聯(lián)時(shí)的三次諧波環(huán)流無有三次諧波對於通信的干擾無有比較項(xiàng)目系統(tǒng)方式續(xù)上表50三線絕緣系統(tǒng)中性點(diǎn)接地的四線系統(tǒng)單相接地發(fā)展到多相短路的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51船舶電站的主接線單母線(匯流排)不分段5252535354545555565657DG-柴油發(fā)電機(jī)SG-軸帶發(fā)電機(jī)57DG-柴油發(fā)電機(jī)SG-軸帶發(fā)電機(jī)58DG-柴油發(fā)電機(jī)SG-軸帶發(fā)電機(jī)58DG-柴油發(fā)電機(jī)SG-軸帶發(fā)電機(jī)59DG-柴油發(fā)電機(jī)SG-軸帶發(fā)電機(jī)59DG-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。60船舶電力系統(tǒng)的類型一.單主電站的交流電力系統(tǒng)61單主電站電力系統(tǒng)MSB-主配電盤G1~G4-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)61單主電站電力系統(tǒng)MSB-主配電盤G1~G4-主發(fā)電機(jī)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)力船或其他對供電可靠性有較高要求的船舶上。62二.多主電站的交流電力系統(tǒng)63G1~2-汽輪發(fā)電機(jī)QF1~4-發(fā)電機(jī)主開關(guān)QF5~6-隔離開關(guān)

G3~4-柴油發(fā)電機(jī)T1~2-照明變壓器QF7~10-連絡(luò)開關(guān)63G1~2-汽輪發(fā)電機(jī)QF1~4-發(fā)電機(jī)主開關(guān)Q64三.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)。64三.交直流混合電力系統(tǒng)65交直流混合電力系統(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。66四.交流電力推進(jìn)整合電力系統(tǒng)67交流電力推進(jìn)整合電力系統(tǒng)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)，它既可由旭電池組供電，也可由推進(jìn)發(fā)電機(jī)供電。68五.直流電力推進(jìn)整合電力系統(tǒng)69直流電力推進(jìn)整合電力系統(tǒng)69直流電力推進(jìn)整合電力系統(tǒng)70船舶電力系統(tǒng)的可靠性一.船舶電力系統(tǒng)的可靠性1.可靠性概念可靠性是指研究對象在規(guī)定條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。可靠性分固有可靠性和使用可靠性兩種。前者通過科學(xué)論證、合理設(shè)計(jì)及精選元件器和設(shè)備來確定。後者是對象在具體環(huán)境中運(yùn)行、維護(hù)及人為因素影響下實(shí)際達(dá)到的可靠性?？煽啃猿Ｓ每煽慷然蚬收下蕘砗饬?，它與機(jī)率有關(guān)。70船舶電力系統(tǒng)的可靠性一.船舶電力系統(tǒng)的可靠性712.保證可靠性的措施(1)組成系統(tǒng)的各元件或設(shè)備應(yīng)有足夠的可靠性(2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分保證供電能力、運(yùn)行安全和維護(hù)方便。如發(fā)電機(jī)組及電源設(shè)備留有一定的供電裕量。(3)制定系統(tǒng)的操作和維護(hù)規(guī)章制度，儘可能減少或避免人為失誤。(4)透過準(zhǔn)確的檢測手段，在故障前兆時(shí)期及時(shí)警報(bào)，以避免故障發(fā)生。當(dāng)發(fā)生局部故障時(shí)，採取積極的措施把故障限制在最小範(fàn)圍內(nèi)。(5)把大系統(tǒng)劃分為多個(gè)不同功能的子系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)保持相對的獨(dú)立性。例如，可劃分出控制系統(tǒng)、檢測警報(bào)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)等。(6)有必要的後備保障，元件級(jí)有備品備件；設(shè)備級(jí)有備用設(shè)備，如備用發(fā)電機(jī)、備用舵機(jī)電動(dòng)機(jī)等。712.保證可靠性的措施72應(yīng)急電力系統(tǒng)的作用是在主系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，替代主系統(tǒng)向重要負(fù)載供電。應(yīng)急系統(tǒng)須滿足系統(tǒng)獨(dú)立性原則，它有自己的應(yīng)急電源設(shè)備、應(yīng)急配電盤、應(yīng)急電網(wǎng)及應(yīng)急負(fù)載。應(yīng)急電站一般設(shè)在上層甲板，遠(yuǎn)離主電站(通常設(shè)在機(jī)艙或機(jī)艙平臺(tái)處)。應(yīng)急電力系統(tǒng)分兩種：一種以柴油發(fā)電機(jī)組作為電源，叫大應(yīng)急系統(tǒng)；一種以蓄電池組及其充電設(shè)備作為電源，叫瞬時(shí)應(yīng)急系統(tǒng)或小應(yīng)急系統(tǒng)。後者的供電時(shí)間較短，但主系統(tǒng)斷電後它幾乎可以不間斷的維持向重要設(shè)備供電。72應(yīng)急電力系統(tǒng)的作用是在主系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，替代主系統(tǒng)向重要733.可靠性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)係在追求可靠性的同時(shí)，還要考慮經(jīng)濟(jì)性。隨著對可靠性要求的提高，系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用必然會(huì)增加；另外，使用的可靠性隨時(shí)間不斷下降，系統(tǒng)維護(hù)和故障損失費(fèi)用也要相應(yīng)增加。733.可靠性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)係74二.船舶電力系統(tǒng)的存活力概念軍用艦艇，除考慮可靠性外，還強(qiáng)調(diào)存活力。艦艇電力系統(tǒng)的存活力，是指其在戰(zhàn)鬥或事故中破損時(shí)，仍能保證有不間斷供電的能力。因此，艦船電力系統(tǒng)與民用船舶有許多不同之處。為了提高電力系統(tǒng)的存活力，船舶電力系統(tǒng)通常採用多主電站方式。74二.船舶電力系統(tǒng)的存活力概念75為了提高電力系統(tǒng)的存活力，在電網(wǎng)接線結(jié)構(gòu)方面，採用可靠性高的接線方式，如環(huán)形和網(wǎng)形接線方式；在供電方面採用分區(qū)形式，如以水密艙壁為界。75為了提高電力系統(tǒng)的存活力，在電網(wǎng)接線結(jié)構(gòu)方面，採用可靠性767677第一章

船舶電力系統(tǒng)1第一章

船舶電力系統(tǒng)78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，則對船舶航行和作業(yè)會(huì)造成嚴(yán)重的後果。例如，對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。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79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)備對電壓和頻率等質(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。3船舶電力系統(tǒng)要確實(shí)保障全船的生產(chǎn)和生活80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4船舶電力系統(tǒng)的組成電源81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)82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。6電源83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。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84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(wǎng)和負(fù)載進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)視、測量和控制的裝置。配電裝置包括各種電力開關(guān)、互感器、測量儀錶、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。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(wǎng)85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)。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。9船舶電力網(wǎng)船舶電力網(wǎng)是全船電纜電線的總稱。86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。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，87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。11電力負(fù)載分類船舶各種機(jī)械設(shè)備的電力拖動(dòng)88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、無線電測向儀、測深儀和計(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。12通導(dǎo)設(shè)備89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。13船舶電力系統(tǒng)特性901.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400~4000kW，可見船舶電源遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(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。141.船舶電站容量較小91對於船舶系統(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)的電壓和頻率波動(dòng)。15對於船舶系統(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922.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。162.船舶電網(wǎng)線路短933.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；相對濕度高則會(huì)使電氣設(shè)備絕緣受潮、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?？諝庵械柠}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。173.船舶電器設(shè)備工作環(huán)境惡劣94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。對受震動(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)。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，是一般陸952.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。192.適應(yīng)傾斜和搖擺的條件96

設(shè)備組件

傾斜角/(°)橫向縱向

縱傾

橫搖

橫傾

縱搖應(yīng)急電氣設(shè)備、開關(guān)設(shè)備，電器及電子設(shè)備22.522.51010上列以外的設(shè)備、組件1622.557.5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)水以致於最終橫傾達(dá)30?的極限狀態(tài)下能保持供電。20設(shè)備組件傾斜角/(°)橫向973.適應(yīng)環(huán)境溫度條件船舶環(huán)境溫度一般為-25°C~+45?C，鍋爐艙的電氣設(shè)備規(guī)定為50?。環(huán)境溫度對電氣設(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。介質(zhì)部位溫度/°C無限航區(qū)除熱帶外的有限航區(qū)空氣封閉處所內(nèi)0~450~40溫度超過45°C和低於0°C的處所按該處所溫度按該處所溫度開敞甲板-25~45-25~40水3225213.適應(yīng)環(huán)境溫度條件介質(zhì)部位溫度/°C無限航區(qū)除熱984.耐受潮溼、鹽霧、油霧和霉菌的環(huán)境若相對溼度一般為95%並有凝露，鹽霧、油霧和霉菌也較嚴(yán)重，則在2~3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，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。224.耐受潮溼、鹽霧、油霧和霉菌的環(huán)境995.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。設(shè)備參數(shù)穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間一般設(shè)備電壓+6~-10V20%1.5秒頻率±5Hz±10%5秒由蓄電池或半導(dǎo)體變流器供電的設(shè)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－－235.適應(yīng)船舶電網(wǎng)電壓和頻率的波動(dòng)設(shè)備參數(shù)穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)1006.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，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。246.滿足防護(hù)需求1017.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。257.尺寸小102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)。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)103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)CR27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)LR104船舶電力系統(tǒng)基本參數(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。28船舶電力系統(tǒng)基本參數(shù)船舶電力系統(tǒng)的基本參數(shù)是指電流種類、105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。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106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。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)107(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。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108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。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。109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。對於同一電壓等級(jí)的額定電壓，針對電源設(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。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1102.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。342.發(fā)電機(jī)的額定電壓111(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。35(2)電力變壓器的二次繞組額定電壓112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。36目前船舶電力系統(tǒng)最常見的電壓等級(jí)是113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1~35kV)。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。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114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值，增大電力系統(tǒng)的極限容量，緩解這一矛盾。(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)。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115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380~440V電壓等級(jí)較為合適；短路容量在10~15MVA範(fàn)圍時(shí)，應(yīng)採用3300V電壓系統(tǒng)；短路容量在15~30MVA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)。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)116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。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。117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。41生活用電電壓通常船舶上的生活(住艙)用電電壓為交流220118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。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50119世界不同國家船舶和

陸用電力系統(tǒng)的額定頻率國家船舶電力系統(tǒng)頻率/Hz陸用電力系統(tǒng)頻率/Hz中國5050美國、加拿大6060英國及歐洲大陸國家5050日本6050(東京電力公司及以北的東部地區(qū)各公司)60(中部電力公司及以西地區(qū)各公司)德國民船50、軍船6050臺(tái)灣606043世界不同國家船舶和

陸用電力系統(tǒng)的額定頻率國家船舶120線制44線制12145122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。46以船體做為中性線回路的三線系統(tǒng)123但必須在短時(shí)間內(nèi)尋找出接地點(diǎn)並排除之，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)對於船舶電力系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢。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)。47但必須在短時(shí)間內(nèi)尋找出接地點(diǎn)並排除之，以免長期使非接地相124三相絕緣系統(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)絕緣系統(tǒng)中，故障狀態(tài)和合閘瞬間可產(chǎn)生2~5倍過電壓的衝擊，這一個(gè)電壓將對船舶中使用的電腦、電子設(shè)備和測量儀表帶來危害，必須注意防範(fàn)。48三相絕緣系統(tǒng)問題125

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)的比較如下表所示三線絕緣系統(tǒng)中性點(diǎn)接地的四線系統(tǒng)單相接地時(shí)的接地電流有少量對地分布電容電流，並隨系統(tǒng)容量和線路的增減而增減均為三相短路電流或更大單相接地時(shí)的後果系統(tǒng)仍可繼續(xù)供電出現(xiàn)單相短路單相接地時(shí)對其他相電壓的影響等於線電壓為相電壓產(chǎn)生電弧接地的可能性較大較小操作過電壓很高很低單相接地延續(xù)時(shí)間長最短比較項(xiàng)目系統(tǒng)方式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126三線絕緣系統(tǒng)中性點(diǎn)接地的四線系統(tǒng)單相接地發(fā)展