第12章船舶电力系统概述ppt课件.ppt

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1、第12章 船舶电力系统概述,12.1 概述 12.2 配电装置 12.3 万能式自动空气断路器 12.4 船舶电网 12.5 电网的保护及保护装置 12.6 同步发电机的保护及保护装置 12.7 轴带发电机装置 12.8 船舶中压电力系统,内 容 简 介,本章主要介绍了船舶电力系统的组成、特点和基本功能，对配电装置中的重要设备和部件（包括配电板，应急配电板，蓄电池，充放电板，岸电箱和万能式自动空气断路器）作了详情的叙述，此外，对船舶轴带发电机主要类型及工作原理作了简单介绍。,12.1 概述,12.1.1 系统的组成及特点,1)船舶电力系统的组成,电源装置,配电装置,电力网,负载,将机械能、化学

2、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)电源装置,(2)配电装置,对电源和用电设备保护、监测、分配、转换、控制的装置。,按用途可分为主配电板、应急配电板、充发电板、区配电板、分配电板和岸电箱等几种。,按形状分可分为垂直立式、台式、桌式和控制台式四种。,按外壳结构可分为防护式、防滴式和防水式。,(3)船舶电力网,是全船电缆电线的总称，包括动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和弱电电网。,电加热器、电风扇、电视机。,1）各种电力拖动设备,舵机、锚机、起货机、油泵及水泵等。,2）船舶电气照明设备,照明灯具，信号灯等。,3）船舶通信导航设备,无线电收发报机、声光报警装置、电

3、车钟、舵角指示器、电罗经、雷达等。,4）其他设备,(3)负载:用电设备,（3）船舶是一个工作环境恶劣的场所。,（1）船舶电力系统是一个独立的电力系统。,（2）船舶电网的输电距离短，线路阻抗低，各处短路电流大。,2)船舶电力系统的特点,我国采用50Hz，日本、美国等采用60Hz的频率标准。,早期采用直流(调压容易，配电简单，调速平滑；但可靠性，经济性可维护性缺陷多)，由于电力电子技术发展，除少数特殊船舶，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,交流船舶电网多数为380V或为440V。某些(电推)船舶上采用的6KV、3.3KV的电力系统。,3)额定频率,12.1.1 系统的组成及

4、特点,1)电流种类(电制),12.1.2 发电机容量及台数确定的原则,1)船舶的运行工况,（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,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。,3)发电机组容量和数量的选择原则,（3）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(电力推进除外)。,（1）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,以保证连续可靠的供电。以实际用电量最大的运行工况

5、为基础来确定。,（2）裕量功率不能太大，以保证其经济性。,(4)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(最高负荷80%确定为宜)船舶电站必须有备用机组(满足各种工况)各机组的使用寿命应与主机寿命相当维修管理方便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。,12.1.4 应急发电机容量的确定,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(大应急)，也可以是蓄电池组(小应急)。作为应急电源使用的发电机称为应急发电机。应急发电机应具有独立的冷却和燃油供给单元，并设有满足规则要求

6、的起动装置。当船舶发生火灾或其他灾害引起主电源供电实效时它能自动起动和自动向应急电网供电，尽快承担额定负载，最长时间不得超过45秒。,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、其他需要应急发电机供电的用电设备 一般应急发电机需对舵机之类较大的电动机负载供电，在确定容量时，应考虑到最大电动机起动时瞬态电压降的影响。,12.2 配电装置,12.2.1 配电装

7、置分类,主配电板应急配电板蓄电池充放电板 分配电板岸电箱和交流配电板,12.2.2 主配电板的构成及功能,由发电机控制屏、并车屏、负载屏和连接母线四部分组成。,其下部分一般安装发电机的励磁控制装置；控制屏内装有逆功率继电器、仪用互感器。,1)发电机控制屏,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。,其上部分装有电流表及其转换开关、电压表及其转换开关、频率表、功率表、功率因数表；,其中间部分安装发电机的主开关、原动机的调速开关、按钮等；,负载屏上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。,2)并车屏,用作发电机组的并车

8、整步操作。其面板上装有同步表、同步指示灯、转换开关、操纵按钮及指示灯等。有些并车屏里面还设有汇流排分段隔离开关、粗同步电抗器等。,3.负载屏,用来分配电能并对各馈电线路进行控制、监视和保护，并将电能供给各用电设备或分电箱。包括动力负载屏和照明负载屏。,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(绿色)，B相(黄色)，C相(褐色或紫色)，中线为浅蓝色。,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)的顺序为正极(红色)，负极(蓝色)，中线(绿色和黄色间隔)。,12.2.3 分配电板,实际中,区配电板和分配电板统称为分配电板。,区

9、（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。区配电板主要是控制其他区域配电板、分配电板或向正常工作电流大于16A的电气设备供电。分配电板一般只向单一性质负载供电,主要用作对额定电流不超过16A的最后分支电路进行电能分配。,12.2.4 应急配电板,用来控制和监视应急发电机组的工作情况，并向船舶应急用电设备供电。,应急配电板用于应急发电机控制和监视，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

10、电网平时可由主配电板供电，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联锁，以保证主发电机并向电网供电(即主网不失电)时，应急发电机组不工作。,应急配电板的电源开关与主配电板接向应急配电板供电联络开关之间设有电气联锁。,12.2.5 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。,（4）当主电网、应急电网都失电的情况下，能自动接通蓄电池的放电回路直接向小应急用户供电。,（1）对船上安装的蓄电池组进行充电和放电；,（2）控制和监视充电电源

11、的工作情况；,（3）将蓄电池组的电能分配给船上的低压用电设备；,12.2.6 蓄电池,1)蓄电池在船舶上的应用,(1)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；,(2)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）；,(3)作为应急发电机组和救生艇上柴油机的起动电源，用作罗经的直流电源等。,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、

12、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,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,酸性蓄电池主要由容器、极板和隔板等几部分组,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）,酸性蓄电池的电解液为浓度在27-37的稀硫酸溶液，比重为128131。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能的，,充电时电解液稀硫酸的比重会增加；放电时由于生成水，比重降低。实际工程中采用比重计来测量电解液的比重，从而估计出蓄电池电动势的大小。酸性蓄电池的电动势，主要与电解液比重d有关

13、。比重高，电动势也高，E与d之间的关系可由经验公式来表示。,如在蓄电池充电完毕将外电路断开后，测得的比重为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,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1.21.27。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

14、应方程式为：,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1.21V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1.4I.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。,(2)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

15、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。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。,5)船用蓄电池的充放电方式,充电种类,初次充电、正常充电、均衡充电,初次充电使用铅酸电池时，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3小时内稳定。,正常充电对已经放过电的铅酸电池,为了使其恢复到

16、原来规定容量而进行的充电,充电分两个基本点阶段,第一阶段按标准充电电制的电流(额定容量的0.1)充电6-7小时,第二阶段用第一阶段电流的一半充电2-3小时.对已经放过电的碱性电池,第一阶段用1/4容量的电流充电6-7小时,第二阶段用第一阶段电流的一半充电2-3小时,然后再效正电解液,整个充电过程结束.,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、容量和不均衡现象，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1小时后，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1小时，反复上述充电过程，直到电压和相对密度保持稳定才完成。,充电的方法,恒压充

17、电法、恒流充电法、分段恒流充电法、浮充电法、过充法。,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。,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。,分段恒流充电法 第一

18、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35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。,浮充法 蓄电池直接和直流电源并联，电网向其他负载供电，同时也向蓄电池充电，当外负载减少时，电网电压略有升高，充电电流自动增加；反之则自动减少。由于这种充电方法充电电流是浮动的，故称浮充法。一旦电网因故失电，蓄电池可立即代替发动机向用户

19、供电。这种方法，一般用于直流发动机由主轴带动的小型船舶，如小型渔船等。,过充法 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。蓄电池放电到极限电压以下；蓄电池放电后，停放12昼夜没有及时充电；蓄电池极板抽出过；以最大电流放电超过限度电解液内混有杂质个别电池极板硫化，充电时相对密度不易上升。,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23个月进行一次过充电。酸性蓄电池过充电有两种方法：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

20、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。,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23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1012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。,蓄电池充、放电终了的判断 可根据电解液的相对密度(比重)及蓄电池的电压进行判断。根据电解液的相对密度判断，即当蓄电池充电到电解液的相对密度为1.2751.31时，正、负极板的活性物质已接近放出全部硫酸，即电

21、池已被“充足”；放电时，蓄电池放电到电解液相对密度为1.13-1.18时，正、负极板的活性物质已接近全部转化为硫酸铅，即蓄电池的电能已经“放完”；,根据蓄电池的电压的变化判断，即蓄电池的电压与电解液的相对密度有关，电解液的相对密度大，电压就高，反之则低。单元电池电压平均为2V。当蓄电池开始充电时，电压很快上升到2.1V，然后逐步缓慢上升，直到2.3V，再经过几小时后，升高到2.6V左右，并一直维持不变，而且正负极板附近剧烈冒出气泡，这时，蓄电池已经“充足”。放电时，蓄电池电压立即降低到2.0-1.95V，然后逐步缓慢下将，到1.9V，很快就降低到1.7-1.8V，这时蓄电池已经“放完”，不可继

22、续放电，否则会腐蚀铅板。,对于碱性蓄电池，充放电是否终了，主要根据电压判断。一般每个蓄电池电压上升到1.4-1.8V时，而且继续充电1h内不变，即认为充电终了。放电时，则每个蓄电池电压降低到规定的放电终止电压时，即认为放电终了。根据产品规格不同，放电终止电压一般在0.5-1.0V范围内。,蓄电池的日常维护、保养,（1）酸性蓄电池,每10天检查一次电压、电解液的相对密度及高度，并做好记录。如果低于规定值，要及时补充蒸馏水(电解液)后，进行充电,然后清洁表面。不经常使用的蓄电池，每月至少要检查一次，并进行补充电。蓄电池表面，每3个月进行一次彻底清洁。清洁时先用温水擦除接头处的氧化物，然后再涂上牛油

23、或凡士林，防止氧化。,（2）碱性蓄电池,a.每15天检查一次电压、电解液密度和高度，并做好记录。如果低于规定值，应及时补充蒸馏水(电解液)，进行充电，然后清洁表面。b.每2个月检查一次螺丝塞和透气橡皮套管。如果弹性失效应换新。每6个月要彻底清洁一次蓄电池。如果有锈蚀，应用煤油擦光，再涂上一层无酸凡士林。,蓄电池维护保养注意事项,注意保持蓄电池表面及整体清洁。不要有油渍污垢在上面，绝对不允许在上面放置金属工具、物品，以防造成短路，损坏蓄电池。保持极柱、夹头和铁质提手等处的清洁。如出现电腐蚀或氧化物等应及时擦试干净，以保证导电的可靠性。平时应将这些零件表面涂上凡士林，防止锈蚀。,平时注意盖好注液孔

24、的上盖，以防止船舶航行时电解液溢出，或海水进入到蓄电池，必须保持气孔畅通。蓄电池放电终了，应及时按要求进行充电。蓄电池室内严禁烟火。碱性蓄电池充电时，不要取下气塞，以防止进入大量碳酸气，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，要注意保持排气胶官畅通，定期打开气塞排气，防止气体聚集太多而造成蓄电池膨胀。,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。,12.2.7 岸电箱,相序指示器：接电容为A相，灯亮的为B相，灯暗的为C相.,XC=R,万能式自动空气断路器的框图,是一种带有保护装置的开关电器。由触

25、头系统、灭弧装置、自由脱扣机构、操作传动装置和保护元件组成。,12.3 万能式自动空气断路器,12.3.1 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,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。,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。,自由脱扣机构的作用是使触头保持闭合或迅速断开。,（a）合闸位置,（b）分闸位置,（

26、c）准备合闸位置,12.3.2 自由脱扣机构,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,12.3.3 操作机构,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。,c.AH 型采用电磁铁直推式合闸,2)电磁或电动合闸,a.DW-94 型采用电动合闸,b.DW-95、DW-98 型采用电磁合闸,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。,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

27、储能，自由脱扣机构己处于“再扣”位置。,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,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。,DW-98电磁合闸控制线路,发动机建立电压，经二极管D向电容C充电。,DW-98电磁合闸控制线路,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,由于电容两端电压很快下

28、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,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,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

29、，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。,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。,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。,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

30、。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。,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。,12.4 船舶电网,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的总称,二次网络：由分配电板到负载之间的电网,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,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。,12.4.1 船舶电网的分类,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。,

31、3)小应急电网,由蓄电池通过蓄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30分钟。,4)弱电电网,向全船无线电通信设备、各种助航设备、船内通信设备（如电话、广播等）以及信号报警系统供电的网络称为弱电电网。,12.4.2 船舶电网的结线方式,1)船舶电网的结线方式,(1)500V以下电网的结线方式,大多船舶电压等级在500V以下，采用两种结线方式:放射式和环式。,放射式,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。每一馈电线路都安装自动开关，便于集中管理。当设备

32、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。,放射式特点,环 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。,环式特点,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)500V以上电网的结线方式,树干式,放射式,桥式,桥式综合,a,b 结构简单，可靠

33、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。,（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。,（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。,（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)重要负载的馈电方式,（4）分段汇流排供电方式。,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

34、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。,2)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。,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)三相绝缘系统,12.4.3 船舶电网的线制,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。,3)中性点接地三线系统,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。,12.4.4 船舶电缆,按其用途

35、可分为电力电缆和射频电缆两大类。,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。,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。,船舶应急电源可采用应急发电机组和应急蓄电池组。,钢质海船建造及入级规范规定：,客船及1000总吨以上的货船在一般情况下均应设有应急电源。,(1)应急电源,船舶应急发电机组,小应急电源(蓄电池）的容量应能保证连续供电30分钟。,一

36、般位于防撞舱壁以后、舱壁甲板以上和机舱以外的艇甲板上。要求带动应急发电机的原动机应具有较好的独立性和机动性。,(2)应急发电机组,应急发电机必须设有自动起动装置，以保证在主电源不能供电的情况下能自动起动，并自动合闸向应急电网供电，而一旦主电网恢复供电，则应急发电机立即自动停止工作。应急柴油发电机组的起动方式一般采用起动电动机带动，起动电动机的电源由应急蓄电池组提供。,(3)应急发电机的自动起动控制装置,按时间原则和速度原则进行程序控制的。,当船舶主电网因故失电时，该自动控制装置经060秒（时间可调）延时后自动投入工作，对应急柴油发电机组实现自动起动。,ZK-135控制装置的功能,12.5 电网

37、的保护及保护装置,船舶电网的保护主要包括短路保护、过载保护、单相接地或绝缘下降以及接用岸电时的相序及断相保护等。,为避免船舶电网在出现短路故障时造成不必要的大范围停电，对短路保护装置最主要的是必须具有较好的选择性。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。,12.5.1 电网的短路保护,1)动作值的整定原则,（1）按照时间原则：以各级保护装置的动作时间整定值的不同来实现选择性，整定的原则是各级开关或保护装置的整定值朝发电机的方向逐级增大。,（2）按照电流原则：以各级电流的整定值的不同来实现选择性，动作电流的整定值也应保证自负载向发电机的方向逐渐递增。,2)保护装置,对于保护装

38、置通常可采用万能式自动空气开关、装置式自动空气开关和熔断器（保险丝）等来实现。,从发电机至万能式自动开关这段电路较短，故障的可能性不大，因此可不设短路保护。,由主配电板至用电设备部分电路可以与用电设备共用一套保护装置，装在出线端。,主配电板至分配电板（箱）可采用装置式自动空气开关或熔断器。,12.5.2 电网的过载保护,对船舶电网的过载保护一般不需要单独考虑装设保护装置。,自发电机至主配电板的那部分电网可与发电机共用一套保护装置。,自主配电板至负载的电路，可由用电设备的过载保护装置来实现保护。,主配电板与分配电板之间可由装置式自动空气开关做过载保护装置。,对于舵机供电线路，不论舵机本身还是线路

39、均不设过载保护装置。,12.5.3 单相接地及电网的绝缘监测,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。,1)单相接地,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。,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HL3熄灭，而HL1、HL2两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。,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

40、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1M。,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。,12.6 同步发电机的保护及保护装置,主要设置外部短路保护、过载保护、欠压保护以及逆功率保护等。,12.6.1 发电机的外部短路保护,船舶低压同步发电机的电压，大多在500V以下，且有定期的绝缘检查和日常维护，发电机内部短路的概率相当小，故一般不考虑装设专门的发电机内部保护装置。,外部短路是指发电机的输出电流大大

41、超过了其额定工作电流。保护原则应兼顾到选择性、快速性和可靠性,常采用时间原则和电流原则相结合的方法。,我国钢质海船入级与建造规范规定：对于船舶发电机的外部短路保护，一般应设有短路短延时和短路瞬间动作保护。短路短延时保护的起动电流整定为35倍的发电机额定电流，动作时限整定为0.20.6s，作用于发电机跳闸；短路瞬时保护的起动电流整定为510倍的发电机额定电流，瞬时动作于发电机跳闸。,外部短路保护由自动空气断路器中的过电流脱扣器或综合保护装置中的晶体管低压继电器来实现。,一般设有两套过电流保护装置,12.6.2 发电机的过载保护,同步发电机的过载，主要是指发电机的输出功率和电流超过了它的额定值。,

42、保护的原则是：首先保证发电机不受损坏；其次应避开短暂的过载,尽量不中断供电；过载保护应具有一定的时限。,自动分级卸载装置是一种过载保护。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。,与短路保护一样，船舶同步发电机的过载保护也是由万能式自动空气开关中的过电流脱扣器或综合保护装置中的过电流继电器来实现，只是其动作整定值不同。,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110120额定值时，延时510秒使自动卸载装置动作，自动卸掉部分次要负载，当过载达

43、150额定值时，延时1020秒，过载保护装置动作，使发电机自动跳闸。,12.6.3 发电机的欠压保护,在电网电压低时，保证发电机从电网上自动断开或合不上闸，以实现对发电机和电动机的保护。也具有一定的延时。,我国入级规范规定：对带时限的发电机欠压保护，当发电机端电压低于其额定电压值的70%80%时，延时1.53s动作；对不带时限的发电机欠压保护，当发电机端电压低于其额定电压的40%75%时，瞬时动作。,船舶同步发电机的欠压保护是由自动空气断路器中的失压扣器或综合保护装置中的晶体管低压继电器来实现。,12.6.4 逆功率保护,同步发电机不是发出有功功率，而是从电网吸收有功率时，称为同步发电机的逆功

44、率运行。,我国入级规范规定：并联运行的同步发电机应设有延时110s动作的逆功率保护。逆功率整定值按原动机类型不同而整定：原动机为柴油机时，发电机额定功率的8%15%；原动机为涡轮机时，发电机额定功率的2%6%。当供电电压下降至额定电压的50%时，逆功率保护不应失效，但其动作值可以有所改变。,实现逆功率保护元件是逆功率继电器。,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。,逆功率动作值的大小，可通过改变电流

45、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,12.7 轴带发电机装置（概述）,船舶轴带发电装置是由船舶主机驱动发电机供电的装置，它利用主机富裕功率来达到节能的目的。最近几年来新造的定期集装箱船、矿砂船、散装液货船大多数安装了轴带发电机系统。,其主要优点体现在以下四个方面：节省燃料和燃料费用。由于主机燃用劣质燃料油作为燃料，热效率高、经济性好。降低辅助柴油机组的运行时间和消耗，减少了相应的维修工作量和维修费用。减少滑油消耗。船舶在航行中不使用辅助柴油发动机组，也就减少其消耗的滑油。,有利于机舱的布

46、置。由于辅助柴油发动机组总的工作时间缩短，故可选用较高速的柴油发动机组。使用轴带发电机时，往往会减少一台辅机，机舱的空间节省了。改善机舱工作环境。降低机舱的噪音，同时也减少了机舱的热源。,轴带发电机系统也存在一些缺点：船舶在港作业时，不能用轴带发电机供电，仍需要辅助柴油发动机组供电。对于交流电制的船舶，若非恒定转速的主机，则必须采取特殊措施，保证电网的频率的恒定，故使整个系统变得较为复杂。一次投资(即造船成本)较大，虽然可以从营运成本降低的好处中得到补偿，但是这个补偿是和轴带发电机的功率有关(功率越大越好)，还与时间的利用率(即船舶在一年中航行的时间)有关。,12.7.1 船舶轴带发电机的主要

47、类型,轴带发电机装置的类型大致可分为以下几种：频率变动型轴带发电机装置，它包括变距桨普通式和定距桨普通式频率稳定型轴带发电机装置，它又分为；定速类，包括涡轮连轴节式，油压驱动式，油类多板离合器式无级调速齿轮箱式；晶闸管逆变器式；跨轴式；旋转变流机类，包括直流式和交流式；感应恒频式，分为旋转式，静止式，晶闸管逆变器式。复合轴带发电机装置，它包括：高经济轴带发电机装置，超经济轴带发电机装置，带发电机电动装置；多功能齿轮箱式轴带发电机组合装置；废气涡轮轴带发电组合装置。,1 轴带发电机；2 晶闸管整流器；3 电抗器；4 晶闸管逆变器；5 短路电抗器；6同步调相机；7 励磁变换器；8 控制装置；9 励

48、磁变压器；10 负载,12.7.2 船舶轴带发电机的主要类型,船舶轴带发电机由主机驱动，其转速随主机的转速而变化，因此根据主机的运行条件，对主机转速的变化需进行补偿，获得恒频、恒压的电力是问题的关键按照其有无补偿，则补偿方式可以分为：,1）无频率补偿型SG系统 这种轴带发电机系统是由主机和定距螺旋桨的推进系统驱动，主机转速未采取机械或电气的措施进行调节，由于轴带发电机的频率随主机转速而变化，这种轴带发电机系统只能在其频率不超出船舶规范允许范围时才可使用。,S/G-Shaft Generator,2）频率补偿型SG系统 这种系统中，采用机械或电气的控制手段使船舶电网的频率保持轴带发电机装置组成的

49、(CPP+SG)属于这种系统。,CPP-Controllable Pitch Propeller,3）变距桨和轴带发电机装置组成(CPP+SG)该系统中，主机和轴带发电机之间装有减速齿轮装置。船速取决于变距桨的螺距大小，主机转速及轴带发电机的频率大致恒定。在CPP+SG系统中，只在切换发电机时，才可以和其它发电机并联运行，因为长时间并联运行是非常困难的。,4）变距桨船舶轴带发电机装置的工作原理 由于变距桨船舶采用的主机都为定速定向型，在正常航行时主机的转速维持在一个速度上(额定转速)，而且主机的转向是一定的，不需要换向，航速是靠调节桨叶的角度实现的，所以这类船舶大都采用轴带发电机不需加恒频装置

50、。轴带发电机与主机轴之间是靠机械传动装置(减速齿轮箱)联在一个系统中，因此整个系统的组成比较简单，其工作原理与系泊(辅助)发电机的工作原理大致相同。,12.7.2 定距浆船舶的轴带发电机,1）定距螺旋桨，定速装置和轴带发电机装置组成(FPP+CS+SG)在这种系统中，推进轴和轴带发电机之间装有定速装置。当推进轴转速发生变化时，轴带发电机的转速保护恒定定速装置有多片离合器式，涡流联轴器式，液压转换器式和电控星形齿轮可是这种轴带发电机装置不能和其它发电机持续并联运行，而且当速度和额定转速差异较大时，装置容量将受到限制，效率降低，在100额定转速时，总体效率=0.93；当70额定转速时，总体效率=0