船舶電力系統(tǒng)

第六章船舶電力系統(tǒng)§6—1船舶電力系統(tǒng)概述一、船舶電力系統(tǒng)的組成及特點船舶電力系統(tǒng)的組成船舶電力系統(tǒng)是由電源裝置、配電裝置、電力網(wǎng)和負載組成并按照一定方式連接的整體，是船上電能產(chǎn)生、傳輸、分配和消耗等全部裝置和網(wǎng)絡(luò)的總稱。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖6—1所示。圖6—1典型船舶系統(tǒng)簡圖G—應(yīng)急發(fā)電龜動機；空弋斷路器圖6—1典型船舶系統(tǒng)簡圖G—應(yīng)急發(fā)電龜動機；空弋斷路器iMCB一肢置宣■蹈費、ABTS一忙疏群轉(zhuǎn)換揉也罪1■電回厘昏羅中一亂推問弟保護,帝電他回點保護MCB1） 電源裝置。將機械能、化學能等能源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。船舶電源主要是指發(fā)電機和蓄電池。2） 配電裝置。對電源和用電設(shè)備進行保護、監(jiān)測、分配、轉(zhuǎn)換、控制的裝置。3） 船舶電力網(wǎng)。是全船電纜電線的總稱，也是電能的生產(chǎn)者（各種電源）和電能的消耗者（各類用電設(shè)備）的中間傳遞環(huán)節(jié)。船舶電力網(wǎng)根據(jù)其所連接的負載性質(zhì)和類別可以分為動力電網(wǎng)、照明電網(wǎng)、應(yīng)急電網(wǎng)、低壓電網(wǎng)和弱電電網(wǎng)等。4） 負載。即用電設(shè)備。船舶負載有：甲板機械、船舶舵機、動力裝置用輔機（為主機和主鍋爐等服務(wù)的輔機，如主機滑油泵、海水冷卻泵、淡水冷卻泵和鼓風機等）、艙室輔機（生活水泵、消防泵、艙底泵以及為輔鍋爐服務(wù)的輔機等）、電力推進設(shè)備（主電力推進裝置、首尾側(cè)推裝置等）、機修機械（車床、鉆床、電焊機等）、冷藏通風（冷藏集裝箱、空調(diào)裝置、伙食冷庫和通風機等）、照明設(shè)備、船舶通信導航設(shè)備（無線電通信設(shè)備、導航和船內(nèi)通信設(shè)備）等。船舶電力系統(tǒng)的特點根據(jù)船用負載的特點，船舶電力系統(tǒng)的電站容量、連接方式、電壓等級、配電裝置等及陸上電力系統(tǒng)有著很大的差別。從驅(qū)動發(fā)電機的原動機形式分類，船舶發(fā)電機組有柴油發(fā)電機組、蒸汽發(fā)電機組、汽輪發(fā)電機組、軸帶發(fā)電機組等。船舶電站單機容量一般不超過lOOOkW,裝機總功率不超過5000kW（電力推進船和特種船除外），相比陸上要小得多。船舶電力系統(tǒng)大多采用多臺同容量同類型的發(fā)電機組聯(lián)合供配電的方式，以方便管理維護。正常航行時僅有1臺或2臺發(fā)電機向電網(wǎng)供電，但是要求船舶發(fā)電機組有較高品質(zhì)的調(diào)速和調(diào)壓裝置來滿足負載變化、在突發(fā)局部故障時也能保障船舶安全運行。船舶電網(wǎng)的輸電距離短，線路阻抗低，各處短路電流大。短路電流所產(chǎn)生的電磁機械應(yīng)力和熱效應(yīng)易使開關(guān)、匯流排等設(shè)備遭受損傷和破壞。因此，船舶輸電電纜采用沿艙壁或艙頂走線，電纜的分支和轉(zhuǎn)接均在配電板（箱）或?qū)ＴO(shè)的分線盒內(nèi)完成，不允許外部有連接點。二、船舶電力系統(tǒng)的基本參數(shù)船舶電力系統(tǒng)的基本參數(shù)是指電流種類（電制）、額定電壓和額定頻率的等級。電流種類（電制）早期船舶采用直流電制，主要基于直流發(fā)電機調(diào)壓容易、直流配電裝置簡潔、直流電動機調(diào)速平滑等優(yōu)點。但直流電制在可靠性、經(jīng)濟性、可維修性方面的缺陷甚多，而電力電子技術(shù)的發(fā)展突破了交流電力系統(tǒng)的調(diào)壓、調(diào)頻、并聯(lián)運行等一系列難點，使交流電制占據(jù)了主要地位。除了采用直流電力系統(tǒng)或交直流混合電力系統(tǒng)的特殊工程船舶外，幾乎所有大中型船舶均采用交流電力系統(tǒng)。額定電壓等級船舶電力系統(tǒng)額定電壓等級的選用直接關(guān)系到電力系統(tǒng)中所有電氣設(shè)備的重量和尺寸， 提高電壓利于減少導線中的電流、提高設(shè)備功率、減小艙容，利于提高經(jīng)濟性，隨之對電氣設(shè)備的絕緣和安全方面的要求也更高。世界各國對電壓等級的選用及本國陸上電制參數(shù)一致，使船舶電氣設(shè)備具有通用性。例如美國和日本采用450V、60Hz的電制，而我國和前蘇聯(lián)等均采用400V、50Hz的電制。隨著船舶發(fā)展大型化，目前采用電力推進的商船、滾裝船和一些工程船舶電站的容量都比較大（高達幾萬千瓦），出現(xiàn)了6kV、3.3kV以上中壓等級的船舶電站。我國用電設(shè)備的額定電壓有24V、110V、220V、380V、1kV、3kV、6kV、10kV等。根據(jù)電源電壓的額定值比同級電力系統(tǒng)用電設(shè)備的額定電壓高5%左右的原則，發(fā)電機的額定電壓為115V、230V、400V、1.05kV、3.15kV、6.3kV、10.5kV等。我國（鋼質(zhì)海船入級及建造規(guī)范》規(guī)定：非電力推進船舶的限制電壓為500V，動力負載、具有固定敷設(shè)電纜的電熱裝置等的額定電壓為380V，照明、生活居室的電熱器限制電壓為250V，額定電壓為220V。額定頻率交流船舶電力系統(tǒng)的額定頻率一般沿用各國陸地上的頻率標準，我國采用50Hz，西歐、美國采用60Hz。這里不包括弱電設(shè)備所需的特殊頻率以及海上平臺等特殊設(shè)備的電源頻率。三、發(fā)電機容量及臺數(shù)確定的原則船舶電站容量和發(fā)電機組數(shù)量是從滿足船舶用電的需求，并保證船舶的安全性和經(jīng)濟性而確定的。船舶電站容量既不等于全船所有用電設(shè)備的標稱電功率的總和，也不等于船舶某一運行工況下所用全部用電設(shè)備標稱電功率的總和。因為船舶在不同運行工況下投入運行的用電設(shè)備不同，用電量也不同；即便在同一運行工況下各用電設(shè)備的運行時間長短不同，負荷變化的情況也不同；每一用電設(shè)備實際所需的電功率大多小于其標稱電功率。電站發(fā)電機組數(shù)量的選擇和單機容量的確定既及電站容量有關(guān)，也及各工況的用電量大小和相對運行周期的長短有關(guān)。船舶的運行工況船舶營運中有航行工況（貨船的全速滿載航行時間約占船舶運行周期的41%，油船占64%）、進出港工況（船舶進出港低速航行、靠離碼頭等機動時間約占運行周期的1%）、裝卸貨工況（貨船裝卸所載貨物期間約占運行周期的18%，油船占7%）、停泊工況（貨船的無裝卸作業(yè)停泊時間約占運行周期的40%，油船占28%）、應(yīng)急工況（發(fā)生進水、火災(zāi)等海損引起主發(fā)電機失效而啟用應(yīng)急發(fā)電機的工況）。確定電站容量的基本原則電站容量應(yīng)能滿足船舶在各種運行工況下的用電量，并有適當?shù)脑Ａ?，確保連續(xù)可靠的供電。但從經(jīng)濟性考慮，冗余功率乂不能太大。發(fā)電機組容量和數(shù)量的選擇原則發(fā)電機組的總?cè)萘繘Q定于電站的總?cè)萘浚_定發(fā)電機組的單機容量和機組數(shù)量的基本原則是：單機組容量以最高負荷率為80%來確定為宜；船舶電站必須有備用機組，其容量要能滿足船舶各運行工況的用電需求；確定單機組容量和機組數(shù)量時，要考慮各機組的使用壽命應(yīng)及主機壽命相當，維修管理方便。若以高效率經(jīng)濟運行為原則，針對電站容量和各工況的用電量及其相對運行周期等具體情況，可選擇小功率多機組，或大功率少機組，或不同功率的機組。一般船舶電站設(shè)置2至3臺（包括備用機組）同型號、同容量的機組，最多為4臺。有些船舶在無作業(yè)停泊期間用電量少，常設(shè)1臺小容量的系泊發(fā)電機。船舶電站的實際容量綜合考慮了船舶電動機的利用系數(shù)、負荷系數(shù)、同時性系數(shù)等因素。四、應(yīng)急發(fā)電機容量的確定目的和原則一般規(guī)范都規(guī)定客船和500總噸以上的貨船應(yīng)設(shè)有獨立的應(yīng)急電源。它可以是發(fā)電機，也可以是蓄電池組。作為應(yīng)急電源使用的發(fā)電機稱為應(yīng)急發(fā)電機。應(yīng)急發(fā)電機應(yīng)該具有獨立的冷卻裝置和燃油供給單元，并設(shè)有滿足規(guī)則要求的起動裝置。當船舶發(fā)生火災(zāi)或其他災(zāi)害引起主電源供電失效時它應(yīng)能自動起動和自動連接于應(yīng)急配電板，盡快地承載額定負載，最長時間不得超過45s。應(yīng)急發(fā)電機的容量應(yīng)確保海上人命安全公約(SOLAS)和主管機關(guān)有關(guān)規(guī)定的供電范圍和供電時間，并應(yīng)考慮到這些用電設(shè)備可能同時工作。容量確定不同種類、噸位的船舶，其應(yīng)急發(fā)電機供電的電氣設(shè)備范圍也略有不同。確定應(yīng)急發(fā)電機的容量通?；谙率鲈O(shè)備所需的電功率，即：航行燈、信號燈、應(yīng)急照明設(shè)備、應(yīng)急報警和信號裝置、火災(zāi)探測和報警裝置及防火門的固定和釋放系統(tǒng)；在緊急狀態(tài)下所需要的船內(nèi)通信設(shè)備、應(yīng)急消防泵、自動噴水泵、應(yīng)急艙底泵及其電動遙控設(shè)備、應(yīng)急時使用的舵機、動力操作水密門及其指示器、報警器，以及其他需要應(yīng)急發(fā)電機供電的用電設(shè)備，如船員或船員提升至甲板上以便逃脫的電梯應(yīng)急裝置、應(yīng)急用無線電設(shè)備和導航設(shè)備等。一般應(yīng)急發(fā)電機需對舵機之類較大的電動機負載供電，在確定其容量時，應(yīng)考慮到最大電動機起動時瞬態(tài)電壓降的影響?！?—2船舶配電裝置配電裝置是接收和分配電能，并對電網(wǎng)實現(xiàn)保護的設(shè)備。有些配電裝置(例如主配電板、應(yīng)急配電板和蓄電池充放電板等)還具有對電源裝置、用電設(shè)備進行測量、保護和控制的功能。一、 配電裝置分類船用配電裝置種類很多，如面向主發(fā)電機的控制和監(jiān)測的主配電板，面向應(yīng)急發(fā)電機控制和監(jiān)測的應(yīng)急配電板，面向蓄電池組控制和監(jiān)測的蓄電池充放電板。此外還有區(qū)域分配電板、岸電箱和交流配電板等。二、 主配電板的構(gòu)成及功能船舶主配電板是船舶電力系統(tǒng)的中樞，擔負著對主發(fā)電機和用電設(shè)備的控制、保護、監(jiān)測和配電等多種功能。一般由發(fā)電機控制屏、并車屏、負載屏和連接母線四部分組成。發(fā)電機控制屏。包含有發(fā)電機主開關(guān)及操縱器件、指示燈和儀表、發(fā)電機勵磁控制和保護環(huán)節(jié)等。每臺發(fā)電機組均配有單獨的控制屏，用于控制、調(diào)節(jié)、保護、監(jiān)測發(fā)電機?？刂破撩姘宕篌w分上、中、下三部分，上部裝有電壓表、電流表及轉(zhuǎn)換開關(guān)、頻率表、功率表、功率因數(shù)表以及原動機的調(diào)速開關(guān)和按鈕等；中部安裝有發(fā)電機主開關(guān)；下部一般安裝有發(fā)電機勵磁控制裝置，控制屏內(nèi)還裝有逆功率繼電器和儀用互感器等。并車屏。包含有同步表、同步指示燈、投切順序選擇和轉(zhuǎn)換開關(guān)、操縱按鈕及狀態(tài)顯示指示燈等。有的還設(shè)有匯流排分段隔離開關(guān)、粗同步并車電抗器、自動并車裝置等。并車屏用于交流發(fā)電機組的并聯(lián)運行、解列等操作。負載屏。包括動力負載屏和照明負載屏，通常安裝有裝置式自動空氣開關(guān)、電壓表、電流表及轉(zhuǎn)換開關(guān)、絕緣指示燈、兆歐表以及及岸電箱相連的岸電開關(guān)。它們是用于分配電能并完成對各饋電線路進行控制、監(jiān)視和保護等。各用電設(shè)備或分電箱的電能通過裝置空氣開關(guān)供給。有些動力負載屏上還裝有重要泵的組合起動裝置。匯流排。配電板上主匯流排及連接部件是銅質(zhì)的，連接處作了防腐或防氧化處理。匯流排能承受短路時的機械沖擊力，其最大允許溫升為45°C。交流匯流排按從上到下（垂直排列）、從左到右、從前到后（水平布置）的順序依次為A相、B相、C相。匯流排的顏色依次為綠色、黃色、褐色或紫色，中線為淺藍色（若有接地線則接地線為黃綠相間顏色）。直流匯流排按從上到下（垂直排列）、從左到右、從前到后（水平布置）的順序依次為正極、中線、負極。其正極顏色為紅色，負極為藍色，中線為綠色和黃色相間色。三、 分配電板分配電板是由過載保護電器組成的集合體，對額定電流不超過16A的電氣設(shè)備進行供電的開關(guān)板，也稱為分電箱，主要有動力分配電板和照明分配電板兩種。區(qū)域分配電板由主配電板或應(yīng)急配電板饋電，是對耗電大于16A的電氣設(shè)備進行供電的開關(guān)板。四、 應(yīng)急配電板應(yīng)急配電板用于應(yīng)急發(fā)電機的控制和監(jiān)視，并向應(yīng)急用電設(shè)備供電。它及應(yīng)急發(fā)電機組安裝在同一艙室內(nèi)，一般位于艇甲板上。應(yīng)急配電板由應(yīng)急發(fā)電機控制屏和應(yīng)急配電屏組成，其上面安裝的儀器儀表及主配電板基本相同。應(yīng)急發(fā)電機總是單機運行，所以不需要并車屏、逆功率繼電器和同步表。應(yīng)急電網(wǎng)平時可由主配電板供電，惟當主發(fā)電機發(fā)生故障或檢修時才由應(yīng)急發(fā)電機組供電。主配電板連通應(yīng)急配電板有供電聯(lián)絡(luò)開關(guān)，它及應(yīng)急配電板的主開關(guān)之間設(shè)有電氣連鎖，以保證主發(fā)電機向電網(wǎng)供電（即主網(wǎng)不失電）時，應(yīng)急發(fā)電機組不工作。一旦主發(fā)電機開關(guān)跳閘，經(jīng)應(yīng)急發(fā)電機組的自動起動裝置確認后，自動起動應(yīng)急發(fā)電機組，并合閘向應(yīng)急電網(wǎng)供電。平時需要檢查和試驗應(yīng)急發(fā)電機組時，可把應(yīng)急發(fā)電機工作方式選擇開關(guān)置于試驗位置，使應(yīng)急發(fā)電機脫離電網(wǎng)。有些米用自動管理的應(yīng)急電站，只有在應(yīng)急發(fā)電機工作后應(yīng)急電網(wǎng)才允許轉(zhuǎn)換為由應(yīng)急發(fā)電機供電，以免及主電網(wǎng)發(fā)生沖擊。五、充放電板船舶小應(yīng)急照明、操縱儀器和無線電設(shè)備的電源均采用蓄電池，船舶設(shè)置充放電板對蓄電池進行充電、放電，實現(xiàn)向用電設(shè)備正常供電。常用充放電板的接線原理如圖6—2所示，主要由兩個部分組成。電源部分目前采用交流電的船舶大都采用整流裝置把交流電變?yōu)橹绷麟?。圖中SA1為整流電源開關(guān)，SA2為整流后的電源開關(guān)，電源回路中設(shè)置有熔斷器、電壓表和電流表。新造交流電制船舶已采用晶閘管整流器，組成三相或單相可控整流裝置。充放電回路在每一個充電回路應(yīng)設(shè)有防止逆流的逆電流繼電器或二極管，圖6—2中，因電源是硅整流器，本身有防止逆流作用，故充電回路不再設(shè)置逆電流繼電器。當主、應(yīng)急電網(wǎng)都失電時，接觸器KMl線圈失電，常閉觸頭閉合，直接向小應(yīng)急用電設(shè)備供電，其余用電設(shè)備分別利用開關(guān)送電。圖6—2 用整流器充電的充放電板原理圖六、蓄電池蓄電池在船舶上的應(yīng)用蓄電池是任何類型的機動船舶都無法離開的可靠電源設(shè)備，其用途之一是作為應(yīng)急電源或備用電源，一般商船都把蓄電池作為船舶小應(yīng)急電源，在船舶主電網(wǎng)失電而應(yīng)急發(fā)電機組尚未正常供電的時間內(nèi)，蓄電池組則供電給小應(yīng)急負載；用途之二是作為低壓設(shè)備的電源（如供電給無線電收發(fā)報機、自動電話交換機和各種警報器）。此外，蓄電池也用作應(yīng)急發(fā)電機組和救生艇上柴油機的起動電源，以及羅經(jīng)的直流電源等。船用蓄電池的類別船用蓄電池有酸性蓄電池和堿性蓄電池兩大類。酸性蓄電池也稱為鉛酸蓄電池，船用歷史最久，常用于柴油機的起動和應(yīng)急照明。堿性蓄電池包括鎘一鎳蓄電池、鐵一鎳蓄電池、鋅一銀蓄電池和鎘一銀蓄電池等，主要用于無線電通信設(shè)備。但價格較高，民用船舶較少采用。蓄電池的主要性能蓄電池的主要性能指標包括開路電壓、工作、電壓、電池容量、使用溫度、壽命和儲存期等。酸性蓄電池中每個小電池的電動勢為2.0-2.1V。放電時，電壓逐漸下降，到達某一電壓（稱放電終止電壓）時，則急劇下降，當?shù)椭练烹娊K止電壓時不再放電。10h放電率的每個小電池放電終止電壓為1.8V。充電時，電壓變化在2.05—2.8V范圍，充電終期電壓每個小電池為2.5—2.8V。充電設(shè)備的電壓應(yīng)考慮能調(diào)節(jié)到每個小電池2.8V的數(shù)值。堿性蓄電池中每個小電池的電動勢為1.3V左右，在額定放電率時平均放電電壓為1.2V。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式，充放電特性是不同的。蓄電池的結(jié)構(gòu)及工作原理1）酸性蓄電池酸性蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖6—3所示，主要由容器、極板和隔板三部分組成。盛裝電解液和支撐極板的容器，具有防止酸液泄漏、耐腐蝕和堅固等特性。鉛酸蓄電池容器有玻璃槽、鉛襯槽、塑料槽、硬橡膠槽等，船上多數(shù)使用后兩種。船用酸性電池的極板常采用鉛銻合金制成柵格式，柵格中壓人活性物質(zhì)，正極的活性物質(zhì)是二氧化鉛（PbO2），負極的活性物質(zhì)是海綿狀純鉛（Pb）。為增加容量，蓄電池的正極板和負極板制成許多片，分別并聯(lián)在一起接成兩組，構(gòu)成蓄電池的正負極。隔板用橡膠、塑料或木板等絕緣材料制成。為保證電解液的自由流通，同時乂不致使極板脫落的活性物質(zhì)經(jīng)隔板及相鄰隔板相通，隔板上開有大小適中的孔。酸性蓄電池的電解液的質(zhì)量分數(shù)為27%—37%的稀疏酸溶液，相對密度為1.28—1.31。酸性電池是利用鉛、二氧化鉛和硫酸的化學反應(yīng)來儲存電能和釋放電能的，其工作原理由下面的化學反應(yīng)方程式表示：PbO2+2H2SO4+Pb=PbSO4+2H2O+PbSO4（正極）（電解液） （正極）（電解液）（負極）圖6—3酸性蓄電池的結(jié)構(gòu)圖當蓄電池的正負極板插入硫酸溶液時，極板之間將產(chǎn)生2V左右的電動勢，一旦外電路接通則形成放電電流，同時在電池內(nèi)部正負極板及硫酸發(fā)生化學反應(yīng)，逐漸變成硫酸鉛，當正、負極板都變成同樣的硫酸鉛后，蓄電池便不能再放電了，必須通過充電來恢復成原來的PbO2和Pb。顯然蓄電池的充電和放電是可逆的。由式(6—1)可知，充電時電解液稀硫酸的相對密度會增加；放電時由于生成水，相對密度降低。實際工程中采用比重計來測量電解液的相對密度，從而估計出蓄電池電動勢的大小。酸性蓄電池的電動勢，主要及電解液相對密度d有關(guān)。相對密度高，電動勢也高，E及d之間的關(guān)系可由經(jīng)驗公式來表示，即E=0.84+d(6—1)如在蓄電池充電完畢將外電路斷開后，測得的相對密度為1.28時，則根據(jù)上式可估算出其電動勢為2.12V。堿性蓄電池堿性蓄電池具有體積小、機械強度高、工作電壓平穩(wěn)、能大電流放電、使用壽命較長和易于攜帶等特點，近年來在遠洋船上的應(yīng)用增多。缺點是堿性蓄電池比酸性蓄電池的額定電壓低，提供相同的供電電壓，堿性蓄電池通常在數(shù)量上要比酸性蓄電池多出67%，成本較高。堿性蓄電池可分為鎘一鎳(Cd—Ni)、鐵一鎳(Fe—Ni)、鋅一銀(Zn—Ag)、鎘一銀(Cd—Ag)等系列。船舶主要采用鎘一鎳、鐵一鎳蓄電池，下面以鎘一鎳堿性蓄電池為例作介紹。堿性蓄電池主要由容器、極板和活性物質(zhì)構(gòu)成。容器用鍍鎳鋼板制成，直接及電解液或一組極板接觸，所以堿性蓄電池的外殼帶電：正極由氧化鎳粉、石墨粉組成，石墨粉主要用來增強導電性，不參及化學反應(yīng)；負極由氧化鎘和氧化鐵粉組成，摻人氧化鐵粉的目的是使氧化鎘粉具有較強的擴散性，防止氧化鎘結(jié)塊，增加極板的容量；正負極上的這些活性物質(zhì)分別包在穿孔的鋼帶中，加壓成型后構(gòu)成電池的正負極，兩極之間用耐堿的硬橡膠隔開。堿性蓄電池電解液的質(zhì)量分數(shù)為20%的氫氧化鉀(KOH)水溶液(或純氫氧化鈉溶液)，相對密度為1.2—1.27。蓄電池充電時將電能變?yōu)榛瘜W能儲存起來，放電時將化學能變?yōu)殡娔茌斔徒o用電設(shè)備，兩電極所發(fā)生的化學反應(yīng)是可逆的。在充放電過程中總的化學反應(yīng)方程式Cd+2KOH+2Ni(OH)3=Cd(OH)2+2KOH+2Ni(OH)2(6—2)（負極）（電解液）（正極） （負極）（電解液）（正極）從上式可知，電解液在充放電過程中只作電流的傳導體，不參及化學反應(yīng)，其濃度不變，因而不能根據(jù)相對密度來判斷充放電的程度，只能采取測量電壓的方法來判斷堿性蓄電池的充放電的程度。堿性蓄電池中每個電池的電動勢為1.25V。放電時，電壓變化在12~1V范圍內(nèi)，電流增大時可達到0.7V，低于0.7V就不應(yīng)再放電。充電時，電壓變化在1.4—1.8V范圍內(nèi)。3）蓄電池的容量容量是描述蓄電池儲存電能能力的物理量，單位為安培小時（A?h）。它用充足電的蓄電池放電到規(guī)定終了電壓（一般為額定電壓的90%）時所放出的能量來表示，以放電電流 I及放電時間t的乘積描述，即Q=I?t（A?h）。酸性蓄電池通常以10h的放電電流為標準放電電流（即經(jīng)過10h使蓄電池放完電的放電電流），因此，額定容量被定義為在電解液溫度為25笆，以10h放電電流連續(xù)放電至終止電壓時所輸出的容量。例如200A?h容量的酸性蓄電池是指能以20A的電流放電10h。蓄電池的容量及放電電流的大小及電解液的溫度有關(guān)，因此如果超過標準放電電流進行放電，不但會降低容量，而且會嚴重影響蓄電池的壽命。關(guān)于堿性蓄電池一般是以8h作為標準放電電流。船用蓄電池的充放電方式1）充電的方法和種類蓄電池的充電方法和類型有多種，應(yīng)根據(jù)蓄電池的用途和經(jīng)濟性來選用。（1） 充電方法恒電流充電——以恒電流充電至放電結(jié)束；恒電壓充電一一給蓄電池加以恒定電壓進行充電（由于充電初期通過電流大，應(yīng)根據(jù)該電流選定整流器的容量）；恒電流恒電壓充電一一在充電初期通以適當?shù)暮愣ù箅娏鳎_到某一電壓時，保持恒定電壓進行連續(xù)充電；連續(xù)補充充電一一給無負載的蓄電池自行放電進行補充充電的方法；分段充電一一按2段的段變化恒電壓或恒電流充電電流進行充電。（2） 充電種類初次充電一一使用鉛酸蓄電池時，初次向電池內(nèi)加入電解液進行充電，充電的第一階段電流為額定容量的0.07，充到單格電壓上升到2.4V為止；第二階段電流為額定容量的0.04，充到單格電壓上升到2.5V，且相對密度和電壓在3h內(nèi)穩(wěn)定。正常充電一一對已經(jīng)放過電的蓄電池，為了使其恢復到原來規(guī)定容量而進行的充電，充電分兩階段進行，第一階段按標準充電制的電流（額定容量的0.1）充電6—7h；第二階段用第一階段充電電流的一半充電2—3h。

均衡充電一一多個小電池組合使用的蓄電池在長時間使用后，各小電池往往產(chǎn)生相對密度、容量的不均衡現(xiàn)象，為此需要每月進行一次均衡充電，其方法是先進行正常充電；靜置1h后，用初次充電第二階段的電流充到有劇烈氣泡產(chǎn)生為止；再靜置1h，反復上述充電過程，直到電壓和相對密度保持穩(wěn)定才完成。（3）蓄電池充放電方式目前，船舶上采用的充放電方式有交互充放電方式、浮充方式以及交互充放電和浮充相組合的方式。各種充放電方式的特點如表6—1所示。表6—1各充放電方式比較方式主要特征主要優(yōu)缺點交互充1.兩組蓄電池的充電和放電相互互1.在進行充電一放電轉(zhuǎn)換放電方換；時，負載側(cè)出現(xiàn)瞬時斷式2.充電裝置僅接入一組蓄電池，另電；一組蓄電池接人負載；2兩組蓄電池分別獨立，3充電裝置不能及負載回路相接；.一組故障時，另一組蓄4一般米用連續(xù)補充充電方法.電池仍可供電，可靠性高浮充方1.蓄電池和負載并聯(lián)于充電裝置，1.由于浮充時由充電裝置式浮充電壓保持恒定；給負載供電，停電時由蓄2.充電時，蓄電池僅通過補充充電電池給負載供電，故無瞬的電流；電壓波動小；時斷電，3由于充電回路都設(shè)有限流環(huán)節(jié)，.2.正常時蓄電池保持最合當出現(xiàn)大電流負載時，將由蓄電適的充電電流，處于良好池負擔部分負載，當電流負載消的過充電狀態(tài)，因此延長失后，蓄電池放電部分由充電裝蓄電池壽命；

置補充充電；3.充電裝置負擔正常負載4停電時，蓄電池負擔全部負載；.電流和蓄電池充電電流，5.失電恢復后，充電裝置負擔正常蓄電池負擔大電流和停電負載，并給蓄電池充電時負載，所以充電裝置和蓄電池容量減少交互充根據(jù)需要，通常有下述兩種組合：1.需2組充電裝置，蓄電放電方1利用轉(zhuǎn)換開關(guān)，將一組蓄電池接?池容量大；式和浮人快速充電裝置，另一組蓄電池2.兩組蓄電池可互為備充方式及浮充充電裝置和負載并聯(lián)；用，可靠性高組合2.僅設(shè)置一個充電裝置，正常時23.充電裝置為1臺，蓄電組蓄電池都及負載和充電裝置并池容量??；聯(lián)，利用轉(zhuǎn)換開關(guān)，可對其中一組4.可靠性高蓄電池進行均衡充電船用蓄電池的維護保養(yǎng)酸性蓄電池電解液應(yīng)每半個月檢查液面高度，每年進行化驗檢查。要及時補充電解液，注液孔螺帽應(yīng)旋緊，以防電解液濺出。應(yīng)保持蓄電池表面清潔，為防止極柱夾頭生銹，其表面應(yīng)涂上一層凡士林油膜。蓄電池室應(yīng)保持良好的通風，并嚴禁煙火。過充電一一酸性蓄電池在運行中往往因長時間充電不足或過放電等原因造成極板硫化，這時要對蓄電池進行過充電，使蓄電池恢復到良好的運行狀態(tài)。過充電是指在正常充電后，再用10h放電率的1/2或3/4的小電流進行充電1匕然后停1h，如此反復進行，直至剛一接通充電電源就發(fā)生強烈氣泡為止。堿性蓄電池每半個月檢查一次電壓、電解液密度和高度，及時補充電解液。保持氣塞透氣或定期打開氣塞放氣。堿性蓄電池的外殼帶電(正極)，存放時須防金屬將負極及外殼接觸，引起短路。（4） 一般工作10—12次充放電循環(huán)或每月進行一次過充電。（5） 每年或使用50—100次時，應(yīng)更換電解液。電解液的更換應(yīng)在放電狀態(tài)下進行，必要時可用純水清洗，并及時注入更換的電解液。六、岸電箱船舶停泊碼頭或進塢修理時，一般接用岸電電源。在碼頭上設(shè)置有及岸電連接的裝置，船舶一靠碼頭即可使用岸電。船上發(fā)電機組全部停機，既可減少靠岸時的值班人員，乂便于對發(fā)電機組進行正常的維護或修理。直流電制船舶進塢修理時，須接用直流岸電，船塢中可以安裝直流岸電箱，也可以不安裝直流岸電箱而將直流岸電電纜直接拉至機艙主配電板供電。由于碼頭上陸用電源多為交流電，考慮停泊碼頭時接用交流岸電的需要，設(shè)置了交流岸電箱。交流岸電的供電方式有兩種：接用單相交流岸電，僅供船上照明電路使用，此時，配電板內(nèi)照明匯流排及電力匯流排分開；船上安裝一臺變流機組或整流裝置，將交流岸電變?yōu)橹绷麟姡俟╇娊o船上的停泊負載。交流電制船舶則無論進塢修理還是停泊碼頭，都應(yīng)設(shè)置交流岸電箱以接用交流岸電。岸電箱的容量依據(jù)停泊負載來確定，各類船舶的停泊負載不同，通常包括：照明設(shè)備、日用設(shè)備（日用海水泵、日用淡水泵以及空壓機等）、冷藏空調(diào)設(shè)備、廚房設(shè)備、通風機、通信設(shè)備、修理機械和娛樂設(shè)備等。設(shè)計岸電箱及接岸電的基本要求如下：1） 岸電箱應(yīng)有下列設(shè)施岸電箱內(nèi)應(yīng)設(shè)有能切斷所有絕緣極（相）的斷路器或開關(guān)加熔斷器；指示端電壓的指示燈或電表；用于連接軟電纜的合適接線端子；對岸電為中性點接地的交流三相系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)有接地接線柱，以便將船體接至岸上的接地裝置或岸上電網(wǎng)的零點；應(yīng)有監(jiān)視岸電極性（直流時）和相對船舶配電系統(tǒng)的相序（三相交流時）是否相符的設(shè)施；標明船電系統(tǒng)的配電系統(tǒng)的形式、額定電壓和頻率（對于交流）的銘牌;有時根據(jù)船東要求還應(yīng)裝設(shè)電度表。2） 接岸電箱時應(yīng)注意的問題岸電箱應(yīng)安裝在便于連接來自外部電源軟電纜的場所，根據(jù)安裝的處所，選擇合適的外殼防護等級。岸電箱及主配電板間應(yīng)以固定敷設(shè)的電纜連接，該電纜應(yīng)有足夠的的定額。當岸電或（和）船電系統(tǒng)為中性點接地的交流三相系統(tǒng)時，應(yīng)將船體及岸地相連接。利用船體作導電回路的船舶，在接岸電時，不能以陸地或海水作岸電回路，而應(yīng)以絕緣的岸電相線將船體及岸電網(wǎng)絡(luò)的零點或接地的相線或接地的負極相連。岸電箱內(nèi)應(yīng)有連接此電纜的接線柱。三相交流岸電箱上常采用指示燈組成相序指示器。其接線方式有多種，如圖6—4所示。選用2個指示燈時，亮的指示燈表示超前相，暗的指示燈表示滯后相；采用1個指示燈時，燈亮表示超前相。圖6—4相序指示燈電路圖2個指示燈HL的電阻應(yīng)該相等，或指示燈HL的電阻和電阻R的阻值相等，并滿足uCR=1。根據(jù)計算所得的指示燈和電容的參數(shù)列入表6—2。表6—2相序指示器的參數(shù)電網(wǎng)電容器C/PF指示燈HL電阻R/kQ110V，50Hz6~7110V，25W36220V，50Hz1~2220V,25W380V，50Hz0.1XD4型§6—3船舶應(yīng)急電源一般規(guī)范都規(guī)定客船和500總噸以上的貨船應(yīng)設(shè)有獨立的應(yīng)急電源。它可以是發(fā)電機，也可以是蓄電池組。作為應(yīng)急電源使用的發(fā)電機稱為應(yīng)急發(fā)電機。應(yīng)急發(fā)電機應(yīng)該具有獨立的冷卻裝置和燃油供給單元，并設(shè)有滿足規(guī)則要求的起動裝置。當船舶發(fā)生火災(zāi)或其他災(zāi)害引起主電源供電失效時它應(yīng)能自動起動和自動連接于應(yīng)急配電板，盡快地承載額定負載，最長時間不得超過45s。應(yīng)急發(fā)電機的容量應(yīng)確保海上人命安全公約(SOLAS)和主管機關(guān)有關(guān)規(guī)定的供電范圍和供電時間，并應(yīng)考慮到這些用電設(shè)備可能同時工作。不同種類、噸位的船舶，其應(yīng)急發(fā)電機供電的電氣設(shè)備范圍也略有不同。確定應(yīng)急發(fā)電機的容量通?；谙率鲈O(shè)備所需的電功率，即：航行燈、信號燈、應(yīng)急照明設(shè)備、應(yīng)急報警和信號裝置、火災(zāi)探測和報警裝置及防火門的固定和釋放系統(tǒng)；在緊急狀態(tài)下所需要的船內(nèi)通信設(shè)備、應(yīng)急消防泵、自動噴水泵、應(yīng)急艙底泵及其電動遙控設(shè)備、應(yīng)急時使用的舵機、動力操作水密門及其指示器、報警器，以及其他需要應(yīng)急發(fā)電機供電的用電設(shè)備，如船員或船員提升至甲板上以便逃脫的電梯應(yīng)急裝置、應(yīng)急用無線電設(shè)備和導航設(shè)備等。一般應(yīng)急發(fā)電機需對舵機之類較大的電動機負載供電，在確定其容量時，應(yīng)考慮到最大電動機起動時瞬態(tài)電壓降的影響?！?—4發(fā)電機主開關(guān)船舶發(fā)電機主開關(guān)常采用萬能式自動空氣斷路器，自動空氣斷路器乂稱自動開關(guān)。船舶常用的有：框架式即萬能式自動開關(guān)(如國產(chǎn)DW型)和裝置式(如國產(chǎn)DZ型)自動開關(guān)。發(fā)電機的主開關(guān)，是發(fā)電機投入電網(wǎng)的接人部件。在非正常運行情況下，如發(fā)生過載、電網(wǎng)短路、發(fā)電機欠壓等，它能自動從電網(wǎng)上斷開發(fā)電機。因此它既是開關(guān)電器，乂是保護電器。裝置式自動空氣開關(guān)一般用作支路、負載屏、照明屏等的開關(guān)電器，不同型號產(chǎn)品具有不同的保護功能，一般都具有短路保護和過載保護功能。國內(nèi)外制造的船用發(fā)電機主開關(guān)的形式很多，結(jié)構(gòu)不盡相同，但基本原理大同小異，一般都是由觸頭單片、滅弧裝置、自由脫扣機構(gòu)、操作機構(gòu)和保護裝置組成。其結(jié)構(gòu)框圖見圖6—5。圖6—5萬能式自動空氣斷路器的框圖一、 觸頭和滅弧系統(tǒng)觸頭在切斷時電流很大會產(chǎn)生電弧，因此必須具有完善的觸頭系統(tǒng)：由主觸頭、副觸頭和弧觸頭組成。主觸頭承擔電路的正常工作電流，弧觸頭是為了防止主觸頭斷開電路時產(chǎn)生的電弧燒壞主觸頭而設(shè)置的。在合閘時弧觸頭先接通，然后依次是副觸頭和主觸頭。而分閘時，主觸頭先斷開，然后是副觸頭和弧觸頭，斷開電路產(chǎn)生的電弧在弧觸頭中熄滅。自動空氣斷路器大多采用滅弧柵進行滅弧。二、 自由脫扣機構(gòu)自由脫扣機構(gòu)的作用是使觸頭保持完好閉合或迅速斷開。圖6—6所示是一個四連桿機構(gòu)，它是觸頭系統(tǒng)和操作傳動裝置之間的聯(lián)系機構(gòu)。正常觸頭閉合狀態(tài)見圖6—6(a)所示，而圖6—6(b)為分閘位置。由于銜鐵動作，使頂桿向上逆動，撞擊連桿接點，四連桿剛性連接被破壞，脫扣機構(gòu)動作，使主觸頭處于斷開狀態(tài)。圖6-6(c)為準備合閘位置。當脫扣后，需再次合閘時，應(yīng)先將手柄向下拉，使四連桿機構(gòu)成剛性連接狀態(tài)，做好合閘準備，一旦需要合閘，只需將手柄往上推即可。(a)合閘位置(b)分閘位置 (c)準備合閘位置圖6—6自由脫扣機構(gòu)示意圖三、操作機構(gòu)操作機構(gòu)用于控制自由脫扣機構(gòu)的動作，實現(xiàn)觸頭閉合或斷開。自動空氣斷路器的操作傳動裝置常見的有手柄式、連桿式、電磁式、電動式等。但無論哪一種操作方式，合閘前都必須先將儲能彈簧儲能，使自由脫扣機構(gòu)處于“再扣”位置，然后利用儲能彈簧釋放能量實現(xiàn)合閘。使用彈簧加載以閉合和斷開斷路器是由在現(xiàn)場的制動操作裝置執(zhí)行的，通過安裝有關(guān)的附件，也可以用電氣遙控操作。手動操作各種類型的自動空氣斷路器都有手動合閘操作手柄，通常有轉(zhuǎn)動和上下扳動兩種形式。幾種常見的國產(chǎn)自動空氣斷路器的手動操作方法如下：早期國產(chǎn)的DW—94型自動空氣斷路器合閘時，先將手柄搖38圈左右，通過蝸輪、蝸桿傳動將儲能彈簧拉長儲能，自由脫扣機構(gòu)“再扣”，然后再搖2—4圈，使儲能彈簧釋放，以實現(xiàn)合閘。DW-95型和DW—98型主開關(guān)合閘時，需先將手柄逆時針轉(zhuǎn)110°和90°，然后再順時針轉(zhuǎn)一定角度，使儲能彈簧儲能，自由脫扣機構(gòu)“再扣”，再繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)一定角度即實現(xiàn)合閘。AH型主開關(guān)合閘時首先將手柄向下扳，使儲能彈簧儲能，自由脫扣機構(gòu)“再扣”，再將手柄扳向上方，即實現(xiàn)合閘。各類自動開關(guān)都有手動機械脫扣按鈕，分閘時，只要按下“分閘”按鈕即可實現(xiàn)分閘操作。尚有一些自動開關(guān)，利用扳動手柄儲能，使用手動機械合閘按鈕合閘。電磁或電動合閘DW—94型電動合閘主開關(guān)采用電動操作時，其合閘操作線路原理如圖6—7所示。當發(fā)電機建立電壓后，紅色指示燈亮，失壓脫扣線圈獲電，操作電動機M通電轉(zhuǎn)動，使彈簧儲能，直至凸輪將儲能開關(guān)中的常開觸點閉合、常閉觸點斷開，此時黃色指示燈亮，表明儲能彈簧已儲能，自由脫扣機構(gòu)已處于“再扣”位置。合閘時，按一下合閘按鈕SB1，電動機再次轉(zhuǎn)動，使儲能彈簧釋放，主開關(guān)合閘，此時綠色指示燈亮，表示合閘完畢。

圖6—7DW—94圖6—7DW—94電動合閘原理圖DW—95、DW—98型電動合閘采用電磁操作，其合，閘操作線路原理圖如圖6—8所示。發(fā)電機建立電壓1后，交流電壓經(jīng)二極管VD整流向電容C充電。合閘時，按下按鈕SB，電容C就會對繼電器KA放電，使KA的常開觸點KA4和KA5閉合，接通合閘電磁鐵線圈KM，在電磁吸力的作用下儲能彈簧拉長儲能，自由脫扣機構(gòu)已處于“再扣”位置。由于電容兩端的電壓很快下降，因此當下降到繼電器KA的釋放電壓時，KA的常開觸點KA4和KA5斷開，合閘電磁鐵線圈KM斷電，儲能彈簧釋放，自由脫扣機構(gòu)動作實現(xiàn)合閘。合閘后，由于主開關(guān)副觸點斷開，此時再按下按鈕SB，不會再有合閘動作。圖6—8DW—98電磁合閘控制采用線圖6—9AH圖6—8DW—98電磁合閘控制采用線圖6—9AH型電磁鐵合閘原理圖AH型采用電磁鐵直推式合閘，線路原理圖如圖6—9所示。發(fā)電機建立電壓后，按下電磁控制開關(guān)，繼電器KA1通電，其常開觸點KAl閉合后繼電器KA2有電，其常開觸點KA2閉合，合閘線圈KM通電，快速將動銜鐵吸上，利用動銜鐵的質(zhì)量和速度，通過電磁合閘柱銷，對四連桿機構(gòu)產(chǎn)生一較大的沖擊，推動合閘機構(gòu)合閘。合閘后，自動開關(guān)的輔助常開觸點DW閉合，繼電器KA3通電，其常閉觸點KA3斷開；繼電器KA1斷電，其常開觸點KA1斷開；控制繼電器KA2失電，觸點KA2斷開，從而使合閘線圈KM斷電，電磁吸力消失，合閘動銜鐵恢復原樣，為下次合閘作準備。保護元件萬能式自動空氣斷路器通常設(shè)有電流脫扣器、失壓脫扣器及分勵脫扣器，通過它們對自由脫扣機構(gòu)的作用來實現(xiàn)對主電路的短路、過載、失壓、欠壓等保護及遙控分勵操作。其原理示意圖如圖6-10所示。圖6-10脫扣器原理示意圖過電流脫扣器一般有電磁式和半導體式，它被用作發(fā)電機的短路和過載保護，一般具有反時限延時動作、定時限動作和瞬時動作三種動作特性。當短路故障和過載現(xiàn)象發(fā)生時，瞬時或經(jīng)短延時或經(jīng)長延時后接通電磁鐵使過電流脫扣器瞬時動作，開關(guān)自動跳閘。延時元件通常采用鐘表機構(gòu)或利用RC充放電回路等來實現(xiàn)。如DW—94型延時采用鐘表和齒輪擺式時間繼電器完成，DW—95型、DW—98型則采用電容充放電延時。欠壓脫扣器一般由一個瞬時動作的電壓繼電器組成，當線路電壓低于規(guī)定的整定值時，由于電磁吸力的不足引起繼電器釋放，通過自由脫扣機構(gòu)使開關(guān)自動跳閘。為避免電網(wǎng)電壓瞬時波動產(chǎn)生誤動作，可采用延時，延時時間一般為1?3s。分勵脫扣器主要用于遠距離控制自動開關(guān)的斷開，當按下分勵脫扣按鈕時，繼電器吸合，通過自由脫扣機構(gòu)將自動開關(guān)斷開?！?-5船舶電網(wǎng)及電纜船舶電網(wǎng)即船舶電力網(wǎng)，系指介于船舶電源和用電設(shè)備之間的傳輸、分配電能的傳輸線路。一、船舶電網(wǎng)的分類船舶電網(wǎng)根據(jù)供電電源的不同可分為：主電網(wǎng)由主發(fā)電機通過主配電板供電的網(wǎng)絡(luò)，包括動力電網(wǎng)和照明電網(wǎng)，分別供電給動力負載和照明負載。應(yīng)急電網(wǎng)由應(yīng)急發(fā)電機通過應(yīng)急配電板供電，或由蓄電池通過蓄電池充放電板供電的電路，它的供電范圍見表6—3。表6—3應(yīng)急電源供電的電氣設(shè)備

序號供電系統(tǒng)客船貨船總噸國際航行國內(nèi)航行N5000500~50001航行燈及信號燈****僅對油船2通道、出入口、扶梯、應(yīng)急出口的照明****3登艇處的甲板和舷外放艇時所需的照明，救生筏、救生浮件儲放處的照明****4機艙、爐艙、主機操縱臺、鍋爐水位表及氣（汽）壓表、總配電盤前后、應(yīng)急發(fā)電機室、舵機艙等的照明****5駕駛室、海圖室、無線電室、消防設(shè)備控制站照明****6船員和旅客公共艙室、旅客超過16人居住艙室的照明****7白晝信號探照燈*建議*大于150總噸的國際航行船舶8無線電測向儀*建議*國際航行船舶9應(yīng)急消防泵*10緊急集合報警裝置***建議注：1）“*”標記表示必須由應(yīng)急電源供電；2） 表內(nèi)2、3、4、5、6等項所列設(shè)備同樣也適用于由臨時應(yīng)急照明電源供電；3） 小應(yīng)急電網(wǎng)。由蓄電池通過蓄電池充放電板用以傳輸、分配臨時應(yīng)急電能的網(wǎng)絡(luò)。對裝設(shè)應(yīng)急發(fā)電機組但無自起動裝置的船舶，要求安裝臨時應(yīng)急照明電網(wǎng)，而且蓄電池的容量能滿足連續(xù)供電30min。根據(jù)負載的性質(zhì)和用途不同，船舶電網(wǎng)還有其他的分類。通常將由主配電板直接向區(qū)配電板、分配電板和負載供電的網(wǎng)絡(luò)稱為一次系統(tǒng)，由區(qū)配電板或分配電板向負載供電的網(wǎng)絡(luò)稱為二次系統(tǒng)。船舶電網(wǎng)中為動力設(shè)備供電的網(wǎng)絡(luò)稱為動力網(wǎng)絡(luò)，向照明設(shè)備、電風扇及小容量電熱設(shè)備供電的網(wǎng)絡(luò)稱為照明網(wǎng)絡(luò)，而為各導航、通信無線電設(shè)備和監(jiān)測報警系統(tǒng)等供電的網(wǎng)絡(luò)稱為弱電二、船舶電網(wǎng)的結(jié)線方式船舶電網(wǎng)的結(jié)線方式大多數(shù)船舶電壓等級在500V以下，采用兩種結(jié)線方式：放射式和環(huán)式，如圖6-11結(jié)線示意圖。（a）放射式 （b）環(huán)式圖6-11船舶電網(wǎng)結(jié)線方式1）放射式特點放射式結(jié)線的每一饋電線均由主配電板直接引出，并且各自獨立，它只向一個分配電板或一個用電設(shè)備供電。其特點是：從總配電板引出的各

饋電線路都安裝有自動開關(guān)，便于集中控制。但是由于用電設(shè)備很多，主配電板需要集中大量的電纜端頭和自動開關(guān)，不僅電纜耗量多，而且主配電板的尺寸也相應(yīng)增大，一旦饋電線路發(fā)生故障，則該路的電氣設(shè)備或分配電板將失電，可靠性較差。2）環(huán)式特點按環(huán)式結(jié)線的網(wǎng)絡(luò)，其主饋電線是一個環(huán)形閉合回路，它經(jīng)過串接在主饋電線路上的各個分線盒供電給用電設(shè)備或分配電板。其優(yōu)點是：每一個用電設(shè)備均可以從線路的兩個方向獲得供電，當一路主饋電線路出現(xiàn)故障時，另一路仍可以保持供電；此外，減少了主饋電電纜的數(shù)量和長度及主配電板的尺寸。其缺點是不便于在主配電板上對各饋電線路實行集中控制。目前，除了少數(shù)對供電可靠性要求特別高的商船和大型客船采用環(huán)狀電網(wǎng)外，絕大部分船舶采用放射式結(jié)線方式。重要負載的饋電方式船舶重要負載是指那些及船舶航行、貨物的保存、船舶及人身安全有關(guān)的設(shè)備。這些重要負載包括：主機滑油泵、冷卻水泵、燃油輸送泵、燃油分油機、空壓機、循環(huán)水泵、鍋爐給水泵以及風機、舵機、錨機、主機控制裝置、導航及通信設(shè)備和各種報警裝置，對這些設(shè)備要求工作可靠，因此在配電時通常采取：1） 主配電板直接供電方式。如用于舵機、錨機、消防泵、消防自動噴淋系統(tǒng)、無線電電源板、陀螺羅經(jīng)、航行燈控制箱、蘇伊士運河燈等。2） 兩路獨立饋電線供電。如用于某些重要的負載如舵機、航行燈控制箱等。3） 采用自動分級卸載裝置。當發(fā)電機出現(xiàn)過載時，自動分級卸載裝置卸掉次要負載，從而使發(fā)電機恢復正常工作狀態(tài)。4） 分段匯流排供電方式。它的供電方式參見圖6-12，當某一段匯流排上的線路發(fā)生故障乂未能及時排除時，匯流排上的自動開關(guān)動作將兩段匯流排分開，保用屯設(shè)備 用屯設(shè)備\\\\分斷開關(guān)\\\\分斷升關(guān)用屯設(shè)備 用屯設(shè)備\\\\分斷開關(guān)\\\\分斷升關(guān)匯流排接其它電源方式@ 圖6@2分段匯流排供電方式主電網(wǎng)及應(yīng)急電網(wǎng)的連接方式船舶重要設(shè)備除在正常條件下由主電網(wǎng)供電外，還須備有在應(yīng)急情況下的應(yīng)急電源供電。例如舵機、航行燈和通信之類設(shè)備都分別有獨立的饋電線及主電網(wǎng)及應(yīng)急電網(wǎng)相連，通常有半數(shù)的電纜是不載流的，造成極大的浪費。實際上采用如圖6-17的連接方式，在正常條件下聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合，重要負載經(jīng)應(yīng)急配電板由主電源供電，當主電源出現(xiàn)故障、主匯流排失電

時，聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動斷開，應(yīng)急電源則自動投入應(yīng)急電網(wǎng)向這些重要設(shè)備供電。船舶電網(wǎng)這種連接方式是將應(yīng)急電網(wǎng)視為主電網(wǎng)的一個組成部分。三、船舶電網(wǎng)的線制交流船舶的三相交流電力系統(tǒng)有中心點接地的三相四線、中心點接地的三相三線、三相三線絕緣電力系統(tǒng)等三種。最后一種方式安全可靠，即使在照明系統(tǒng)的絕緣電阻降低的情況下也不會影響動力系統(tǒng)，為目前大多數(shù)交流船舶所采用。（a（a）二相二線（c）中心點接地的三相二線四、船舶電纜船舶電纜和電線在結(jié)構(gòu)和用途上都有區(qū)別。電線的芯線外層覆有保證電氣絕緣用的絕緣 5 3 〔層，而電纜除了電氣絕緣層外還有用以外界各種因素（火、油水、機械等）危害的防 云久護套。船舶電網(wǎng)中采用的絕大部分是電纜，而電線僅用于電氣設(shè)備的內(nèi)部接線和一音~T55?I分生活艙室的照明線路。 64 2船用電纜主要由導電芯線、電氣絕緣層和防護套三部分組成，其構(gòu)造見圖6-14。 圖6-14船用電纜構(gòu)造導電芯線導電芯線是電纜傳輸電能的部分，它是由不少于7根0.26—2.47mm的圓形軟銅絲絞合而成的。船用電纜根據(jù)不同需要可作成單芯、雙芯、三芯和多芯。芯線的截面根據(jù)不同載流量的需要有0.8—400mm2等各種不同規(guī)格。有關(guān)電纜的導體根數(shù)和線徑可由有關(guān)產(chǎn)品樣本中查得。必須注意國外船用電纜的芯數(shù)和導體截面規(guī)格及我國的有所不同。選擇電纜時，必須根據(jù)使用條件，保證電纜實際通過的電流低于其允許電流。電纜的允許電流取決于電纜的絕緣材料，并以最高允許溫度為基準決定的。電氣絕緣絕緣層的作用是將各導電部分隔離以防止接地或相間短路。要延長電纜使用壽命，必須提高絕緣層的性能。各種絕緣材料的允許工作溫度如表6-4所示。表6-4絕緣材料最高允許工作溫度絕緣材料最高允許工作溫度/°c聚氯乙烯（一般）60聚氯乙烯（耐熱）75丁基橡膠80無機物95乙丙橡膠和交聯(lián)聚氯乙烯85硅橡膠95選擇電纜的型號和截面應(yīng)根據(jù)實際用途、額定電流、敷設(shè)場所的溫度和環(huán)境條件，以及用電設(shè)備的工作制等決定?！?—6船舶電力系統(tǒng)保護及裝置船舶電氣系統(tǒng)的保護包括船舶發(fā)電機外部短路保護；過載、欠壓、逆功率保護；船舶電網(wǎng)的過載、短路保護；電網(wǎng)的絕緣監(jiān)測；接用岸電時的相序保護等。船舶中采用繼電器保護裝置來實現(xiàn)。船舶在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，要求繼電器保護裝置的工作具有可靠性、選擇性、準確性，既能適時切除故障以防止故障蔓延，乂要盡量縮小停電區(qū)域，使非故障部分能繼續(xù)正常運行，減輕損害程度。一、電網(wǎng)的短路保護船舶電網(wǎng)的短路保護要求良好的選擇性，當發(fā)生短路故障時，僅允許切除有故障的線路部分。通常對各級保護裝置的動作整定值按時間原則或電流原則予以整定。如圖6—15，若按時間原則整定，則應(yīng)有t1>t2>t3,即各級保護裝置動作時間的整定值應(yīng)從用電設(shè)備到發(fā)電機處逐級增大；如按電流原則整定，則應(yīng)有11>12>13,，即各級保護裝置動作電流的整定值應(yīng)從用電設(shè)備到發(fā)電機處逐級增大。實際應(yīng)用時，常將兩者結(jié)合起來綜合考慮，以滿足選擇性保護的要求。短路保護裝置通常采用萬能式自動空氣開關(guān)、裝置式自動空氣開關(guān)及熔斷器等。裝置式自動空氣開關(guān)裝有電磁脫扣器，大量5片X）"應(yīng)用于各種配電裝置，熔斷器一般用作電AJ 1’Jy的末級保護。在船舶電網(wǎng)中，發(fā)電機和用電設(shè)備的短路保護裝置通常設(shè)在靠近電源側(cè)的 'r-出線端，所以電網(wǎng)不設(shè)專門的短路保護裝置，而是及發(fā)電機及負載的短路保護共用一套保護裝置。 圖6—15船舶電網(wǎng)短路保護示意圖二、電網(wǎng)的過載保護船舶電網(wǎng)大多為輻射型饋線式配電網(wǎng)絡(luò)，饋線的截面積乂都及發(fā)電機及用電設(shè)備的容量相配合的。由于發(fā)電機和用電設(shè)備的過載保護裝置同時保護了電網(wǎng)，所以，電網(wǎng)中不設(shè)專門的過載保護裝置。應(yīng)指出的是，舵機電動機和它的供電線路根據(jù)規(guī)范要求均不設(shè)過載保護，只設(shè)短路保護和過載報警裝置。三、 單相接地及電網(wǎng)的絕緣監(jiān)測單相接地監(jiān)視船舶電網(wǎng)一般采用三相三線絕緣制系統(tǒng)，電網(wǎng)中的任何一相接地，將造成另外兩相對地均為線電壓，嚴重影響人身安全，若再有一相接地，就會引起兩相短路的故障。這類潛在的危險性必須及時發(fā)現(xiàn)，予以排除。船舶配電板上大多裝有絕緣指示燈（亦稱地氣燈）以監(jiān)視電網(wǎng)的單相接地。圖6—16是絕緣指示燈的電氣工作原理圖例如三相交流系統(tǒng)正常工作時，三個燈星形連接，各燈泡兩端均為相電壓，因而亮度相同。若某一相（如圖中的A相）出現(xiàn)接地故障，則燈HL1熄滅，而HL2、HL3 （a）三相交流（b）直流兩端的電壓上升為線電壓，燈泡 圖6—16絕緣指示燈電路圖亮度增強。這樣，值班人員就方便地判斷哪一相發(fā)生接地故障。電網(wǎng)絕緣監(jiān)測配電板式兆歐表安裝在主配電板上，它能在線隨時監(jiān)測船舶電網(wǎng)的絕緣電阻。兆歐表的工作原理如圖6—17所示。配電板式兆歐表由測量機構(gòu)（表頭）和附加裝置（整流電源）組成。當電網(wǎng)絕緣電阻下降時，漏電電流增大，表頭指針偏轉(zhuǎn)就大，如一相接地，表頭指針偏轉(zhuǎn)最大，絕緣電阻指示值為零。表頭上可直接讀出電網(wǎng)的絕緣電阻值，配電板兆歐表可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)分別測量動力電網(wǎng)和照明電網(wǎng)的絕緣電阻值。船舶要求該值大于1MQ?！?—7船舶軸帶發(fā)電機系統(tǒng)船舶軸帶發(fā)電裝置是由船舶主機驅(qū)動發(fā)電機供電的裝置，它利用主機富裕功率來達到節(jié)能的目的。最近幾年來新造的定期集裝箱船、礦砂船、散裝液貨船大多數(shù)安裝了軸帶發(fā)電機系統(tǒng)。其主要優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個面：節(jié)省燃料和燃料費用。由于主機燃用劣質(zhì)燃料油作為燃料，熱效率高、經(jīng)濟性好。降低輔助柴油機組的運行時間和消耗，減少了相應(yīng)的維修工作量和維修費用。減少滑油消耗。船舶在航行中不使用輔助柴油發(fā)動機組，也就減少其消耗的滑油。有利于機艙的布置。由于輔助柴油發(fā)動機組總的工作時間縮短，故可選用較高速的柴油發(fā)動機組。使用軸帶發(fā)電機時，往往會減少一臺副機，機艙的空間節(jié)省了。改善機艙工作環(huán)境。降低機艙的噪聲，同時也減少了機艙的熱源。軸帶發(fā)電機系統(tǒng)也存在一些缺點：船舶在港作業(yè)時，不能用軸帶發(fā)電機供電，仍需要輔助柴油發(fā)動機組供電。對于交流電制的船舶，若非恒定轉(zhuǎn)速的主機，則必須采取特殊措施，保證電網(wǎng)頻率的恒定，故使整個系統(tǒng)變得較為復雜。造船投資成本較大，雖然可以從營運成本降低的好處中得到補償，但是這個補償不僅和軸帶發(fā)電機的功率有關(guān)（功率越大越好），還及時間的利用率（即船舶在一年中航行的時間）有關(guān)。一、船舶軸帶發(fā)電機的主要類型軸帶發(fā)電機裝置的類型大致可分為以下幾種：頻率變動型軸帶發(fā)電機裝置，它包括變距槳普通式和定距槳普通式。頻率穩(wěn)定型軸帶發(fā)電機裝置，它乂分為：定速類，包括蝸輪聯(lián)軸節(jié)式、油壓驅(qū)動式、油類多板離合器式、無級調(diào)速齒輪箱式；晶閘管逆變器式；跨軸式；旋轉(zhuǎn)變流機類，包括直流式和交流式；感應(yīng)恒頻式、分為旋轉(zhuǎn)式、靜止式，晶閘管逆變器式。復合軸帶發(fā)電機裝置，它包括：高經(jīng)濟軸帶發(fā)電機裝置、超經(jīng)濟軸帶發(fā)電機裝置、軸帶發(fā)電機電動裝置、多功能齒輪箱式軸帶發(fā)電機組合裝置、廢氣渦輪軸帶發(fā)電組合裝置。常用軸帶發(fā)電機裝置系統(tǒng)框圖如圖6—18所示。圖6-18軸帶發(fā)電機裝置系統(tǒng)框圖1一軸帶發(fā)電機；2一晶閘管整流器；3一電抗器；4一晶閘管逆變器;5一短路電抗器；6一同步調(diào)相機；7一勵磁變換器；8一控制裝置；9一勵磁變壓器；10一負載二、變螺距槳船舶的軸帶發(fā)電機船舶軸帶發(fā)電機由主機驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速隨主機的轉(zhuǎn)速而變化，因此根據(jù)主機的運行條件，對主機轉(zhuǎn)速的變化需進行補償，以便獲得恒頻、恒壓的電力是問題的關(guān)鍵。按照其有無補償，則補償方式可以分為：無頻率補償型S/G系統(tǒng)這種軸帶發(fā)電機系統(tǒng)是由主機和定距螺旋槳的推進系統(tǒng)驅(qū)動，主機轉(zhuǎn)速未采取機械或電氣的措施進行調(diào)節(jié)，由于軸帶發(fā)電機的頻率隨主機轉(zhuǎn)速而變化，這種軸帶發(fā)電機系統(tǒng)只能在其頻率不超出船舶規(guī)范允許范圍時才可使用。頻率補償型S/G系統(tǒng)在這種系統(tǒng)中，采用機械或電氣的控制手段保持船舶電網(wǎng)的頻率，軸帶發(fā)電機裝置組成的（CPP+S/G）屬于這種系統(tǒng)。變距槳和軸帶發(fā)電機裝置組成（CPP+S/G）在該系統(tǒng)中，主機和軸帶發(fā)電機之間裝有減速齒輪裝置。船速取決于變距槳的螺距大小，主機轉(zhuǎn)速及軸帶發(fā)電機的頻率大致恒定。在CPP+S/G系統(tǒng)中，只在切換發(fā)電機時，才可以和其他發(fā)電機并聯(lián)運行，因為長時間并聯(lián)運行是非常困難的。例如在主機運行于額定轉(zhuǎn)速，可變螺距不處于最佳螺距工況，將會導致動力裝置效率迅速遞減。變距槳船舶軸帶發(fā)電機裝置的工作原理由于變距槳船舶采用的主機都為定速定向型，在正常航行時主機的轉(zhuǎn)速維持在一個設(shè)定的速度上（額定轉(zhuǎn)速），而且主機的轉(zhuǎn)向是一定的，不需要換向，航速是靠調(diào)節(jié)槳葉的角度來實現(xiàn)的，所以這類船舶大都采用軸帶發(fā)電機，且不需加恒頻裝置。軸帶發(fā)電機及主機軸之間是靠機械傳動裝置（減速齒輪箱）聯(lián)在一個系統(tǒng)中，因此整個系統(tǒng)的組成比較簡單，其工作原理及系泊（輔助）發(fā)電機的工作原理大致相同。在船舶機動航行或進出港時，由于主機負荷變化比較大，為了安全起見，采用系泊發(fā)電機供電；在船舶定速航行時切換為軸帶發(fā)電機供電，整個系統(tǒng)操作方便，維護較其他幾種類型工作量要小得多。這種類型軸帶發(fā)電機系統(tǒng)存在的缺點是：軸帶發(fā)電機的輸出電源頻率受到主機負荷變化的影響，一旦工況不好或負荷幅度波動較大，則軸帶發(fā)電機輸出電源頻率也將發(fā)生較大變化，顯然對電網(wǎng)上的負載、設(shè)備是很不利的。軸帶發(fā)電機可以和其他發(fā)電機并聯(lián)運行，但時間不宜過長，這主要是因為主機及副機的工作特性有差別，兩者很難做到機械特性一致。因此在船舶自動電站的管理裝置的設(shè)計上，就應(yīng)考慮到這個問題。只允許在相互轉(zhuǎn)換的過程中短時間的并聯(lián)運行，確保電站安全運行。軸帶發(fā)電機輸出功率的大小還要受到主機允許輸出功率的限制。當主機負荷較大或由于各種因素的影響使主機帶負荷的能力下降時，軸帶發(fā)電機的輸出功率就不能增大，否則會引起主機超負荷運行，這時為了保證主機的正常工作，需要切除軸帶發(fā)電機變換為系泊發(fā)電機向電網(wǎng)供電。三、定距槳船舶的軸帶發(fā)電機定距螺旋槳、定速裝置和軸帶發(fā)電機裝置組成(FPP+CS+S/G)在這種系統(tǒng)中，推進軸和軸帶發(fā)電機之間裝有定速裝置。當推進軸轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，軸帶發(fā)電機的轉(zhuǎn)速保持恒定。定速裝置有多片離合器式、渦流聯(lián)軸器式、液壓轉(zhuǎn)換器式和電控星形齒輪。但這種軸帶發(fā)電機裝置不能和其他發(fā)電機持續(xù)并聯(lián)運行，而且當速度和額定轉(zhuǎn)速差異較大時，裝置容量將受到限制，效率降低，在100%額定轉(zhuǎn)速時，總體效率％萬=0.93；當70%額定轉(zhuǎn)速時，總體效率，9=0.83，故其應(yīng)用受到限制。定距螺旋槳、軸帶發(fā)電機和恒定頻率裝置組成(FPP+S/G+CF)在這種系統(tǒng)中，軸帶發(fā)電機的轉(zhuǎn)速是可變的，但由于采取了電氣控制方式，使得供給船舶電網(wǎng)的電源頻率保持恒定。這種系統(tǒng)不但在換接時可以及其他發(fā)電機并聯(lián)運行，而且可以長期持續(xù)并聯(lián)運行。目前，由于電力電子元件在電氣控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，這種軸帶發(fā)電機系統(tǒng)被采用得越來越多。如"AGE〃晶閘管軸帶發(fā)電機系統(tǒng)就屬于(FPP+S/G+CF)類型。但是，這種軸帶發(fā)電機系統(tǒng)的構(gòu)成比較復雜，涉及的控制元件也比較多，一旦出現(xiàn)故障，檢修工作難度很大?！?—8 船舶中壓系統(tǒng)簡介一、船舶中壓電力系統(tǒng)簡介有關(guān)中壓電力系統(tǒng)的定義，各個國家以及在不同領(lǐng)域的標準是不完全一致的。常用的IEEE標準100規(guī)定：中壓交流電力系統(tǒng)是指額定電壓大于1000V、小于10000V的電力系統(tǒng)；在此之上，還有高壓和超高壓。對于額定頻率為60Hz的電力系統(tǒng)，中壓的額定值有2.3、4.16、6.6kV等級；而額定頻率為50Hz的電力系統(tǒng)，中壓的額定值有3.3、6.0、10kV等級。 目前國內(nèi)外建造的船舶大多數(shù)是440V或380V低壓交流電力系

統(tǒng)。隨著船舶用電量的增加，發(fā)電機容量的增加，特別是一些特種用途船舶所裝備的大功率中壓用電設(shè)備，使中壓開始進入船舶電力系統(tǒng)和供配電裝置領(lǐng)域，而且前景良好。例如，一些大型集裝箱船舶側(cè)推器的中壓電動機、變頻控制裝置和配電網(wǎng)絡(luò)，電力推進船舶的中壓發(fā)電、配電、用電設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)。本節(jié)以2002年底新建成的“泰安口”半潛式電力推進特種運輸船的中壓電力系統(tǒng)為例，簡單介紹中壓電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運行模式的特點。3主甄電凱，疝kV*T^r/tmn電Tfc3主甄電凱，疝kV*T^r/tmn電Tfc6.6kV/?\ 左魅電推\ 同羅馬達1 47MW右薜電推同岳馬達4.7MW圖6-19“泰安口”半潛式電力推進船的電力系統(tǒng)單線原理1.“泰安口”半潛式電力推進船中壓電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)“泰安口”半潛船載重量為18000t，總長156m,可以裝載海洋鉆井平臺。船上安裝了先進的衛(wèi)星動態(tài)定位系統(tǒng)(DP)，船尾左舷和右舷安裝了SIEMENS公司和SCHOTTEL公司聯(lián)合生產(chǎn)的吊艙式電力推進系統(tǒng)(SiemensSchottelPropeller,簡稱SSP)，其螺旋槳可以360°回轉(zhuǎn)，船舶在行駛時可以在極小的范圍內(nèi)靈活活動。圖6-19是該船的電力系統(tǒng)單線原理圖。圖中，電網(wǎng)由三個層次組成：一是6.6kV的中壓主系統(tǒng)；二是450V的輔助低壓系統(tǒng)；三是450V的應(yīng)急系統(tǒng)。6.6kV中壓主電力系統(tǒng)的組成中壓主電力系統(tǒng)的電源：3臺5200kVA、720r/min、60Hz的主發(fā)電機組，柴油機為War-sila9L32，可以單獨或者并聯(lián)向中壓電網(wǎng)供電。其中No.1主發(fā)電機在裝載需要50Hz中壓電源供應(yīng)的貨物時，可以切換為2030kVA、600r/min、50Hz的模式運轉(zhuǎn)，單獨為50Hz的貨物負載電源供電，此時，圖中用于中壓匯流排連接的斷路器KS1應(yīng)該處于分閘狀態(tài)。中壓主電力系統(tǒng)的負載：船尾左右舷各1臺吊艙式電力推進器SSP的4.7MW永磁同步電動機及為其變頻調(diào)速服務(wù)的變壓器組、晶閘管裝置；左右舷各1臺側(cè)推器的800kW電動機及為其變頻調(diào)速服務(wù)的變壓器組、晶閘管裝置；可以為450V的輔助低壓系統(tǒng)供電的2臺900kVA、將電壓從6.6kV轉(zhuǎn)變?yōu)?50V的旋轉(zhuǎn)變流器(在此沒有采用變壓器變壓的原因，是因為帶有大量變頻調(diào)速負載的中壓主電網(wǎng)的波形不好)。它的供配電裝置：在中壓開關(guān)柜控制室共有12屏中壓控制屏，分別用于3臺主發(fā)電機的控制(PMA71電力自動管理系統(tǒng)通過電流互感器、電壓互感器、中壓斷路器等對發(fā)電機組進行控制)，2臺電力推進裝置SSP的供電，2臺側(cè)推器的供電，2臺旋轉(zhuǎn)變流器(機組)中壓接線端的供電，2個匯流排連接斷路器的控制，以及50Hz/60Hz貨物負載中壓電源供電的控制。另外，2臺24VDCUPS控制柜也安裝在中壓開關(guān)柜控制室內(nèi)。450V/60Hz低壓輔助電力系統(tǒng)低壓輔助電力系統(tǒng)的電源由三個來源提供：航行時，電源來自中壓系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變流器(機組)，此時圖6—19中旋轉(zhuǎn)變流機組兩端的斷路器KS3、KS4、KS5、KS6都處于合閘位置。當旋轉(zhuǎn)變流機組發(fā)生故障或檢修時，以及在碼頭沒有裝載貨物時，電源來自1臺1125kVA、900r/min、60Hz的輔助發(fā)電機組，柴油機是Warsila6L20，此時圖6一