船舶电力系统

1、第六章船舶电力系统61船舶电力系统概述一、船舶电力系统的组成及特点1船舶电力系统的组成船舶电力系统是由电源装置、配电装置、电力网和负载组成并按照一定方式连接的整体是船上电能产生、传输、分配和消耗等全部装置和网络的总称。其结构简图如图61所示。血由柏刊第煤冲朮电耐路保护.电动机冋离保护事电池回超保帕來PE|/X1/、I/MCB兰IE胆爭ju議障*撓W诵主里申-机:EG应总址电机：M削动机；ACB-空ABT5汇御排转撫扛独器图61典型船舶系统简图1）电源装置。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。2）配电装置。对电源和用电设备进行保护、监测、分配、转换、控制的装置

2、。3）船舶电力网。是全船电缆电线的总称，也是电能的生产者（各种电源）和电能的消耗者（各类用电设备）的中间传递环节。船舶电力网根据其所连接的负载性质和类别可以分为动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和弱电电网等。4）负载。即用电设备。船舶负载有：甲板机械、船舶舵机、动力装置用辅机（为主机和主锅炉等服务的辅机，如主机滑油泵、海水冷却泵、淡水冷却泵和鼓风机等）、舱室辅机（生活水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等）、电力推进设备（主电力推进装置、首尾侧推装置等）、机修机械（车床、钻床、电焊机等）、冷藏通风（冷藏集装箱、空调装置、伙食冷库和通风机等）、照明设备、船舶通信导航设备（无线电通信设备

3、、导航和船内通信设备）等。2船舶电力系统的特点根据船用负载的特点，船舶电力系统的电站容量、连接方式、电压等级、配电装置等与陆上电力系统有着很大的差别。从驱动发电机的原动机形式分类，船舶发电机组有柴油发电机组、蒸汽发电机组、汽轮发电机组、轴带发电机组等。船舶电站单机容量一般不超过lOOOkW，装机总功率不超过5000kW（电力推进船和特种船除外），相比陆上要小得多。船舶电力系统大多采用多台同容量同类型的发电机组联合供配电的方式，以方便管理维护。正常航行时仅有1台或2台发电机向电网供电，但是要求船舶发电机组有较高品质的调速和调压装置来满足负载变化、在突发局部故障时也能保障船舶安全运行。船舶电网的输

4、电距离短，线路阻抗低，各处短路电流大。短路电流所产生的电磁机械应力和热效应易使开关、汇流排等设备遭受损伤和破坏。因此，船舶输电电缆采用沿舱壁或舱顶走线，电缆的分支和转接均在配电板（箱）或专设的分线盒内完成，不允许外部有连接点。二、船舶电力系统的基本参数船舶电力系统的基本参数是指电流种类（电制）、额定电压和额定频率的等级。1电流种类（电制）早期船舶采用直流电制，主要基于直流发电机调压容易、直流配电装置简洁、直流电动机调速平滑等优点。但直流电制在可靠性、经济性、可维修性方面的缺陷甚多，而电力电子技术的发展突破了交流电力系统的调压、调频、并联运行等一系列难点，使交流电制占据了主要地位。除了采用直流电

5、力系统或交直流混合电力系统的特殊工程船舶外，几乎所有大中型船舶均采用交流电力系统。2额定电压等级船舶电力系统额定电压等级的选用直接关系到电力系统中所有电气设备的重量和尺寸，提高电压利于减少导线中的电流、提高设备功率、减小舱容，利于提高经济性，随之对电气设备的绝缘和安全方面的要求也更高。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。例如美国和日本采用450V、60Hz的电制，而我国和前苏联等均采用400V、50Hz的电制。随着船舶发展大型化，目前采用电力推进的商船、滚装船和一些工程船舶电站的容量都比较大（高达几万千瓦），出现了6kV、3.3kV以上中压等级的船舶电站。

6、我国用电设备的额定电压有24V、110V、220V、380V、1kV、3kV、6kV、10kV等。根据电源电压的额定值比同级电力系统用电设备的额定电压高5左右的原则，发电机的额定电压为115V、230V、400V、1.05kV、3.15kV、6.3kV、10.5kV等。我国（钢质海船入级与建造规范规定：非电力推进船舶的限制电压为500V，动力负载、具有固定敷设电缆的电热装置等的额定电压为380V，照明、生活居室的电热器限制电压为250V，额定电压为220V。3.额定频率交流船舶电力系统的额定频率一般沿用各国陆地上的频率标准，我国采用50Hz，西欧、美国采用60Hz。这里不包括弱电设备所需的特殊

7、频率以及海上平台等特殊设备的电源频率。三、发电机容量及台数确定的原则船舶电站容量和发电机组数量是从满足船舶用电的需求，并保证船舶的安全性和经济性而确定的。船舶电站容量既不等于全船所有用电设备的标称电功率的总和，也不等于船舶某一运行工况下所用全部用电设备标称电功率的总和。因为船舶在不同运行工况下投入运行的用电设备不同，用电量也不同；即便在同一运行工况下各用电设备的运行时间长短不同，负荷变化的情况也不同；每一用电设备实际所需的电功率大多小于其标称电功率。电站发电机组数量的选择和单机容量的确定既与电站容量有关，也与各工况的用电量大小和相对运行周期的长短有关。1. 船舶的运行工况船舶营运中有航行工况（

8、货船的全速满载航行时间约占船舶运行周期的41，油船占64）、进出港工况（船舶进出港低速航行、靠离码头等机动时间约占运行周期的1）、装卸货工况（货船装卸所载货物期间约占运行周期的18，油船占7）、停泊工况（货船的无装卸作业停泊时间约占运行周期的40，油船占28）、应急工况（发生进水、火灾等海损引起主发电机失效而启用应急发电机的工况）。2. 确定电站容量的基本原则电站容量应能满足船舶在各种运行工况下的用电量，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，确定发电机组的单机容量和机组数量的基本原则是：单机

9、组容量以最高负荷率为80来确定为宜；船舶电站必须有备用机组，其容量要能满足船舶各运行工况的用电需求；确定单机组容量和机组数量时，要考虑各机组的使用寿命应与主机寿命相当，维修管理方便。若以高效率经济运行为原则，针对电站容量和各工况的用电量及其相对运行周期等具体情况，可选择小功率多机组，或大功率少机组，或不同功率的机组。一般船舶电站设置2至3台（包括备用机组）同型号、同容量的机组，最多为4台。有些船舶在无作业停泊期间用电量少，常设1台小容量的系泊发电机。船舶电站的实际容量综合考虑了船舶电动机的利用系数、负荷系数、同时性系数等因素。四、应急发电机容量的确定1目的和原则一般规范都规定客船和500总吨以

10、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。应急发电机应该具有独立的冷却装置和燃油供给单元，并设有满足规则要求的起动装置。当船舶发生火灾或其他灾害引起主电源供电失效时它应能自动起动和自动连接于应急配电板，尽快地承载额定负载，最长时间不得超过45s。应急发电机的容量应确保海上人命安全公约（SOLAS）和主管机关有关规定的供电范围和供电时间，并应考虑到这些用电设备可能同时工作。2容量确定不同种类、吨位的船舶，其应急发电机供电的电气设备范围也略有不同。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：航行灯、信号灯、应急照明设备、应急报

11、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，如船员或船员提升至甲板上以便逃脱的电梯应急装置、应急用无线电设备和导航设备等。一般应急发电机需对舵机之类较大的电动机负载供电，在确定其容量时，应考虑到最大电动机起动时瞬态电压降的影响。62船舶配电装置配电装置是接收和分配电能，并对电网实现保护的设备。有些配电装置（例如主配电板、应急配电板和蓄电池充放电板等）还具有对电源装置、用电设备进行测量、保护和控制的功一、配电

12、装置分类船用配电装置种类很多，如面向主发电机的控制和监测的主配电板，面向应急发电机控制和监测的应急配电板，面向蓄电池组控制和监测的蓄电池充放电板。此外还有区域分配电板、岸电箱和交流配电板等。二、主配电板的构成及功能船舶主配电板是船舶电力系统的中枢，担负着对主发电机和用电设备的控制、保护、监测和配电等多种功能。一般由发电机控制屏、并车屏、负载屏和连接母线四部分组成。1发电机控制屏。包含有发电机主开关及操纵器件、指示灯和仪表、发电机励磁控制和保护环节等。每台发电机组均配有单独的控制屏，用于控制、调节、保护、监测发电机。控制屏面板大体分上、中、下三部分，上部装有电压表、电流表及转换开关、频率表、功率

13、表、功率因数表以及原动机的调速开关和按钮等；中部安装有发电机主开关；下部一般安装有发电机励磁控制装置，控制屏内还装有逆功率继电器和仪用互感器等。2并车屏。包含有同步表、同步指示灯、投切顺序选择和转换开关、操纵按钮及状态显示指示灯等。有的还设有汇流排分段隔离开关、粗同步并车电抗器、自动并车装置等。并车屏用于交流发电机组的并联运行、解列等操作。3负载屏。包括动力负载屏和照明负载屏，通常安装有装置式自动空气开关、电压表、电流表及转换开关、绝缘指示灯、兆欧表以及与岸电箱相连的岸电开关。它们是用于分配电能并完成对各馈电线路进行控制、监视和保护等。各用电设备或分电箱的电能通过装置空气开关供给。有些动力负载

14、屏上还装有重要泵的组合起动装置。4汇流排。配电板上主汇流排及连接部件是铜质的，连接处作了防腐或防氧化处理。汇流排能承受短路时的机械冲击力，其最大允许温升为45C。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。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。三、分配电板分配电板是由过载保护电器组成的集合体，对额定电流不超过16A的电气设备进行供电的开关板，也称

15、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，是对耗电大于16A的电气设备进行供电的开关板。四、应急配电板应急配电板用于应急发电机的控制和监视，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基本相同。应急发电机总是单机运行，所以不需要并车屏、逆功率继电器和同步表。应急电网平时可由主配电板供电，惟当主发电机发生故障或检修时才由应急发电机组供电。主配电板连通应急配电板有供电联络开关，它与应急配电板的主开关之间设有电气连锁，以保证主发电机向电网供电（即主网

16、不失电）时，应急发电机组不工作。一旦主发电机开关跳闸，经应急发电机组的自动起动装置确认后，自动起动应急发电机组，并合闸向应急电网供电。平时需要检查和试验应急发电机组时，可把应急发电机工作方式选择开关置于试验位置，使应急发电机脱离电网。有些采用自动管理的应急电站，只有在应急发电机工作后应急电网才允许转换为由应急发电机供电，以免与主电网发生冲击。五、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。常用充放电板的接线原理如图62所示，主要由两个部分组成。1电源部分目前采用交流电的船舶大都采用整流装置把交流电变为直流电。图

17、中SA1为整流电源开关，SA2为整流后的电源开关，电源回路中设置有熔断器、电压表和电流表。新造交流电制船舶已采用晶闸管整流器，组成三相或单相可控整流装置。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，图62中，因电源是硅整流器，本身有防止逆流作用，故充电回路不再设置逆电流继电器。当主、应急电网都失电时，接触器KMl线圈失电，常闭触头闭合，直接向小应急用电设备供电，其余用电设备分别利用开关送电。图62用整流器充电的充放电板原理图六、蓄电池1蓄电池在船舶上的应用蓄电池是任何类型的机动船舶都无法离开的可靠电源设备，其用途之一是作为应急电源或备用电源，一般商船都把蓄电池作为船舶小应

18、急电源，在船舶主电网失电而应急发电机组尚未正常供电的时间内，蓄电池组则供电给小应急负载；用途之二是作为低压设备的电源(如供电给无线电收发报机、自动电话交换机和各种警报器)。此外，蓄电池也用作应急发电机组和救生艇上柴油机的起动电源，以及罗经的直流电源等。2船用蓄电池的类别船用蓄电池有酸性蓄电池和碱性蓄电池两大类。酸性蓄电池也称为铅酸蓄电池，船用历史最久，常用于柴油机的起动和应急照明。碱性蓄电池包括镉镍蓄电池、铁镍蓄电池、锌银蓄电池和镉银蓄电池等，主要用于无线电通信设备。但价格较高，民用船舶较少采用。3蓄电池的主要性能蓄电池的主要性能指标包括开路电压、工作、电压、电池容量、使用温度、寿命和储存期等

19、。酸性蓄电池中每个小电池的电动势为2.02.1V。放电时，电压逐渐下降，到达某一电压称放电终止电压)时，则急剧下降，当低至放电终止电压时不再放电。10h放电率的每个小电池放电终止电压为1.8V。充电时，电压变化在2.052.8V范围，充电终期电压每个小电池为2.52.8V。充电设备的电压应考虑能调节到每个小电池2.8V的数值。碱性蓄电池中每个小电池的电动势为1.3V左右，在额定放电率时平均放电电压为1.2V。根据不同结构形式，充放电特性是不同的。4蓄电池的结构及工作原理1) 酸性蓄电池酸性蓄电池的结构如图63所示，主要由容器、极板和隔板三部分组成。盛装电解液和支撑极板的容器，具有防止酸液泄漏、

20、耐腐蚀和坚固等特性。铅酸蓄电池容器有玻璃槽、铅衬槽、塑料槽、硬橡胶槽等，船上多数使用后两种。船用酸性电池的极板常采用铅锑合金制成栅格式，栅格中压人活性物质，正极的活性物质是二氧化铅(PbO2)，负极的活性物质是海绵状纯铅(Pb)。为增加容量，蓄电池的正极板和负极板制成许多片，分别并联在一起接成两组，构成蓄电池的正负极。隔板用橡胶、塑料或木板等绝缘材料制成。为保证电解液的自由流通，同时又不致使极板脱落的活性物质经隔板与相邻隔板相通，隔板上开有大小适中的孔。酸性蓄电池的电解液的质量分数为27一37的稀疏酸溶液，相对密度为1.281.31。酸性电池是利用铅、二氧化铅和硫酸的化学反应来储存电能和释放电

21、能的，其工作原理由下面的化学反应方程式表示：PbO2+2H2SO4+Pb=PbSO4+2H2O+PbSO4（正极）（电解液）（正极）（电解液）（负极）图63酸性蓄电池的结构图当蓄电池的正负极板插入硫酸溶液时，极板之间将产生2V左右的电动势，一旦外电路接通则形成放电电流，同时在电池内部正负极板与硫酸发生化学反应，逐渐变成硫酸铅，当正、负极板都变成同样的硫酸铅后，蓄电池便不能再放电了，必须通过充电来恢复成原来的PbO2和Pb。显然蓄电池的充电和放电是可逆的。由式（61）可知，充电时电解液稀硫酸的相对密度会增加；放电时由于生成水，相对密度降低。实际工程中采用比重计来测量电解液的相对密度，从而估计出蓄

22、电池电动势的大小。酸性蓄电池的电动势，主要与电解液相对密度d有关。相对密度高，电动势也高，E与d之间的关系可由经验公式来表示，即E=0.84+d（61）如在蓄电池充电完毕将外电路断开后，测得的相对密度为1.28时，则根据上式可估算出其电动势为2.12V。2）碱性蓄电池碱性蓄电池具有体积小、机械强度高、工作电压平稳、能大电流放电、使用寿命较长和易于携带等特点，近年来在远洋船上的应用增多。缺点是碱性蓄电池比酸性蓄电池的额定电压低，提供相同的供电电压，碱性蓄电池通常在数量上要比酸性蓄电池多出67，成本较高。碱性蓄电池可分为镉一镍（CdNi）、铁一镍（FeNi）、锌一银（ZnAg）、镉一银（CdAg）

23、等系列。船舶主要采用镉一镍、铁一镍蓄电池，下面以镉一镍碱性蓄电池为例作介绍。碱性蓄电池主要由容器、极板和活性物质构成。容器用镀镍钢板制成，直接与电解液或一组极板接触，所以碱性蓄电池的外壳带电：正极由氧化镍粉、石墨粉组成，石墨粉主要用来增强导电性，不参与化学反应；负极由氧化镉和氧化铁粉组成，掺人氧化铁粉的目的是使氧化镉粉具有较强的扩散性，防止氧化镉结块，增加极板的容量；正负极上的这些活性物质分别包在穿孔的钢带中，加压成型后构成电池的正负极，两极之间用耐碱的硬橡胶隔开。碱性蓄电池电解液的质量分数为20%的氢氧化钾（KOH）水溶液（或纯氢氧化钠溶液），相对密度为1.21.27。蓄电池充电时将电能变为

24、化学能储存起来，放电时将化学能变为电能输送给用电设备，两电极所发生的化学反应是可逆的。在充放电过程中总的化学反应方程式Cd+2KOH+2Ni（OH）3=Cd（OH）2+2KOH+2Ni（OH）2（62）（负极）（电解液）（正极）（负极）（电解液）（正极）从上式可知，电解液在充放电过程中只作电流的传导体，不参与化学反应，其浓度不变，因而不能根据相对密度来判断充放电的程度，只能采取测量电压的方法来判断碱性蓄电池的充放电的程度。碱性蓄电池中每个电池的电动势为1.25V。放电时，电压变化在12IV范围内，电流增大时可达到0.7V，低于0.7V就不应再放电。充电时，电压变化在1.41.8V范围内。3）蓄

25、电池的容量容量是描述蓄电池储存电能能力的物理量，单位为安培小时（Ah）。它用充足电的蓄电池放电到规定终了电压（一般为额定电压的90%）时所放出的能量来表示，以放电电流I与放电时间t的乘积描述，即Q=It（Ah）o酸性蓄电池通常以10h的放电电流为标准放电电流（即经过10h使蓄电池放完电的放电电流），因此，额定容量被定义为在电解液温度为25C，以10h放电电流连续放电至终止电压时所输出的容量。例如200Ah容量的酸性蓄电池是指能以20A的电流放电10h。蓄电池的容量与放电电流的大小及电解液的温度有关，因此如果超过标准放电电流进行放电，不但会降低容量，而且会严重影响蓄电池的寿命。关于碱性蓄电池一般

26、是以8h作为标准放电电流。5船用蓄电池的充放电方式1）充电的方法和种类蓄电池的充电方法和类型有多种，应根据蓄电池的用途和经济性来选用。（1）充电方法恒电流充电以恒电流充电至放电结束；恒电压充电给蓄电池加以恒定电压进行充电（由于充电初期通过电流大，应根据该电流选定整流器的容量）；恒电流恒电压充电在充电初期通以适当的恒定大电流，达到某一电压时，保持恒定电压进行连续充电；连续补充充电给无负载的蓄电池自行放电进行补充充电的方法；分段充电按2段3段变化恒电压或恒电流充电电流进行充电。（2）充电种类初次充电使用铅酸蓄电池时，初次向电池内加入电解液进行充电，充电的第一阶段电流为额定容量的0.07,充到单格电

27、压上升到2.4V为止；第二阶段电流为额定容量的0.04,充到单格电压上升到2.5V,且相对密度和电压在3h内稳定。正常充电对已经放过电的蓄电池，为了使其恢复到原来规定容量而进行的充电，充电分两阶段进行，第一阶段按标准充电制的电流（额定容量的0.1）充电67h；第二阶段用第一阶段充电电流的一半充电23h。均衡充电多个小电池组合使用的蓄电池在长时间使用后，各小电池往往产生相对密度、容量的不均衡现象，为此需要每月进行一次均衡充电，其方法是先进行正常充电；静置1h后，用初次充电第二阶段的电流充到有剧烈气泡产生为止；再静置1h,反复上述充电过程，直到电压和相对密度保持稳定才完成。（3）蓄电池充放电方式目

28、前，船舶上采用的充放电方式有交互充放电方式、浮充方式以及交互充放电和浮充相组合的方式。各种充放电方式的特点如表61所示。表61各充放电方式比较方式主要特征主要优缺点交互充放1.两组蓄电池的充电和放电相互互换；1.在进行充电一放电转换时，负载侧电方式2.充电装置仅接入一组蓄电池，另一组蓄电池接出现瞬时断电；人负载；2.两组蓄电池分别独立，一组故障3.充电装置不能与负载回路相接；时，另一组蓄电池仍可供电，可靠4.一般采用连续补充充电方法性高浮充方式1.蓄电池和负载并联于充电装置，浮充电压保持1.由于浮充时由充电装置给负载供电，恒定；停电时由蓄电池给负载供电，故无瞬电2.充电时，蓄电池仅通过补充充电

29、的电流；压波动小；时断电，3.由于充电回路都设有限流环节，当出现大电流2正常时蓄电池保持最合适的充电电负载时，将由蓄电池负担部分负载，当电流负流，处于良好的过充电状态，因此延长载消失后，蓄电池放电部分由充电装置补充充蓄电池寿命；电；3充电装置负担正常负载电流和蓄电4.停电时，蓄电池负担全部负载；池充电电流，蓄电池负担大电流和停电5失电恢复后，充电装置负担正常负载，并给蓄电时负载，所以充电装置和蓄电池容量减池充电少交互充放根据需要，通常有下述两种组合：1需2组充电装置，蓄电池容量大；电方式和1.利用转换开关，将一组蓄电池接人快速充电装2两组蓄电池可互为备用，可靠性高浮充方式置，另一组蓄电池与浮充

30、充电装置和负载并联；3充电装置为1台，蓄电池容量小；组合2仅设置一个充电装置，正常时2组蓄电池都与负4可靠性高载和充电装置并联，利用转换开关，可对其中一组蓄电池进行均衡充电6船用蓄电池的维护保养1）酸性蓄电池（1）电解液应每半个月检查液面高度，每年进行化验检查。要及时补充电解液，注液孔螺帽应旋紧，以防电解液溅出。（2）应保持蓄电池表面清洁，为防止极柱夹头生锈，其表面应涂上一层凡士林油膜。（3）蓄电池室应保持良好的通风，并严禁烟火。（4）过充电酸性蓄电池在运行中往往因长时间充电不足或过放电等原因造成极板硫化，这时要对蓄电池进行过充电，使蓄电池恢复到良好的运行状态。过充电是指在正常充电后，再用10

31、h放电率的1/2或3/4的小电流进行充电1h，然后停1h，如此反复进行，直至刚一接通充电电源就发生强烈气泡为止。2）碱性蓄电池（1）每半个月检查一次电压、电解液密度和高度，及时补充电解液。（2）保持气塞透气或定期打开气塞放气。（3）碱性蓄电池的外壳带电（正极），存放时须防金属将负极与外壳接触，引起短路。（4）一般工作1012次充放电循环或每月进行一次过充电。（5）每年或使用50100次时，应更换电解液。电解液的更换应在放电状态下进行，必要时可用纯水清洗，并及时注入更换的电解液。六、岸电箱船舶停泊码头或进坞修理时，一般接用岸电电源。在码头上设置有与岸电连接的装置，船舶一靠码头即可使用岸电。船上发

32、电机组全部停机，既可减少靠岸时的值班人员，又便于对发电机组进行正常的维护或修理。直流电制船舶进坞修理时，须接用直流岸电，船坞中可以安装直流岸电箱，也可以不安装直流岸电箱而将直流岸电电缆直接拉至机舱主配电板供电。由于码头上陆用电源多为交流电，考虑停泊码头时接用交流岸电的需要，设置了交流岸电箱。交流岸电的供电方式有两种：1接用单相交流岸电，仅供船上照明电路使用，此时，配电板内照明汇流排与电力汇流排分开；2船上安装一台变流机组或整流装置，将交流岸电变为直流电，再供电给船上的停泊负载。交流电制船舶则无论进坞修理还是停泊码头，都应设置交流岸电箱以接用交流岸电。岸电箱的容量依据停泊负载来确定，各类船舶的停

33、泊负载不同，通常包括：照明设备、日用设备（日用海水泵、日用淡水泵以及空压机等）、冷藏空调设备、厨房设备、通风机、通信设备、修理机械和娱乐设备等。设计岸电箱及接岸电的基本要求如下：1）岸电箱应有下列设施岸电箱内应设有能切断所有绝缘极（相）的断路器或开关加熔断器；指示端电压的指示灯或电表；用于连接软电缆的合适接线端子；对岸电为中性点接地的交流三相系统，应设有接地接线柱，以便将船体接至岸上的接地装置或岸上电网的零点；应有监视岸电极性（直流时）和相对船舶配电系统的相序（三相交流时）是否相符的设施；标明船电系统的配电系统的形式、额定电压和频率（对于交流）的铭牌；有时根据船东要求还应装设电度表。2）接岸电

34、箱时应注意的问题岸电箱应安装在便于连接来自外部电源软电缆的场所，根据安装的处所，选择合适的外壳防护等级。岸电箱与主配电板间应以固定敷设的电缆连接，该电缆应有足够的的定额。当岸电或（和）船电系统为中性点接地的交流三相系统时，应将船体与岸地相连接。利用船体作导电回路的船舶，在接岸电时，不能以陆地或海水作岸电回路，而应以绝缘的岸电相线将船体与岸电网络的零点或接地的相线或接地的负极相连。岸电箱内应有连接此电缆的接线柱。三相交流岸电箱上常采用指示灯组成相序指示器。其接线方式有多种，如图64所示。2个指示灯HL的电阻应该相等，或指示灯HL的电阻和电阻R的阻值相等，并满足uCR=l。根据计算所得的指示灯和电

35、容的参数列入表62。表62相序扌旨示器的参数电网电容器C/PF指示灯HL电阻R/kQ110V,50Hz67110V,25W220V,50Hz12220V,25W36380V,50Hz0.1XD4型63船舶应急电源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。应急发电机应该具有独立的冷却装置和燃油供给单元，并设有满足规则要求的起动装置。当船舶发生火灾或其他灾害引起主电源供电失效时它应能自动起动和自动连接于应急配电板，尽快地承载额定负载，最长时间不得超过45s。应急发电机的容量应确保海上人命安全公约（SOLA

36、S）和主管机关有关规定的供电范围和供电时间，并应考虑到这些用电设备可能同时工作。不同种类、吨位的船舶，其应急发电机供电的电气设备范围也略有不同。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，如船员或船员提升至甲板上以便逃脱的电梯应急装置、应急用无线电设备和导航设备等。一般应急发电机需对舵机之类较大的电动机负载供电，在确定

37、其容量时，应考虑到最大电动机起动时瞬态电压降的影响。64发电机主开关船舶发电机主开关常采用万能式自动空气断路器，自动空气断路器又称自动开关。船舶常用的有：框架式即万能式自动开关（如国产DW型）和装置式（如国产DZ型）自动开关。发电机的主开关，是发电机投入电网的接人部件。在非正常运行情况下，如发生过载、电网短路、发电机欠压等，它能自动从电网上断开发电机。因此它既是开关电器，又是保护电器。装置式自动空气开关一般用作支路、负载屏、照明屏等的开关电器，不同型号产品具有不同的保护功能，一般都具有短路保护和过载保护功能。国内外制造的船用发电机主开关的形式很多，结构不尽相同，但基本原理大同小异，一般都是由触

38、头单片、灭弧装置、自由脱扣机构、操作机构和保护装置组成。其结构框图见图65。图65万能式自动空气断路器的框图一、触头和灭弧系统触头在切断时电流很大会产生电弧，因此必须具有完善的触头系统：由主触头、副触头和弧触头组成。主触头承担电路的正常工作电流，弧触头是为了防止主触头断开电路时产生的电弧烧坏主触头而设置的。在合闸时弧触头先接通，然后依次是副触头和主触头。而分闸时，主触头先断开，然后是副触头和弧触头，断开电路产生的电弧在弧触头中熄灭。自动空气断路器大多采用灭弧栅进行灭弧。二、自由脱扣机构自由脱扣机构的作用是使触头保持完好闭合或迅速断开。图66所示是一个四连杆机构，它是触头系统和操作传动装置之间的

39、联系机构。正常触头闭合状态见图66(a)所示，而图66(b)为分闸位置。由于衔铁动作，使顶杆向上逆动，撞击连杆接点，四连杆刚性连接被破坏，脱扣机构动作，使主触头处于断开状态。图66(c)为准备合闸位置。当脱扣后，需再次合闸时，应先将手柄向下拉，使四连杆机构成刚性连接状态，做好合闸准备，一旦需要合闸，只需将手柄往上推即可。(a)合闸位置(b)分闸位置(c)准备合闸位置图66自由脱扣机构示意图三、操作机构操作机构用于控制自由脱扣机构的动作，实现触头闭合或断开。自动空气断路器的操作传动装置常见的有手柄式、连杆式、电磁式、电动式等。但无论哪一种操作方式，合闸前都必须先将储能弹簧储能，使自由脱扣机构处于

40、“再扣”位置，然后利用储能弹簧释放能量实现合闸。使用弹簧加载以闭合和断开断路器是由在现场的制动操作装置执行的，通过安装有关的附件，也可以用电气遥控操作。1手动操作各种类型的自动空气断路器都有手动合闸操作手柄，通常有转动和上下扳动两种形式。几种常见的国产自动空气断路器的手动操作方法如下：早期国产的DW94型自动空气断路器合闸时，先将手柄摇38圈左右，通过蜗轮、蜗杆传动将储能弹簧拉长储能，自由脱扣机构“再扣”，然后再摇24圈，使储能弹簧释放，以实现合闸。DW-95型和DW98型主开关合闸时，需先将手柄逆时针转110和90，然后再顺时针转一定角度，使储能弹簧储能，自由脱扣机构“再扣”，再继续顺时针转

41、一定角度即实现合闸。AH型主开关合闸时首先将手柄向下扳，使储能弹簧储能，自由脱扣机构“再扣”再将手柄扳向上方，即实现合闸。各类自动开关都有手动机械脱扣按钮，分闸时，只要按下“分闸”按钮即可实现分闸操作。尚有一些自动开关，利用扳动手柄储能，使用手动机械合闸按钮合闸。2电磁或电动合闸DW94型电动合闸主开关采用电动操作时，其合闸操作线路原理如图67所示。当发电机建立电压后，红色指示灯亮，失压脱扣线圈获电，操作电动机M通电转动，使弹簧储能，直至凸轮将储能开关中的常开触点闭合、常闭触点断开，此时黄色指示灯亮，表明储能弹簧已储能，自由脱扣机构已处于“再扣”位置。合闸时，按一下合闸按钮SB1,电动机再次转

42、动，使储能弹簧释放，主开关合闸，此时绿色指示灯亮，表示合闸完毕。ACDW95、DW98型电动合闸采用电磁操作，其合，闸操作线路原理图如图68所示。发电机建立电压1后，交流电压经二极管VD整流向电容C充电。合闸时，按下按钮SB,电容C就会对继电器KA放电，使KA的常开触点KA4和KA5闭合，接通合闸电磁铁线圈KM,在电磁吸力的作用下储能弹簧拉长储能，自由脱扣机构已处于“再扣”位置。由于电容两端的电压很快下降，因此当下降到继电器KA的释放电压时，KA的常开触点KA4和KA5断开，合闸电磁铁线圈KM断电，储能弹簧释放，自由脱扣机构动作实现合闸。AH型采用电磁铁直推式合闸，线路原理图如图69所示。发电

43、机建立电压后，按下电磁控制开关，继电器KA1通电，其常开触点KAl闭合后继电器KA2有电，其常开触点KA2闭合，合闸线圈KM通电，快速将动衔铁吸上，利用动衔铁的质量和速度，通过电磁合闸柱销，对四连杆机构产生一较大的冲击，推动合闸机构合闸。合闸后，自动开关的辅助常开触点DW闭合，继电器KA3通电，其常闭触点KA3断开；继电器KA1断电，其常开触点KA1断开；控制继电器KA2失电，触点KA2断开，从而使合闸线圈KM断电，电磁吸力消失，合闸动衔铁恢复原样，为下次合闸作准备。3保护元件万能式自动空气断路器通常设有电流脱扣器、失压脱扣器及分励脱扣器，通过它们对自由脱扣机构的作用来实现对主电路的短路、过载

44、、失压、欠压等保护及遥控分励操作。其原理示意图如图610所示。过电流脱扣器一般有电磁式和半导体式，它被用作发电机的短路和过载保护，一般具有反时限延时动作、定时限动作和瞬时动作三种动作特性。当短路故障和过载现象发生时，瞬时或经短延时或经长延时后接通电磁铁使过电流脱扣器瞬时动作，开关自动跳闸。延时元件通常采用钟表机构或利用RC充放电回路等来实现。如DW94型延时采用钟表和齿轮摆式时间继电器完成，DW95型、DW98型则采用电容充放电延时。欠压脱扣器一般由一个瞬时动作的电压继电器组成，当线路电压低于规定的整定值时，由于电磁吸力的不足引起继电器释放，通过自由脱扣机构使开关自动跳闸。为避免电网电压瞬时波

45、动产生误动作，可采用延时，延时时间一般为13s。分励脱扣器主要用于远距离控制自动开关的断开，当按下分励脱扣按钮时，继电器吸合，通过自由脱扣机构将自动开关断开。65船舶电网及电缆船舶电网即船舶电力网，系指介于船舶电源和用电设备之间的传输、分配电能的传输线路。一、船舶电网的分类船舶电网根据供电电源的不同可分为：1主电网由主发电机通过主配电板供电的网络，包括动力电网和照明电网，分别供电给动力负载和照明负载。2应急电网由应急发电机通过应急配电板供电，或由蓄电池通过蓄电池充放电板供电的电路，它的供电范围见表63。表63应急电源供电的电气设备序号供电系统客船货船总吨国际航行国内航行三50005005000

46、1航行灯及信号灯*仅对油船2通道、出入口、扶梯、应急出口的照明*3登艇处的甲板和舷外放艇时所需的照明，救生筏、救生浮件储放处的照明*4机舱、炉舱、主机操纵台、锅炉水位表及气（汽）压表、总配电盘前后、应急发电机室、舵机舱等的照明*5驾驶室、海图室、无线电室、消防设备控制站照明*6船员和旅客公共舱室、旅客超过16人居住舱室的照明*7白昼信号探照灯*建议*大于150总吨的国际航行船舶8无线电测向仪*建议*国际航行船舶9应急消防泵*10紧急集合报警装置*建议注：1）“*”标记表示必须由应急电源供电；2）表内2、3、4、5、6等项所列设备同样也适用于由临时应急照明电源供电；3）小应急电网。由蓄电池通过蓄

47、电池充放电板用以传输、分配临时应急电能的网络。对装设应急发电机组但无自起动装置的船舶，要求安装临时应急照明电网，而且蓄电池的容量能满足连续供电30min。根据负载的性质和用途不同，船舶电网还有其他的分类。通常将由主配电板直接向区配电板、分配电板和负载供电的网络称为一次系统，由区配电板或分配电板向负载供电的网络称为二次系统。船舶电网中为动力设备供电的网络称为动力网络，向照明设备、电风扇及小容量电热设备供电的网络称为照明网络，而为各导航、通信无线电设备和监测报警系统等供电的网络称为弱电网络。二、船舶电网的结线方式1船舶电网的结线方式大多数船舶电压等级在500V以下，采用两种结线方式：放射式和环式，

48、如图611结线示意图。（a）放射式（b）环式图611船舶电网结线方式1）放射式特点放射式结线的每一馈电线均由主配电板直接引出，并且各自独立，它只向一个分配电板或一个用电设备供电。其特点是：从总配电板引出的各馈电线路都安装有自动开关，便于集中控制。但是由于用电设备很多，主配电板需要集中大量的电缆端头和自动开关，不仅电缆耗量多，而且主配电板的尺寸也相应增大，一旦馈电线路发生故障，则该路的电气设备或分配电板将失电，可靠性较差。2）环式特点按环式结线的网络，其主馈电线是一个环形闭合回路，它经过串接在主馈电线路上的各个分线盒供电给用电设备或分配电板。其优点是：每一个用电设备均可以从线路的两个方向获得供电

49、，当一路主馈电线路出现故障时，另一路仍可以保持供电；此外，减少了主馈电电缆的数量和长度及主配电板的尺寸。其缺点是不便于在主配电板上对各馈电线路实行集中控制。目前，除了少数对供电可靠性要求特别高的商船和大型客船采用环状电网外，绝大部分船舶采用放射式结线方式。2重要负载的馈电方式船舶重要负载是指那些与船舶航行、货物的保存、船舶及人身安全有关的设备。这些重要负载包括：主机滑油泵、冷却水泵、燃油输送泵、燃油分油机、空压机、循环水泵、锅炉给水泵以及风机、舵机、锚机、主机控制装置、导航及通信设备和各种报警装置，对这些设备要求工作可靠，因此在配电时通常采取：1) 主配电板直接供电方式。如用于舵机、锚机、消防

50、泵、消防自动喷淋系统、无线电电源板、陀螺罗经、航行灯控制箱、苏伊士运河灯等。2) 两路独立馈电线供电。如用于某些重要的负载如舵机、航行灯控制箱等。3) 采用自动分级卸载装置。当发电机出现过载时，自动分级卸载装置卸掉次要负载，从而使发电机恢复正常工作状态。4) 分段汇流排供电方式。它的供电方式参见图612，当某一段汇流排上的线路发生故障又未能及时排除时，汇流排上的自动开关动作将两段汇流排分开，保证重要设备的另一半仍能继续工作。分断卄关汇说捋汇流拝*f接其它电源图612分段汇流排供电方式船舶重要设备除在正常条件下由主电网供电外，还须备有在应急情况下的应急电源供电。例如舵机、航行灯和通信之类设备都分

51、别有独立的馈电线与主电网及应急电网相连，通常有半数的电缆是不载流的，造成极大的浪费。实际上采用如图617的连接方式，在正常条件下联络开关闭合，重要负载经应急配电板由主电源供电，当主电源出现故障、主汇流排失电时，联络开关自动断开，应急电源则自动投入应急电网向这些重要设备供电。船舶电网这种连接方式是将应急电网视为主电网的一个组成部分。三、船舶电网的线制(a)三相三线(c)中心点接地的三相三线交流船舶的三相交流电力系统有中心点接地的三相四线、中心点接地的三相三线、三相三线绝缘电力系统等三种。最后一种方式安全可靠，即使在照明系统的绝缘电阻降低的情况下也不会影响动力系统，为目前大多数交流船舶所采用。(b

52、)中心点接地的三相四线图6-13船舶电网线制四、船舶电缆船舶电缆和电线在结构和用途上都有区别。电线的芯线外层覆有保证电气绝缘用的绝缘层，而电缆除了电气绝缘层外还有用以防止外界各种因素(火、油水、机械等)危害的防护套。船舶电网中采用的绝大部分是电缆，而电线仅用于电气设备的内部接线和一部分生活舱室的照明线路。船用电缆主要由导电芯线、电气绝缘层和防护套三部分组成，其构造见图6-14。1导电芯线导电芯线是电缆传输电能的部分，它是由不少于7根0.262.47mm的圆形软铜丝绞合而成的。船用电缆根据不同需要可作成单芯、双芯、三芯和多芯。芯线的截面根据不同载流量的需要有0.8400mm2等各种不同规格。有关

53、电缆的导体根数和线径可由有关产品样本中查得。必须注意国外船用电缆的芯数和导体截面规格与我国的有所不同。选择电缆时，必须根据使用条件，保证电缆实际通过的电流低于其允许电流。电缆的允许电流取决于电缆的绝缘材料，并以最高允许温度为基准决定的。2电气绝缘绝缘层的作用是将各导电部分隔离以防止接地或相间短路。要延长电缆使用寿命，必须提高绝缘层的性能。各种绝缘材料的允许工作温度如表6-4所示。表6-4绝缘材料最高允许工作温度绝缘材料最高允许工作温度/c聚氯乙烯（一般）60聚氯乙烯（耐热）75丁基橡胶80无机物95乙丙橡胶和交联聚氯乙烯85硅橡胶95选择电缆的型号和截面应根据实际用途、额定电流、敷设场所的温度

54、和环境条件，以及用电设备的工作制等决定。66船舶电力系统保护及装置船舶电气系统的保护包括船舶发电机外部短路保护；过载、欠压、逆功率保护；船舶电网的过载、短路保护；电网的绝缘监测；接用岸电时的相序保护等。船舶中采用继电器保护装置来实现。船舶在电力系统发生故障时，要求继电器保护装置的工作具有可靠性、选择性、准确性，既能适时切除故障以防止故障蔓延，又要尽量缩小停电区域，使非故障部分能继续正常运行，减轻损害程度。一、电网的短路保护船舶电网的短路保护要求良好的选择性，当发生短路故障时，仅允许切除有故障的线路部分。通常对各级保护装置的动作整定值按时间原则或电流原则予以整定。如图615，若按时间原则整定，则

55、应有tlt2整定，则应有I1I2I3,即各级保护装置动作电流的整定值应从用电设备到发电机处逐级常将两者结合起来综合考虑，t3,即各级保护装置动作时间的整定值应从用电设备到发电机处逐级增大；如按电流原则增大。实际应用时，以满足选择性保护的要求。图615船舶电网短路保护示意图短路保护装置通常采用万能式自动空气开关、装置式自动空气开关及熔断器等。装置式自动空气开关装有电磁脱扣器，大量应用于各种配电装置，熔断器一般用作电网的末级保护。在船舶电网中，发电机和用电设备的短路保护装置通常设在靠近电源侧的出线端，所以电网不设专门的短路保护装置,而是与发电机及负载的短路保护共用一套保护装置。二、电网的过载保护船

56、舶电网大多为辐射型馈线式配电网络，馈线的截面积又都与发电机及用电设备的容量相配合的。由于发电机和用电设备的过载保护装置同时保护了电网，所以，电网中不设专门的过载保护装置。应指出的是，舵机电动机和它的供电线路根据规范要求均不设过载保护，只设短路保护和过载报警装置。三、单相接地及电网的绝缘监测1单相接地监视船舶电网一般采用三相三线绝缘制系统，电网中的任何一相接地，将造成另外两相对地均为线电压，严重影响人身安全，若再有一相接地，就会引起两相短路的故障。这类潜在的危险性必须及时发现，予以排除。船舶配电板上大多装有绝缘指示灯（亦称地气灯）以监视电网的单相接地。图616是绝缘指示灯的电气工作原理图例如三相交流系统正常-/LLL2（a）三相交流图616LiLe一总绝缘指示灯电路图工作时，三个灯星形连接，各灯泡两端均为相电压，因而亮度相同。若某一相（如图中的A相）出现接地故障，则灯HL1熄灭，而HL2、HL3两端的电压上升为线电压，灯泡亮度增强。这样，值班人员就方便地判断哪一相发生接地故障。2电网