船舶电力系统的组成

船舶电力系统的组成第1页/共161页§12.1船舶电力系统§12.2船舶电站容量和发电机组台数的选择§12.3船舶配电装置§12.4船舶电力网§12.5船舶电力系统的继电保护§12.6同步发电机保护及其保护装置§12.7船舶轴带发电机系统§12.8船舶中压电力系统第12章

船舶电力系统组成第2页/共161页一、船舶电力系统的组成

船舶电力系统是由船舶电源装置、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。§12.1船舶电力系统船舶电力系统控制电器负载船舶电力网船舶配电装置船舶电源装置电工测量用仪器、仪表第3页/共161页图12-1典型船舶电力系统简图典型船舶电力系统简图ACB—空气断路器MCB—装置式断路器G—主发电机EG—应急发电机ABTS—汇流排转换接触器第4页/共161页将机械能、化学能等能源转变为电能的装置。船舶电源主要是指发电机和蓄电池。

1.船舶电源装置柴油机发电机一、船舶电力系统的组成第5页/共161页2.船舶配电装置

对电源即发电机发出的电能、电力网和电力负载进行保护、分配、转换、控制和检测的装置。根据供电范围和对象的不同可分为：主配电板应急配电板动力分配电板照明分配电板蓄电池充放电板一、船舶电力系统的组成第6页/共161页3.船舶电力网船舶电力网是全船电缆电线的总称，其作用是将各种电源与负载按一定关系连接起来。根据其所接负载的性质，可分为动力电网、低压电网、照明电网、应急电网和小应急电网等。一、船舶电力系统的组成第7页/共161页第8页/共161页船舶负载动力装置用辅机甲板机械滑油泵海水冷却泵淡水泵鼓风机锚机绞缆机起货机舷梯机起艇机舱室辅机船舶舵机生活用水泵消防泵舱底泵为辅锅炉服务的辅机等。4.负载：用电设备，按系统可分为以下几类：一、船舶电力系统的组成第9页/共161页

船舶负载电力推进设备机修机械主电力推进系统首尾侧推装置车床钻床电焊机冷藏通风照明设备冷藏集装箱空调伙食冷柜通风机等。机舱照明住舱照明甲板照明航行灯信号灯电风扇第10页/共161页

船舶负载厨房设备弱电设备电灶电烤炉等厨房机械用辅机电茶炉等无线电通信导航设备等第11页/共161页主要有各种类型的控制箱、接触器、继电器、各种控制器和主令电器等。5.控制电器6.电工测量用仪器、仪表船舶上常用的电工测量仪表有万用表、兆欧表、钳形电流表、交（直）流电压表、电流表、功率表、功率因数表、频率表、交流并车屏上的整步表、平时用于检修的直流稳压电源和自耦变压器、示波器等。一、船舶电力系统的组成第12页/共161页

几乎所有大中型船舶均采用交流电力系统。2.额定电压等级世界各国对电压等级的选用与本国陆上电制参数一致，使船舶电气设备具有通用性。

我国《钢质海船入级规范》规定：非电力推进船舶的限制电压为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。二、船舶电力系统的基本参数1.电流种类(电制)

3.额定频率等级我国采用50Hz，西欧各国、美国采用60Hz的频率标准。第13页/共161页三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）船舶电力系统是一个独立的电力系统（总容量不超过各发电机容量的5～10倍的电网称为独立电网）。在独立电网中，调节运行发电机的电压或原动机的转速，除了改变本身有功功率和无功功率的承担外，还影响电网的频率和电压。船舶电力系统通常只有一个电站工作，任何导致断电的事故，都将危及船舶航行的安全。船舶电站的容量相对负载来说是有限的，某些大电动机的容量与电站容量可相比拟，大电动机起动时的冲击电流将引起电网电压的急剧下降，严重时会使某些设备退出工作。第14页/共161页1、船舶电站的容量较小。

2、电源与用电设备之间的距离很短，线路阻抗很小，因此短路电流很大。3、船舶电力系统负载变化频繁。4、船舶电力系统工作环境恶劣。三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）第15页/共161页1.船舶电站的容量较小

单台发电机容量最大已达1200MW，电力系统总的装机容量大约在1000MW～

100000MW。陆上电力系统一般都由许多个不同类型的发电站联网运行，其电源容量可以认为是无限大电源系统。通常电源多为单一电站，船舶电站大多由2～

4台同容量、同型号的发电机组组成。船舶电站单机容量约为几百～几千KW，船舶电站总装机容量为（2～

4）倍的单机容量。陆上电力系统船舶电力系统三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）第16页/共161页2.电源与用电设备之间的距离很短，线路阻抗很小，因此短路电流很大。船舶电站配电装置也简单、可靠，只采用低压电器开关及控制和保护装置，除照明须配置容量不大的变压器外，并无其他的变压设备，一般船舶电站直接对用电设备供电。船舶用电设备虽然较多，但比较集中，在船舶有限的长度内，电源与用电设备之间的距离很短，因此线路阻抗很低，线路压降小，电能损失较小，但短路电流大，特别是在汇流排处的短路故障。三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）第17页/共161页三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）3.船舶电力系统负载变化频繁（5）应急工况货轮和油轮的典型运行工况大致划分如下：（1）航行工况（2）进出港工况（3）装卸货工况（4）停泊工况由于船舶工况变化较多，不同工况对应的船舶电力系统的用电量明显不同。

第18页/共161页4.船舶电力系统工作环境恶劣

船舶在海上航行，必然受到各种恶劣气候条件的影响，给船舶电气设备的正常、安全运行带来很多困难，这些困难可能造成比陆地上更加严重的后果。

①环境温度变化大②相对湿度较大③金属部件易于腐蚀

④工作稳定性差

⑤电磁污染严重工作环境恶劣(三防:防潮湿、防霉菌、防盐雾)三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）第19页/共161页电气设备的船用条件及基本要求（1）适应振动和冲击的条件（2）适应倾斜和摇摆的条件设备组件倾斜角°横向纵向横倾横摇纵倾纵摇应急电气设备、开关设备、电器及电子设备22.522.51010上列以外的设备、组件1522.557.5第20页/共161页（3）适应环境温度条件介质部位温度(℃)无限航区除热带海区外的有限航区空气围蔽处所内0～450～40超过45℃(或40℃)或低于0℃的处所内按这些处所温度按这些处所的温度开敞甲板-25～45-25～40水3225电气设备的船用条件及基本要求（4）耐受潮湿、盐雾、油雾和霉菌的环境条件（5）满足防护要求

我国电气设备的防护等级采用国际电工委员会（IEC）推荐的国际防护IP等级标准。第21页/共161页（6）适应船舶电网电压和频率的波动设备参数稳态(%)瞬态%恢复时间一般交流设备电压+6～-10±201.5s频率±5±105s由直流发电机供电或经整流器供电的直流设备电压±10--电压周期波动5--纹波电压10--由蓄电池供电的设备：充电期间接于蓄电池者充电期间不接于蓄电池者电压电压+30～-25+20～-25--电气设备的船用条件及基本要求（7）满足尺寸小，质量轻要求第22页/共161页§12.2船舶电站容量和机组台数的选择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功率总和，也不等于船舶某一运行工况下所有用电设备标称电功率的总和。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长短有关。一、确定电站容量和发电机台数的基本原则第23页/共161页（5）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货轮和油轮的典型运行工况大致划分如下：（1）航行工况：货船全速满载航行时间占运行周期的41％，油船占64％（2）进出港工况：占运行周期的1％（3）装卸货工况：货船约占18％，油船占7％（4）停泊工况：货船约占40％，油船占28%1.船舶的运行工况第24页/共161页第25页/共161页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。第26页/共161页3.发电机组容量和数量的选择原则发电机组的总容量决定于电站的总容量，发电机组的单机容量和机组数量由以下几个基本原则确定：单机组容量：以最高负荷80%来定。船舶电站必须有备用机组各机组的使用寿命应与主机寿命相当维修管理方便第27页/共161页二、应急发电机容量的确定

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。

应急发电机应具有独立的冷却装置和燃油供给单元，并有满足规则要求的起动装置，在主电源失效时能自动起动和自动连接于应急配电板，尽快承载额定负载，最长时间不得超过45s。1．目的和原则§12.2船舶电站容量和机组台数的选择第28页/共161页一般应急发电机需对舵机之类较大的电动机负载供电。

确定应急发电机的容量通常基于下述设备所需的电功率，即：航行灯、信号灯、应急照明设备、应急报警和信号装置、火灾探测和报警装置及防火门的固定和释放系统；在紧急状态下所需要的船内通信设备、应急消防泵、自动喷水泵、应急舱底泵及其电动遥控设备、应急时使用的舵机、动力操作水密门及其指示器、报警器以及其他需要应急发电机供电的用电设备。2．容量确定第29页/共161页三、电站容量的计算电站容量的计算方法有许多种，海上运输船舶一般都采用三类负荷法。三类负荷法是一种在电力设备具有较充分的数据前提下进行全船电力负荷计算的方法。1．负荷分类负荷按使用情况分为以下三类：（1）第Ⅰ类负荷：连续使用的负荷；（2）第Ⅱ类负荷：短时或重复短时使用的负荷；（3）第Ⅲ类负荷：偶尔短时使用的负荷以及按操作规程可以在电站尖峰负荷时间以外使用的负荷。§12.2船舶电站容量和机组台数的选择第30页/共161页三类负荷的分法与船舶运行工况有关，如在航行工况中连续使用的负荷属于第Ⅰ类负荷；使用若干小时，停止使用若干小时的负荷属于第Ⅱ类负荷。在靠离码头工况中，虽然起锚机的工作时间较短，但在此工况中，它一直使用，因此也算做第Ⅰ类负荷。第31页/共161页万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类

第Ⅰ类负荷第Ⅱ类负荷第Ⅲ类负荷第Ⅰ类负荷第Ⅱ类负荷第Ⅲ类负荷舵机起货机起锚机绞缆机主机淡水泵主机海水泵主机滑油泵主机喷油嘴冷却泵排气涡轮滑油泵主机燃油循环泵透平发电机凝水泵锅炉燃油泵锅炉鼓风机消防总用泵燃油分油机轻柴油分油机滑油分油机燃油驳运泵轻柴油输送泵滑油输送泵舱底泵压载泵日用淡水泵卫生水泵饮水泵热水循环泵蒸发器凝水泵蒸发器给水泵主机盘车机机舱起吊机车床砂轮钻床电焊机救生艇吊艇机舷梯起吊机探造灯消防泵货油泵冷藏货舱压缩机冷却泵货舱通风机机舱通风机CO2室抽风机冷藏机舱抽风机冷藏机舱送风机厨房送风机厨房抽风机浴室、厕所抽风机照明设备助航、通讯用变流机主空气压缩机油灶鼓风机空调压缩机空调淡水泵空调送风机伙食冷库压缩机电动锅炉给水泵充电机组无线电雷达第32页/共161页2．电动机负荷系数的计算（1）电动机利用系数Ｋ1

P

1：电动机额定功率；

P

2：电动机轴上拖动的机械设备的额定功率

。通常电动机的额定功率应略大于机械设备的额定功率。

第33页/共161页（2）机械负荷系数K2

P3:电机拖动的机械设备的实际使用功率（3）电动机负荷系数K3

第34页/共161页（4）电动机以额定功率运行时从电网吸收的功率

P4ηe:电动机在额定功率时的效率

（5）电动机实际消耗的功率P5

η'为电动机相当于功率P2时的效率第35页/共161页（6）无功功率Q5为电动机的功率因数角。

第36页/共161页3．系数的确定

（1）负荷系数的确定

一般机械的轴功率可由产品样本查得，机械负荷系数可根据轮机专业或舾装专业提供的设备实际使用数据来确定。第37页/共161页（2）同时系数的确定对第Ⅰ类负荷来说，考虑到各辅机和用电设备最大负荷的不同时性，同时系数选0.8～0.9。对第Ⅱ类负荷来说，可按该负荷平均使用时间与工作周期之比来估算：

第38页/共161页4．负荷表的编制（1）根据轮机、舾装等专业提供的数据选择电动机和电气设备，并计算各电动机和电气设备的额定所需功率；（2）根据船舶类型选择所需计算工况，确定各工况下所需使用的电动机、电气设备和使用情况，并进行分类；（3）确定负荷系数，并计算各用电设备的实际使用功率；第39页/共161页（4）计算每一工况下各类负荷的总功率，按其同时系数计算总负荷。在交流电制中，还需要计算无功功率和平均功率因数；（5）考虑5%的网络损耗，得出发电站的功率；（6）根据上述计算，选择发电机组，并核算各工况下发电机的负荷百分率，一般来说发电机应有10～20%的储备功率。

第40页/共161页一、配电装置的主要功能

（1）正常运行时，手动或自动接通或切断电源至用电设备间的供电网络，对电网供电或停止供电。（2）测量和监视电力系统的各种电气参数（电压、频率、电流、功率、功率因数、绝缘电阻等）。（3）调整电力系统的各电气参数值（例如电压、频率的调整）。（4）当电力系统发生故障或不能正常运行时，保护电路将自动地切断故障电路或发出报警信号。（5）对电路状态、开关状态以及偏离正常的工作状态进行信号显示。§12.3

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。第41页/共161页返回§12.3

船舶配电装置

二、配电装置类型1.主配电板2.应急配电板3.充放电板4.区域分配电板5.岸电箱6.交流配电板等第42页/共161页1.主配电板由发电机控制屏、并车屏、负载屏和连接母线四部分组成。并车屏负载屏发电机控制屏第43页/共161页（1）发电机控制屏作用：用来控制、调节、监视和保护发电机组。

每台发电机组均配有单独的控制屏。组成：上部为测量仪表[电流表（测线电流）、电压表（测线电压）、频率表、功率表、功率因数表和仪用电压及电流互感器]、转换开关、原动机调速马达操作开关和指示灯等；中部为主开关（含逆功率继电器）、指示灯等；下部为自励恒压装置。第44页/共161页第45页/共161页（2）并车屏并车屏用于交流发电机组的并联运行、解列等操作。主要由频率表（电网和待并机）、同步表与同步指示灯及其转换开关、调速开关、合（分）闸按钮、投切顺序选择和转换开关等组成。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。第46页/共161页负载屏装有装置式空气开关、电压表、电流表、转换开关、绝缘指示灯、兆欧表以及与岸电箱相连的岸电开关等。（3）负载屏负载屏的主要功能是对各馈电线路进行控制、监视和保护，通过装在负载屏上的馈电开关将电能供给船上各用电设备或分配电板。它包括动力负载屏和照明负载屏。

第47页/共161页（4）汇流排交流汇流排按从上到下(垂直排列)，从左到右，从前到后（水平布置）的顺序依次为A相、B相、C相（或U相、V相、W相）。汇流排的颜色依次为绿色、黄色、褐色或紫色，中线为浅蓝色（若有接地线则接地线为黄绿相间颜色）。

直流汇流排按从上到下(垂直排列)，从左到右，从前到后（水平布置）的顺序依次为正极、中线、负极。其正极颜色为红色，负极为蓝色，中线为绿色和黄色相间色。ABCN+-第48页/共161页2.分配电板

分配电板是向成组用电设备进行供电的开关和控制设备的组合装置。对额定电流不超过16A的电气设备进行供电的开关板，也称为分电箱，主要有动力分配电板和照明分配电板两种。区域分配电板由主配电板或应急配电板馈电，是对耗电大于16A的电器设备进行供电的开关板。

第49页/共161页3.应急配电板

应急配电板的功能是控制和监视应急发电机组的工作状况，并向应急用电设备供电。它与应急发电机组安装在同一舱室内，一般位于艇甲板上。应急配电板由应急发电机控制屏和应急配电屏组成，其上面安装的仪器仪表与主配电板类似，只是应急发电机不需要并联运行而无需逆功率继电器和同步表。应急发电机组均有自动起动装置，当主电网断电并延时确认后，应急发电机组一般在45s内可以自动起动成功并向应急电网供电，而主电源恢复供电后，应急发电机组便自动脱离并自动停车。第50页/共161页船舶主电网与应急电网间单线原理简图

主、应急配电屏关系：应急配电板的接线应该反映出主发电机、应急发电机和岸电开关之间的电气联锁。防止非同期合闸（在几个电源之间）。

应急电网平常由主配电屏供电，母线联络开关对应急电屏进行电气联锁；主发电机失压应急发电机自动起动，联络开关自动打开，并经应急配电屏（主开关自动合闸）向应急电网供电；主电源恢复应急发电机主开关自动打开，以免与主电网发生冲突。第51页/共161页4.充放电板

船舶小应急照明、操纵仪器和无线电设备的电源均采用蓄电池，船舶设置充放电板对蓄电池进行充电、放电，实现向用电设备正常供电。常用充放电板的原理接线如图所示，主要有以下两部分组成：（1）电源部分；（2）充放电回路。第52页/共161页（1）电源部分SA1为整流电源开关，SA2为整流后的总电源开关，电源回路中设置有熔断器、电压表和电流表。第53页/共161页

用整流器充电的充放电板原理图（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，当主应急电网都失电时，接触器KM1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。第54页/共161页5.蓄电池

船上使用的应急蓄电池有酸性（铅）蓄电池和碱性（铁镍、铬镍）蓄电池两种。船上一般采用酸性蓄电池为多，主要是因为其具有体积小，价格便宜，维护方便等优点。

第55页/共161页蓄电池主要有如下用途：⑴作为小应急电源（应急照明、航行灯）及内部通讯电源；⑵作为机舱巡回监视系统的备用控制电源；⑶作为应急柴油发电机的起动电源；⑷作为救生艇柴油机的起动电源；⑸作为无线电收发报机的电源。第56页/共161页图12-8酸性蓄电池结构图1-电极桩头；2-透气塞；3-连接条；4-容器1）酸性蓄电池的结构和工作原理酸性蓄电池主要由容器、极板、隔板三部分构成，其外形结构如图12-8所示。

第57页/共161页第58页/共161页酸性蓄电池是利用铅、二氧化铅和硫酸的化学反应来储存和释放电能的装置。它的工作原理可用如下化学方程表示：（正极）（电解液）（负极）（正极）（电解液）（负极）第59页/共161页通过化学方程式可以看出：蓄电池放电时会产生水，电解液比重降低；充电时生成硫酸，比重增加。根据这个原理，可以用比重计来测量电解液的比重，蓄电池的电动势与电解液比重（相对密度）有关，比重高，电动势也高，二者的关系可用经验公式表示如下：

E——蓄电池的电动势，

d——电解液的比重。

第60页/共161页2）碱性蓄电池

碱性蓄电池由容器、极板和活性物质构成碱性蓄电池可分为镉—镍(Cd-NJ)、铁-镍(Fe-Ni)、锌—银(Zn-Ag)、镉—银(Cd-Ag)等系列。船舶主要采用镉—镍、铁—镍蓄电池，下面以镉—镍碱性蓄电池为例作介绍。碱性蓄电池的电解液为20％的氢氧化钾(KOH)水溶液(或纯氢氧化钠溶液)，比重为1.2~1.27。蓄电池充电时将电能变为化学能储存起来，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为：第61页/共161页放电充电正极电解液负极正极电解液负极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1.2~1V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1.4~I.8V范围内。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，因而不能根据比重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。

第62页/共161页3）蓄电池的容量

蓄电池的储存电能的能力称为容量。容量一般用安培·小时来表示，它等于放电电流I与放电时间t的乘积，即，Q=I•t(Ah)。碱性蓄电池的容量一般是以8小时作为标准放电电流。酸性蓄电池通常以10小时的放电电流为标准放电电流。额定容量被定义为在电解液温度为25℃，以10小时放电电流连续放电至终止电压时所输出的容量。第63页/共161页例如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。第64页/共161页

4）船用蓄电池的充放电方式（1）充电的方法和种类

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——以恒电压进行充电；恒电流恒电压充电——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。

第65页/共161页恒压充电法——充电过程中充电电压始终保持不变,这种方法装置简单,方法容易。但是，刚开始充电时，充电电流大大超过正常充电电流，容易造成极板弯曲，活性物质脱落。此外，随着蓄电池电压的上升，充电电流逐渐减小，会使极板深处得不到很好的还原，电能贮藏不足，因此，船上一般不采用。第66页/共161页恒流充电法——充电过程中充电电流始终保持不变。由于充电过程中电池电压逐渐升高，为保持充电电流不致减少，充电电源的电压就必须不断提高。这种要求给操作带来很多麻烦，而且到充电后期，充电电流还是很大，会造成电解液中的水分解，形成很多气泡，不仅损失电能，也容易破坏极板。第67页/共161页分段恒流充电法第一阶段充电电流调整在1/10额定容量值上进行充电；按第一阶段充电电流充电10小时左右，单个电池上升至2.4V左右时(蓄电池可能会发出气泡)，应转入第二阶段充电；第二阶段充电电流调整在1/20额定容量值上进行充电；按第二阶段充电电流充电3－5小时，调整电解液的比重，使其达到1.285左右；再按第二阶段充电电流充电1小时，至此即完成整个充电。目前，多数船舶上都采用此法。第68页/共161页

4）船用蓄电池的充放电方式（1）充电的方法和种类

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，充电到单格电压上升到2.4V为止；第二阶段电流为额定容量的0.04，充电到单格电压上升到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6～7h；第二阶段用第一阶段充电电流的一半充电2～3h。第69页/共161页

4）船用蓄电池的充放电方式（1）充电的方法和种类

②充电种类：

均衡充电——多个小蓄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电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蓄电池的充放电方式有交互充放电方式、浮充方式、交互充放电与浮充相组合的方式。

第70页/共161页第71页/共161页第72页/共161页蓄电池在使用过程中往往因长期充电不足，过放电或外部短路等原因使极板硫化，从而使充电电压和电解液相对密度都不容易上升。为了使蓄电池良好运行，对下列情况必须进行过充电。①蓄电池放电到极限电压以下；②蓄电池放电后，停放1－2昼夜没有及时充电；③蓄电池极板抽出过；④以最大电流放电超过限度⑤电解液内混有杂质⑥个别电池极板硫化，充电时相对密度不易上升。第73页/共161页通常对长期担负工作的蓄电池，每月至少进行一次过充电，对负载较轻的蓄电池，也应每2－3个月进行一次过充电。酸性蓄电池过充电有两种方法：①充电终了，该用正常充电率的一半电流继续充电。在电压和电解液相对密度均为最大值时，每隔半小时观察一次电压和测量一次相对密度。连续四次，如无变化，而极板冒泡激烈，即停止充电。第74页/共161页②充电结束后，停止充电1小时，再改用正常充电率的一半电流充电，至冒泡后停止1h，再充，如此重复2－3次，直至电压及相对密度均无变化并冒泡激烈为止。对于碱性蓄电池，一般工作10－12次充放电循环或每月应进行一次过充电。充电方法是以正常充电电流充6h，再以正常充电电流的一半连续充电6小时。第75页/共161页（1）蓄电池维护的周期、内容与要求①每十天要检查一次电压、电解液的相对密度及高度

。②不常使用的蓄电池，每月至少要检查一次，并进行补充电

。③蓄电池表面，每三个月进行一次彻底清洁

。5）蓄电池的日常维护、保养

对于酸性蓄电池：

第76页/共161页①每十五天检查一次电压、电解液相对密度及高度

。②每两个月检查一次蓄电池螺丝塞和透气橡皮套管

。③每六个月要彻底清洁一次蓄电池的外表面。

对于碱性蓄电池：

第77页/共161页（2）蓄电池维护保养注意事项

①注意保持蓄电池表面及整体清洁。②保持极柱、夹头和铁质提手等处的清洁。③平时注意盖好注液孔的上盖，以防止船舶航时电解液溢出，或海水进入到蓄电池里，必须保持气孔畅通。④蓄电池放电终了，应及时按要求进行充电。第78页/共161页⑤蓄电池室内严禁烟火。⑥碱性蓄电池充电时，不要取下气塞，以防进入大量碳酸气，而使电解液失效。一般每年或使用过50～100次充放电循环，应更换一次电解液，要注意保持排气胶管畅通，定期打开气塞排气，防止气体聚集太多而造成蓄电池膨胀。第79页/共161页6.岸电箱

岸电箱通常设置在主甲板以上的位置,面板上应设有指示灯以指示外来电缆是否有电，箱内还应设置岸电相序的监视设备。第80页/共161页XC=R~~~XCRRNo第81页/共161页~~~XCRRNo相序指示器：接电容为A相，灯亮的为B相，灯暗灯亮的为C相.第82页/共161页(1)检查岸电电力系统参数（电制、电压和频率）是否与本船电网参数一致。若电制、频率相同，仅电压不同，可通过调压器将岸电电压变换成与本船电压相等后，再接至船上电网。交流船舶接岸电时，还应注意如下各项：(2)检查岸电相序与船上电网相序是否一致，如果相序不一致将会使船上电机反转。一般船上的岸电箱内均有相序指示灯或逆序继电器，当显示相序正确时才能接岸电。第83页/共161页(3)接通岸电后，不允许再起动船上主发电机或使应急发电机合闸向电网供电，因此主配电板均设有与岸电的互锁保护，使两者不可能同时合闸。(4)若岸电为三相四线制时，应将船体与岸上接地装置相连，然后接岸电。交流船舶接岸电时，还应注意如下各项：第84页/共161页船舶电力网泛指主配电板和应急配电板到用电负载之间的电缆连线，是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的总称。因船舶负载的种类和数量颇多，不可能每个负载都直接由主配电板或应急配电板供电，有许多成组用电设备是由区、分配电板供电。

§12.4

船舶电力网一次网络：从主配电板到直接供电负载或分配电板之间的电网。

二次网络：由分配电板到负载之间的电网。返回第85页/共161页(2)正常照明配电网络——该电网由照明变压器副边算起通过主配电板中的照明负载屏馈电给各照明分配电板，再由各分配电板供电给全船所有舱室及甲板的照明灯具。(3)应急电网——当主电源失电时，应急电源自动起动并通过应急电网供电给应急用户。一、船舶电力网的分类(1)动力配电网络——主要指供电给三相异步电动机负载的电网，也包括供电给380V三相电热负载的电缆。该网络输送的电能占全船全部电能的70%左右。第86页/共161页(5)弱电网络----是向全船无线电通讯设备、各种助航设备、信号报警系统等用户供电的低压直流电网或中频电网，因其对供电电压、频率等有特殊要求，因此需专门配置蓄电池及变流机组（逆变装置）。

(4)小应急电网——由24V蓄电池提供的直流电通过小应急电网馈电给小应急照明以及主机操纵台、主配电板前后、锅炉仪表、应急通道出入口处、艇甲板等处的照明以及助航设备等。蓄电池的容量应满足小应急用户使用30min。第87页/共161页二、船舶电网的配电方式（接线方式）

1.配电方式分类1）500V以下电网的配电方式

大多船舶电压等级在500V以下，采用两种结线方式:放射状和环状。第88页/共161页返回放射式连接方式：每一馈电电线均由主配电板直接引出，且各自独立，向一个分配电板或一个用电负载供电。优点：每一馈电线路都安装自动开关，便于集中管理。缺点：当设备多时，主配电盘需要集中大量电缆头和自动开关，电缆耗量多，主配电盘尺寸也相应增大，一旦馈电电路发生故障，则该电路的电气设备或分配电板将失电，可靠性较差。①放射式特点第89页/共161页环式连接方式：其主馈电线是一个环形闭合回路。优点：每一用电设备均可以从线路的两个方向获得供电，当一路主馈电线路出现故障时，另一路仍可保持供电；此外，减少了主馈电电缆的数量和长度及主配电板的尺寸。缺点：不便于在主配电板上对各馈电线路实行集中控制。目前，除少数对供电可靠性要求特别高的商船和大型客轮采用环状电网外，绝大多数船舶采用放射式结线方式。②环式特点第90页/共161页2）500V以上船舶电网的配电方式

树干式放射式桥式桥式综合a,b结构简单，可靠性不高，对重要负载在故障工况时，有失电的可能。c,d结构不是很复杂，供电可靠性提高了。第91页/共161页2.重要负载的馈电方式（1）由主配电板直接供电。如舵机、锚机、消防泵、消防自动喷淋系统、无线电电源板、电罗经、航行灯控制箱、苏伊士运河灯等。指直接与船舶航行、货物的保存、船舶与人身安全有关的电气设备。在配电方面通常采取如下措施：（2）两路独立馈电线供电。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。但发电机出现过载时，自动分级卸卸掉次要负载，从而使发电机恢复正常工作状态。（4）分段汇流排供电方式。第92页/共161页分段汇流供电方式船上许多重要负载常是两台，将两组分别由配电板上两段独立的汇流排供电（两段汇流排之间用自动开关连接），则可提高供电的可靠性。第93页/共161页3.主电网与应急电网的连接方式

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。第94页/共161页动力系统与照明系统采用变压器隔离,绝缘性能相对较好,安全可靠。1.三相三线绝缘系统三、船舶电网的线制

三相绝缘系统三相三线绝缘系统中性点接地的三相四线系统中性点接地的三相三线系统第95页/共161页2.中性点接地的三相四线系统照明和动力系统由同一电源供电，无需采用变压器。相互影响大,可靠性降低,安全性差。中性点接地的三相四线系统第96页/共161页3.中性点接地的三相三线系统利用船体作为中线形成回路，节省电缆，容易发生触电和短路故障。中性点接地三相系统第97页/共161页四、船舶电缆

船舶电缆在结构上和用途上都区别于电线。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。船用电缆构造第98页/共161页3)防护套：保护电缆不受油水、盐雾、化学腐蚀和机械损伤（或阻燃）。2)电气绝缘：芯线之间、芯线与外界之间的绝缘。1)导电芯线：传输电能（单股／多股，单芯／多芯，芯线截面积不同）。选择电缆的型号和截面须根据实际用途、额定电流、敷设场所的温度和环境条件、以及用电设备的工作制等决定。

第99页/共161页表12-2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稀85硅橡胶95第100页/共161页§12.5船舶电力系统的继电保护一、概述1.继电保护的任务船舶电力系统中各种继电保护装置，主要就是为了实现安全可靠地供电。

船舶电力系统的不正常运行情况主要有过载、欠压、过压、欠频、过频、逆功率以及三相三线制中性点绝缘系统发生单相接地等。船舶电力系统中最常见最严重的故障就是各种形式的短路。

第101页/共161页短路故障示意图§12.5船舶电力系统的继电保护第102页/共161页要限制不正常运行和短路的破坏作用，其中最有效的办法之一，就是在船舶电力系统的主要电气设备上，装设继电保护装置，以自动迅速地切除故障。继电保护的任务可归纳为：(1)当电气设备发生故障或足以造成故障的发生时，继电保护装置将自动地、迅速地并有选择性地切除发生故障的电气设备，以保护设备，并保证非故障部分正常安全运行。§12.5船舶电力系统的继电保护第103页/共161页(2)当电气设备发生不正常运行情况时，继电保护装置应自动发出报警信号，使值班人员及时进行处理，防止事故发生，或自动切除不正常运行的电气设备，防止事故的再扩大。(3)配合自动控制装置，自动消除或减少事故及不正常运行情况。继电保护的任务§12.5船舶电力系统的继电保护第104页/共161页船舶发电机的保护；船舶变压器的保护；船舶电网的保护；船舶电动机的保护等。船舶电力系统的继电保护主要包括：§12.5船舶电力系统的继电保护第105页/共161页2．对继电保护装置的基本要求（1）具有选择性§12.5船舶电力系统的继电保护（2）具有速动性（3）具有灵敏性（4）具有可靠性第106页/共161页2.对继电保护装置的基本要求（1）具有选择性继电保护的选择性是指当电力系统发生故障时，继电保护装置应仅把故障元件切除，使停电范围尽量缩小，从而保证电力系统中其他非故障部分仍然能够继续安全地运行。MMM保护性选择示意图§12.5船舶电力系统的继电保护第107页/共161页（2）具有速动性继电保护的速动性就是保护装置的动作时限应力求短。迅速切除故障可减轻被保护设备的损坏程度；防止故障蔓延，缩小破坏范围；减少对非故障部分的影响，保证其正常安全运行。

（3）具有灵敏性继电保护装置的灵敏性是指对于其保护范围内的故障或不正常工作状态的反应能力。灵敏性愈高，故障发觉和切除得就愈早，从而对系统的影响和设备的破坏就愈小。保护装置灵敏性，用灵敏度表示。

§12.5船舶电力系统的继电保护第108页/共161页（4）具有可靠性继电保护装置的可靠性是指装置本身要能可靠地工作，对它保护范围之内的故障，不应拒绝动作，在正常运行或不属于它保护的范围故障时，不应误动作。否则，它本身就可能成为产生和扩大事故的根源。

§12.5船舶电力系统的继电保护第109页/共161页二、继电保护的基本工作原理

继电保护构成原理图正如人工寻找故障时的道理一样，继电保护的基本工作原理，就是利用在发生各种故障或不正常运行情况时，必定要出现的、特有的现象，作为自动控制的信号，自动判断故障，而后进行必要的处理。§12.5船舶电力系统的继电保护第110页/共161页三、船舶同步发电机的保护及保护装置

根据我国《钢质海船建造与入级规范》规定，对500V以下同步发电机，针对其不正常运行情况和可能出现的故障，主要设置如下继电保护：过载保护及优先脱扣、外部短路保护、欠压保护和逆功率保护。§12.5船舶电力系统的继电保护第111页/共161页1．发电机的外部短路保护对于船舶发电机外部短路保护一般应设有短路短延时和短路瞬时动作保护。当短路电流达2～2.5倍的额定电流时，保护装置延时0.2～0.6s动作，使发电机主开关自动跳闸。当短路电流达5～10倍的额定电流时，保护装置应瞬时动作，使发电机主开关自动跳闸。因此，船舶发电机的外部短路保护装置中，一般设有两套电流保护装置，根据短路电流的大小，实行短延时或瞬时动作保护。船舶发电机的外部短路保护由万能式自动空气断路器中的过电流脱扣器承担。§12.5船舶电力系统的继电保护第112页/共161页

2．发电机的过载保护为了最大限度地保证供电的连续性，船用发电机广泛采用自动分级卸载保护装置。发电机一旦发生过载现象，自动保护装置将次要负载逐级卸去，同时发出报警信号，如到了允许的时限，仍不能消除过载现象，保护装置则应动作，发出发电机过载跳闸的指令。§12.5船舶电力系统的继电保护第113页/共161页 我国《钢质海船入级与建造规范》规定：对有分级自动卸载装置的发电机的过载保护，当过载达110％～120％额定值时，延时5～10秒使自动卸载装置动作，自动卸掉部分次要负载，当过载达150％额定值时，延时10~20秒，过载保护装置动作，使发电机自动跳闸。§12.5船舶电力系统的继电保护第114页/共161页

3．发电机的欠压保护4．逆功率保护船舶发电机的欠压保护是由万能式自动空气断路器中的失压脱扣器来实现的。同步发电机的逆功率保护由逆功率继电器承担。逆功率继电器有感应式、电子式等多种类型，我国船舶电站大多采用GG-21型感应式逆功率继电器。§12.5船舶电力系统的继电保护第115页/共161页GG-21型感应式逆功率继电器原理图继电器的铝质圆盘固定在一根转轴上，轴上的齿轮对与动触头相连，圆盘上方的铁心绕有电流线圈Wi，通过经电流互感器后的发电机输出电流；圆盘下方的铁心绕有电压线圈Wu，经电压互感器后连接在发电机的电压端。§12.5船舶电力系统的继电保护第116页/共161页原理图 逆功率动作值的大小，可通过改变电流线圈的匝数来实现。调整止档块的位置，可以改变动触头的行程，以整定延时的时限。时限一般可在2，3，5，7，9，12s内整定。逆功率继电器接线图§12.5船舶电力系统的继电保护第117页/共161页四、船舶电网的保护及保护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。§12.5船舶电力系统的继电保护第118页/共161页1．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。§12.5船舶电力系统的继电保护第119页/共161页船舶电网短路保护示意若按时间原则整定，则应有t1>t2>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，如按电流原则整定，则应有I1>I2>I3。§12.5船舶电力系统的继电保护第120页/共161页

2．电网的过载保护船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，电网中不设专门的过载保护装置。须指出的是，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。§12.5船舶电力系统的继电保护第121页/共161页3．单相接地及电网的绝缘监测⑴单相接地监视船舶电网是否单相接地可以采用绝缘指示灯（又称为地气灯）来监测。 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。§12.5船舶电力系统的继电保护第122页/共161页正常工作时，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(设图中的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，值班人员就能方便地判断哪一相发生接地故障。§12.5船舶电力系统的继电保护第123页/共161页（2）电网绝缘监测 配电板式兆欧表由测量机构（表头）和附加装置（整流电源）组成。当电网绝缘电阻下降时，漏电电流增大，表头指针偏转就大，如一相接地，表头指针偏转最大，绝缘电阻指示值为零。表头上可直接读出电网的绝缘电阻值，配电板兆欧表可以通过转换开关分别测量动力电网和照明电网的绝缘电阻值。船舶要求该值大于1MΩ。 配电板兆欧表安装在主配电板上，它能在线随时监测船舶电网的绝缘电阻。第124页/共161页第125页/共161页4．岸电的相序和断相保护相序及断相保护由负序继电器完成。第126页/共161页万能式自动空气断路器的框图五、万能式自动空气断路器国内外制造的船用发电机主开关的型式很多,结构不尽相同，但基本原理大同小异，一般都是由触头单片、灭弧装置、自动脱扣机构，操作机构和保护装置组成。第127页/共161页1．触头和灭弧系统自动空气断路器大多是采用灭弧栅进行灭弧触头由主触头、副触头和弧触头组成。主触头承担电路的正常工作电流。弧触头是为了避免断开电路时产生的电弧烧坏主触头而设置的。副触头是考虑到断开电路时，电流由主触头移到弧触头的瞬间，可能因压降太大产生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熄灭。第128页/共161页2.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。如图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联系机构。

（a）合闸位置（b）分闸位置（c）准备合闸位置第129页/共161页

3.操作机构自动空气断路器的传动装置有手柄式、连杆式、电磁式、电动式等几种。合闸前都必须使储能弹簧储能，自由脱扣机构“再扣”，利用储能弹簧释放的能量实现合闸。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型式。

第130页/共161页2)电磁或电动合闸a.DW-94型采用电动合闸DW-95、DW-98型采用电磁合闸AH型采用电磁铁直推式合闸第131页/共161页第132页/共161页发电机建立电压后，红色指示灯亮，失压脱扣线圈获电，操作电动机M通电转动，使弹簧储能第133页/共161页凸轮使储能开关常开触点闭合，常闭触点断开，此时黄色指示灯亮，表明储能弹簧已储能，自由脱扣机构己处于“再扣”位置。第134页/共161页合闸时，按—下合闸按钮SBl，电动机再次转动，使储能弹簧释放，主开关合闸第135页/共161页主开关合闸，绿色指示灯亮，表示合闸完毕，储能开关恢复原位，此时，主开关的辅助触点断开，电机停转。第136页/共161页DW-98电磁合闸控制线路发电机建立电压，经二极管D向电容C充电。DW-98电磁合闸控制线路第137页/共161页合闸时，按下按钮SB，电容C对继电器KA放电，使KA吸合，其常闭触点KA1,KA2断开切断电容C充电通路，触点KA3实现自锁。其常开触点KA4、KA5闭合，接通电磁线圈KM，在电磁吸力作用下，储能弹簧拉长储能，自由脱扣机构处于“再扣”位置。DW-98电磁合闸控制线路第138页/共161页由于电容两端电压很快下降，当下降到继电器KA的释放电压，KA释放，常开触点断开，储能弹簧释放，自由脱扣动作实现合闸。合闸后，主开关的辅助触点DW断开，此时再按合闸按钮SB，不会再有合闸动作。DW-98电磁合闸控制线路第139页/共161页发动机建立电压后，按下电磁控制开关。继电器KA1通电吸合，其常开触点KA1闭合，KA2通电吸合，其常开触点闭合，合闸线圈KM通电，快速将衔铁吸上，利用衔铁的质量和速度，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。AH型采用电磁铁直推式合闸第140页/共161页合闸后，自动开关的辅助触点DW闭合，继电器KA3通电吸合，其常闭触点切断继电器KA1电路，KA1断电，触点断开，KA2断电释放，触点断开，使合闸线圈KM断电，电磁吸力消失，合闸衔铁恢复原样，为下次合闸作准备。第141页/共161页（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米实现对主电路的短路、过载、失压、欠压等保护及遥控分励操作。

第142页/共161页过流脱扣一般有电磁和半导体式，它被用作发动机的短路和过载保护，一般具有反时限延时动作、定时限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常延时后接通电磁铁使过流脱扣器瞬时动作，开关自动跳闸。第143页/共161页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额定值时，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。为避免电网瞬时波动产生误动作，可采用延时，延时时间一般为1-3秒。第144页/共161页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。第145页/共161页第六节船舶轴带发电机系统一、轴带发电机的特点动力来源于船舶主机的发电机称为轴带发电机（ShaftGenerator简称SG），由轴带发电机向船上电网馈送电能的系统称为轴带发电系统。图12-30表示轴带发电机（SG）和船舶主机（ME）之间的关系。图12-30轴带发电机和船舶主机之间的关系图

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1.轴带发电机的优点

（1）能有效利用主机能源（2）利于能量综合利用。（3