船舶電力系統的組成

1、第12章   船舶電力系統組成,教學要求：1.掌握船舶電力系統的組成及其特點、基本參數、發(fā)電機容量選擇原則；2.掌握配電裝置的類型、基本要求；3.掌握船舶電網的類型、接線方式、線制及其保護；4.掌握同步發(fā)電機的保護類型及其具體實現。,本章主要介紹了船舶電力系統的組成、特點和基本功能，對配電裝置的重要設備和部件（包括配電板，應急配電板，蓄電池，充放電板，岸電箱和萬能式自動空氣斷路器）作了詳情的敘述，此外，對船舶

2、軸帶發(fā)電機主要類型及工作原理作了簡單介紹。,§12.1 船舶電力系統 §12.2 船舶電站容量和發(fā)電機組臺數的選擇 §12.3 船舶配電裝置 §12.4 船舶電力網 §12.5 船舶電力系統的繼電保護 §12.6 同步發(fā)電機保護及其保護裝置§12.7 船舶軸帶發(fā)電機系統§12.8 船舶中壓電力系統,第12章  

3、; 船舶電力系統組成,一、船舶電力系統的組成,船舶電力系統是由船舶電源裝置、配電裝置、電力網和負載組成，并按照一定方式連接的整體，是船上電能產生、傳輸、分配和消耗等全部裝置和網絡的總稱。,§12.1 船舶電力系統,圖12-1 典型船舶電力系統簡圖,典型船舶電力系統簡圖,ACB—空氣斷路器 MCB—裝置式斷路器 G —主發(fā)電機 EG —應急發(fā)電機ABTS—匯流排轉換接觸器,將機械能、化學能等能源轉變?yōu)殡娔艿难b置。

4、船舶電源主要是指發(fā)電機和蓄電池。,1.船舶電源裝置,一、船舶電力系統的組成,2.船舶配電裝置,對電源即發(fā)電機發(fā)出的電能、電力網和電力負載進行保護、分配、轉換、控制和檢測的裝置。,根據供電范圍和對象的不同可分為：,,一、船舶電力系統的組成,3.船舶電力網,船舶電力網是全船電纜電線的總稱 ，其作用是將各種電源與負載按一定關系連接起來。根據其所接負載的性質，可分為動力電網、低壓電網、照明電網、應急電網和小應急電網等。,一、船舶電力系統的組成,

5、,4.負載：用電設備， 按系統可分為以下幾類：,一、船舶電力系統的組成,,,主要有各種類型的控制箱、接觸器、繼電器、各種控制器和主令電器等。,5. 控制電器,6. 電工測量用儀器、儀表,船舶上常用的電工測量儀表有萬用表、兆歐表、鉗形電流表、交（直）流電壓表、電流表、功率表、功率因數表、頻率表、交流并車屏上的整步表、平時用于檢修的直流穩(wěn)壓電源和自耦變壓器、示波器等。,一、船舶電力系統的組成,幾乎所有大中型船舶均采用交流電力系統。,2. 額

6、定電壓等級,世界各國對電壓等級的選用與本國陸上電制參數一致，使船舶電氣設備具有通用性。 我國《鋼質海船入級規(guī)范》規(guī)定：非電力推進船舶的限制電壓為500 V，動力負載、具有固定敷設電纜的電熱裝置等的額定電壓為380 V，照明、生活居室的電熱器限制電壓為250 V，額定電壓為220 V。,二、船舶電力系統的基本參數,1. 電流種類(電制),3. 額定頻率等級,我國采用50Hz，西歐各國、美國采用60Hz的頻率標準。,三、船舶電力

7、系統的特點（與陸電相比）,船舶電力系統是一個獨立的電力系統（總容量不超過各發(fā)電機容量的5～10倍的電網稱為獨立電網）。在獨立電網中，調節(jié)運行發(fā)電機的電壓或原動機的轉速，除了改變本身有功功率和無功功率的承擔外，還影響電網的頻率和電壓。,船舶電力系統通常只有一個電站工作，任何導致斷電的事故，都將危及船舶航行的安全。 船舶電站的容量相對負載來說是有限的，某些大電動機的容量與電站容量可相比擬，大電動機起動時的沖擊電流將引起電網電壓

8、的急劇下降，嚴重時會使某些設備退出工作。,1、船舶電站的容量較小。,2、電源與用電設備之間的距離很短，線路阻抗很小，因此短路電流很大。,3、船舶電力系統負載變化頻繁。,4、船舶電力系統工作環(huán)境惡劣。,三、船舶電力系統的特點（與陸電相比）,,1.船舶電站的容量較小,單臺發(fā)電機容量最大已達1200MW，電力系統總的裝機容量大約在1000MW ～ 100000MW。,陸上電力系統一般都由許多個不同類型的發(fā)電站聯網運行，其電源容量可以認為是無限

9、大電源系統。,通常電源多為單一電站，船舶電站大多由2 ～ 4臺同容量、同型號的發(fā)電機組組成。,船舶電站單機容量約為幾百～幾千KW，船舶電站總裝機容量為（2 ～ 4）倍的單機容量。,陸上電力系統,船舶電力系統,,三、船舶電力系統的特點（與陸電相比）,2.電源與用電設備之間的距離很短，線路阻抗很小，因此短路電流很大。,船舶電站配電裝置也簡單、可靠，只采用低壓電器開關及控制和保護裝置，除照明須配置容量不大的變壓器外，并無其他的變壓設備

10、，一般船舶電站直接對用電設備供電。,船舶用電設備雖然較多，但比較集中，在船舶有限的長度內，電源與用電設備之間的距離很短，因此線路阻抗很低，線路壓降小，電能損失較小，但短路電流大，特別是在匯流排處的短路故障。,三、船舶電力系統的特點（與陸電相比）,三、船舶電力系統的特點（與陸電相比）,3.船舶電力系統負載變化頻繁,（5）應急工況,貨輪和油輪的典型運行工況大致劃分如下：,（1）航行工況,（2）進出港工況,（3）裝卸貨工況,（4）停泊工況,由

11、于船舶工況變化較多，不同工況對應的船舶電力系統的用電量明顯不同。,4.船舶電力系統工作環(huán)境惡劣,船舶在海上航行，必然受到各種惡劣氣候條件的影響，給船舶電氣設備的正常、安全運行帶來很多困難，這些困難可能造成比陸地上更加嚴重的后果。,① 環(huán)境溫度變化大,② 相對濕度較大,③ 金屬部件易于腐蝕,④ 工作穩(wěn)定性差,⑤ 電磁污染嚴重,工作環(huán)境惡劣(三防:防潮濕、防霉菌、防鹽霧),三、船舶電力系統的特點（與陸電相比）,電氣設備的船用條件及基本要求,

12、（1）適應振動和沖擊的條件,（2）適應傾斜和搖擺的條件,,（3）適應環(huán)境溫度條件,電氣設備的船用條件及基本要求,（4） 耐受潮濕、鹽霧、油霧和霉菌的環(huán)境條件,（5）滿足防護要求,我國電氣設備的防護等級采用國際電工委員會（IEC）推薦的國際防護IP等級標準。,（6） 適應船舶電網電壓和頻率的波動,電氣設備的船用條件及基本要求,（7）滿足尺寸小，質量輕要求,§12.2 船舶電站容量和機組臺數的選擇,船舶電站容量和發(fā)電機組數量是從滿

13、足船舶用電的需求，并保證船舶安全性和經濟性而確定的。船舶電站容量既不等于全船所有用電設備的標稱功率總和，也不等于船舶某一運行工況下所有用電設備標稱電功率的總和。發(fā)電機組數量的選擇和單機容量的確定既與電站容量有關，也與各工況的用電量大小和相對運行周期長短有關。,一、確定電站容量和發(fā)電機臺數的基本原則,,（5）應急工況：發(fā)生進水、火災等海損引起主發(fā)電機失效而啟用應急發(fā)電機的工況,貨輪和油輪的典型運行工況大致劃分如下：,（1）航行工況：貨船

14、全速滿載航行時間占運行周期的41％，油船占64％,（2）進出港工況：占運行周期的1％,（3）裝卸貨工況：貨船約占18％，油船占7％,（4）停泊工況：貨船約占40％，油船占28%,1. 船舶的運行工況,2. 確定電站容量的基本原則,電站容量應能滿足船舶在各種運行況下的用電量，并有適當的裕量，確保連續(xù)可靠的供電。但從經濟性考慮，冗余功率又不能太大。,3. 發(fā)電機組容量和數量的選擇原則,發(fā)電機組的總容量決定于電站的總容量，發(fā)電機組的單機容量和

15、機組數量由以下幾個基本原則確定： 單機組容量：以最高負荷80%來定。 船舶電站必須有備用機組 各機組的使用壽命應與主機壽命相當 維修管理方便,二、 應急發(fā)電機容量的確定,規(guī)定客船和500總噸以上的貨船應設有獨立的應急電源。它可以是發(fā)電機，也可以是蓄電池組。 應急發(fā)電機應具有獨立的冷卻裝置和燃油供給單元，并有滿足規(guī)則要求的起動裝置，在主電源失效時能自動起動和自動連接于應急配電板，盡快承載額定負載，最長時間不得超過45s。,1

16、．目的和原則,§12.2 船舶電站容量和機組臺數的選擇,一般應急發(fā)電機需對舵機之類較大的電動機負載供電。,確定應急發(fā)電機的容量通常基于下述設備所需的電功率，即：航行燈、信號燈、應急照明設備、應急報警和信號裝置、火災探測和報警裝置及防火門的固定和釋放系統；在緊急狀態(tài)下所需要的船內通信設備、應急消防泵、自動噴水泵、應急艙底泵及其電動遙控設備、應急時使用的舵機、動力操作水密門及其指示器、報警器以及其他需要應急發(fā)電機供電的用電設備。

17、,2．容量確定,三、電站容量的計算,電站容量的計算方法有許多種，海上運輸船舶一般都采用三類負荷法。三類負荷法是一種在電力設備具有較充分的數據前提下進行全船電力負荷計算的方法。,1．負荷分類,負荷按使用情況分為以下三類：,（1）第Ⅰ類負荷：連續(xù)使用的負荷；（2）第Ⅱ類負荷：短時或重復短時使用的負荷；（3）第Ⅲ類負荷：偶爾短時使用的負荷以及按操作規(guī)程可以在電站尖峰負荷時間以外使用的負荷。,§12.2 船舶電站容量和機組臺

18、數的選擇,三類負荷的分法與船舶運行工況有關，如在航行工況中連續(xù)使用的負荷屬于第Ⅰ類負荷；使用若干小時，停止使用若干小時的負荷屬于第Ⅱ類負荷。在靠離碼頭工況中，雖然起錨機的工作時間較短，但在此工況中，它一直使用，因此也算做第Ⅰ類負荷。,萬噸級柴油機遠洋船舶的電氣設備負荷分類,2．電動機負荷系數的計算,（1）電動機利用系數Ｋ1,,,,,,,,P 1 ：電動機額定功率； P 2 ：電動機軸上拖動的機械設備的額定功率 。,通常電動機的額定

19、功率應略大于機械設備的額定功率。,（2）機械負荷系數K2,P3: 電機拖動的機械設備的實際使用功率,（3）電動機負荷系數K3,,（4）電動機以額定功率運行時從電網吸收的功率 P4,,,ηe: 電動機在額定功率時的效率,,,（5）電動機實際消耗的功率P5,,,η'為電動機相當于功率P2時的效率,,（6）無功功率Q5,,,為電動機的功率因數角。,3．系數的確定,（1）負荷系數的確定,一般機械的軸功率可由產品樣本查得，機械負荷系數可根

20、據輪機專業(yè)或舾裝專業(yè)提供的設備實際使用數據來確定。,（2）同時系數的確定,對第Ⅰ類負荷來說，考慮到各輔機和用電設備最大負荷的不同時性，同時系數選0.8～0.9。,對第Ⅱ類負荷來說，可按該負荷平均使用時間與工作周期之比來估算：,,4．負荷表的編制,（1）根據輪機、舾裝等專業(yè)提供的數據選擇電動機和電氣設備，并計算各電動機和電氣設備的額定所需功率；（2）根據船舶類型選擇所需計算工況，確定各工況下所需使用的電動機、電氣設備和使用情況，并進行分

21、類；（3）確定負荷系數，并計算各用電設備的實際使用功率；,（4）計算每一工況下各類負荷的總功率，按其同時系數計算總負荷。在交流電制中，還需要計算無功功率和平均功率因數；（5）考慮5%的網絡損耗，得出發(fā)電站的功率；（6）根據上述計算，選擇發(fā)電機組，并核算各工況下發(fā)電機的負荷百分率，一般來說發(fā)電機應有10～20%的儲備功率。,一、配電裝置的主要功能,（1）正常運行時，手動或自動接通或切斷電源至用電設備間的供電網絡，對電網供電或停止供電

22、。（2）測量和監(jiān)視電力系統的各種電氣參數（電壓、頻率、電流、功率、功率因數、絕緣電阻等）。（3）調整電力系統的各電氣參數值（例如電壓、頻率的調整）。（4）當電力系統發(fā)生故障或不能正常運行時，保護電路將自動地切斷故障電路或發(fā)出報警信號。（5）對電路狀態(tài)、開關狀態(tài)以及偏離正常的工作狀態(tài)進行信號顯示。,§12.3 船舶配電裝置,配電裝置是接收和分配電能，并對電網實現保護的設備。,返回,§12.3 船舶配電裝置,二、

23、配電裝置類型1.主配電板2.應急配電板3.充放電板4.區(qū)域分配電板5.岸電箱6.交流配電板等,1.主配電板,由發(fā)電機控制屏、并車屏、負載屏和連接母線四部分組成。,（1）發(fā)電機控制屏,作用：用來控制、調節(jié)、監(jiān)視和保護發(fā)電機組。 每臺發(fā)電機組均配有單獨的控制屏。,組成：上部為測量儀表[電流表（測線電流）、電壓表（測線電壓）、頻率表、功率表、功率因數表和儀用電壓及電流互感器]、轉換開關、原動機調速馬達

24、操作開關和指示燈等；中部為主開關（含逆功率繼電器）、指示燈等；下部為自勵恒壓裝置。,,（2）并車屏,并車屏用于交流發(fā)電機組的并聯運行、解列等操作。主要由頻率表（電網和待并機）、同步表與同步指示燈及其轉換開關、調速開關、合（分）閘按鈕、投切順序選擇和轉換開關等組成。有的還設有匯流排分段隔離開關、粗同步并車電抗器、自動并車裝置等。,負載屏裝有裝置式空氣開關、電壓表、電流表、轉換開關、絕緣指示燈、兆歐表以及與岸電箱相連的岸電開關等。,（3

25、）負載屏,負載屏的主要功能是對各饋電線路進行控制、監(jiān)視和保護，通過裝在負載屏上的饋電開關將電能供給船上各用電設備或分配電板。它包括動力負載屏和照明負載屏。,（4）匯流排,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（或U相、V相、W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

26、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。,,,,A,B,C,,,,N,,,+,-,2. 分配電板,分配電板是向成組用電設備進行供電的開關和控制設備的組合裝置。對額定電流不超過16A的電氣設備進行供電的開關板，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急配電板饋電，是對耗電大于16A的電器設備進行供電的開關板。,3. 應急配電板,應急配電板的功能是控制和

27、監(jiān)視應急發(fā)電機組的工作狀況，并向應急用電設備供電。它與應急發(fā)電機組安裝在同一艙室內，一般位于艇甲板上。 應急配電板由應急發(fā)電機控制屏和應急配電屏組成，其上面安裝的儀器儀表與主配電板類似，只是應急發(fā)電機不需要并聯運行而無需逆功率繼電器和同步表。,應急發(fā)電機組均有自動起動裝置，當主電網斷電并延時確認后，應急發(fā)電機組一般在45s內可以自動起動成功并向應急電網供電，而主電源恢復供電后，應急發(fā)電機組便自動脫離并自動停車。,船舶主電網與應

28、急電網間單線原理簡圖,主、應急配電屏關系：應急配電板的接線應該反映出主發(fā)電機、應急發(fā)電機和岸電開關之間的電氣聯鎖。防止非同期合閘（在幾個電源之間）。 應急電網平常由主配電屏供電，母線聯絡開關對應急電屏進行電氣聯鎖；主發(fā)電機失壓應急發(fā)電機自動起動，聯絡開關自動打開，并經應急配電屏（主開關自動合閘）向應急電網供電；主電源恢復應急發(fā)電機主開關自動打開，以免與主電網發(fā)生沖突。,4. 充放電板,船舶小應急照明、操縱儀器和無線電設備的電源均采用

29、蓄電池，船舶設置充放電板對蓄電池進行充電、放電，實現向用電設備正常供電。 常用充放電板的原理接線如圖所示，主要有以下兩部分組成：（1）電源部分；（2）充放電回路。,（1）電源部分,SA1為整流電源開關，SA2為整流后的總電源開關，電源回路中設置有熔斷器、電壓表和電流表。,,,用整流器充電的充放電板原理圖,（2）充放電回路,在每一個充電回路應設有防止逆流的逆電流繼電器或二極管，當主應急電網都失電時，接觸器KM1線圈失電，常閉觸

30、頭閉合，直接向小應急用電設備供電，其余用電設備分別利用開關送電。,,5. 蓄電池,船上使用的應急蓄電池有酸性（鉛）蓄電池和堿性（鐵鎳、鉻鎳）蓄電池兩種。船上一般采用酸性蓄電池為多，主要是因為其具有體積小，價格便宜，維護方便等優(yōu)點。,蓄電池主要有如下用途：,⑴ 作為小應急電源（應急照明、航行燈）及內部通訊電源；⑵ 作為機艙巡回監(jiān)視系統的備用控制電源；⑶ 作為應急柴油發(fā)電機的起動電源；⑷ 作為救生艇柴油機的起動電源；⑸ 作為無線電收

31、發(fā)報機的電源。,圖12-8 酸性蓄電池結構圖,1-電極樁頭；2-透氣塞；3-連接條；4-容器,1）酸性蓄電池的結構和工作原理,酸性蓄電池主要由容器、極板、隔板三部分構成，其外形結構如圖12-8所示。,,,酸性蓄電池是利用鉛、二氧化鉛和硫酸的化學反應來儲存和釋放電能的裝置。它的工作原理可用如下化學方程表示：,（正極） （電解液） （負極） （正極） （電解液）（負極）,,通過化學方程式可以看出：蓄電池

32、放電時會產生水，電解液比重降低；充電時生成硫酸，比重增加。根據這個原理，可以用比重計來測量電解液的比重，蓄電池的電動勢與電解液比重（相對密度）有關，比重高，電動勢也高，二者的關系可用經驗公式表示如下：,E——蓄電池的電動勢， d——電解液的比重。,2）堿性蓄電池,堿性蓄電池由容器、極板和活性物質構成,堿性蓄電池可分為鎘—鎳(Cd-NJ)、鐵-鎳(Fe-Ni)、鋅—銀(Zn-Ag)、鎘—銀(Cd-Ag)等系列。船舶主要采用鎘—鎳、鐵—鎳蓄

33、電池，下面以鎘—鎳堿性蓄電池為例作介紹。,堿性蓄電池的電解液為20％的氫氧化鉀(KOH)水溶液(或純氫氧化鈉溶液)，比重為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用電設備，兩電極所發(fā)生的化學反應是可逆的。在充放電過程中總的化學反應方程式為：,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1.2~1V范圍內，電流增大時可達到0.7V，低于0.7V就不應再放電。充電時，電壓變化在1.

34、4~I.8V范圍內。,電解液在充放電過程中只作電流的傳導體，不參與化學反應，其濃度不變，因而不能根據比重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。,3）蓄電池的容量,蓄電池的儲存電能的能力稱為容量。容量一般用安培·小時來表示，它等于放電電流I與放電時間t的乘積，即，Q=I ? t(Ah) 。,堿性蓄電池的容量一般是以8小時作為標準放電電流。,酸性蓄電池通常以10小時的放電電流為標準放電電流。額定

35、容量被定義為在電解液溫度為25℃，以10小時放電電流連續(xù)放電至終止電壓時所輸出的容量。,例如 200Ah容量的酸性蓄電池是指能以20A的電流放電10h。 蓄電池的容量與放電電流的大小及電解液的溫度有關，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。,4）船用蓄電池的充放電方式 （1）充電的方法和種類 ①充電方法：恒電流充電——以恒電流充電至放電結束；恒電壓充電——以恒電壓

36、進行充電；恒電流恒電壓充電——充電初期通以適當的恒定大電流，達到某一電壓時，保持恒定電壓進行連續(xù)充電； 連續(xù)補充充電——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——按2段～3段變化恒電壓或恒電流充電電流進行充電。,,恒壓充電法——充電過程中充電電壓始終保持不變,這種方法裝置簡單,方法容易。但是，剛開始充電時，充電電流大大超過正常充電電流，容易造成極板彎曲，活性物質脫落。此外，隨著蓄電池電壓的上升，充電電流逐漸減小，會使

37、極板深處得不到很好的還原，電能貯藏不足，因此，船上一般不采用。,恒流充電法——充電過程中充電電流始終保持不變。由于充電過程中電池電壓逐漸升高，為保持充電電流不致減少，充電電源的電壓就必須不斷提高。這種要求給操作帶來很多麻煩，而且到充電后期，充電電流還是很大，會造成電解液中的水分解，形成很多氣泡，不僅損失電能，也容易破壞極板。,分段恒流充電法 第一階段充電電流調整在1/10額定容量值上進行充電；按第一階段充電電流充電10小

38、時左右，單個電池上升至2.4V左右時(蓄電池可能會發(fā)出氣泡)，應轉入第二階段充電； 第二階段充電電流調整在1/20額定容量值上進行充電；按第二階段充電電流充電3－5小時，調整電解液的比重，使其達到1.285左右； 再按第二階段充電電流充電1小時，至此即完成整個充電。目前，多數船舶上都采用此法。,4）船用蓄電池的充放電方式（1）充電的方法和種類 ②充電種類： 初次充電——使用鉛

39、酸蓄電池時，初次向電池內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，充電到單格電壓上升到2.4V為止；第二階段電流為額定容量的0.04，充電到單格電壓上升到2.5V，且相對密度和電壓在3h內穩(wěn)定。 正常充電——對已經放過電的蓄電池，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。,,4

40、）船用蓄電池的充放電方式（1）充電的方法和種類 ②充電種類： 均衡充電——多個小蓄電池組合使用的蓄電池在長時間使用后，各小電池往往產生相對密度、容量不均衡現象，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電到有劇烈氣泡產生為止；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蓄電池的充放電方式 有交互充放電方式、浮充方式、交互充放

41、電與浮充相組合的方式。,,,,,,蓄電池在使用過程中往往因長期充電不足，過放電或外部短路等原因使極板硫化，從而使充電電壓和電解液相對密度都不容易上升。為了使蓄電池良好運行，對下列情況必須進行過充電。①蓄電池放電到極限電壓以下；②蓄電池放電后，停放1－2晝夜沒有及時充電；③蓄電池極板抽出過；④以最大電流放電超過限度⑤電解液內混有雜質⑥個別電池極板硫化，充電時相對密度不易上升。,通常對長期擔負工作的蓄電池，每月至少進行一次過充電

42、，對負載較輕的蓄電池，也應每2－3個月進行一次過充電。酸性蓄電池過充電有兩種方法：①充電終了，該用正常充電率的一半電流繼續(xù)充電。在電壓和電解液相對密度均為最大值時，每隔半小時觀察一次電壓和測量一次相對密度。連續(xù)四次，如無變化，而極板冒泡激烈，即停止充電。,②充電結束后，停止充電1小時，再改用正常充電率的一半電流充電，至冒泡后停止1h，再充，如此重復2－3次，直至電壓及相對密度均無變化并冒泡激烈為止。對于堿性蓄電池，一般工作10－1

43、2次充放電循環(huán)或每月應進行一次過充電。充電方法是以正常充電電流充6h，再以正常充電電流的一半連續(xù)充電6小時。,（1）蓄電池維護的周期、內容與要求,①每十天要檢查一次電壓、電解液的相對密度及高度 。②不常使用的蓄電池，每月至少要檢查一次，并進行補充電 。③蓄電池表面，每三個月進行一次徹底清潔 。,5 ）蓄電池的日常維護、保養(yǎng),對于酸性蓄電池：,①每十五天檢查一次電壓、電解液相對密度及高度 。 ②每兩個月檢查一次蓄電池螺絲塞和透氣橡皮

44、套管 。③每六個月要徹底清潔一次蓄電池的外表面。,對于堿性蓄電池：,（2）蓄電池維護保養(yǎng)注意事項,①注意保持蓄電池表面及整體清潔 。 ②保持極柱、夾頭和鐵質提手等處的清潔 。③平時注意蓋好注液孔的上蓋，以防止船舶航時電解液溢出，或海水 進入到蓄電池里，必須保持氣孔暢通。 ④蓄電池放電終了，應及時按要求進行充電。,⑤蓄電池室內嚴禁煙火。 ⑥堿性蓄電池充電時，不要取下氣塞，以防進入大量碳酸氣，而使電解液失效。一般每年或使用過50～

45、100次充放電循環(huán)，應更換一次電解液，要注意保持排氣膠管暢通，定期打開氣塞排氣，防止氣體聚集太多而造成蓄電池膨脹。,6. 岸電箱,岸電箱通常設置在主甲板以上的位置,面板上應設有指示燈以指示外來電纜是否有電，箱內還應設置岸電相序的監(jiān)視設備。,XC=R,相序指示器：接電容為A相，燈亮的為B相，燈暗燈亮的為C相.,(1) 檢查岸電電力系統參數（電制、電壓和頻率）是否與本船電網參數一致。若電制、頻率相同，僅電壓不同，可通過調壓器將岸電電壓變換成

46、與本船電壓相等后，再接至船上電網。,交流船舶接岸電時，還應注意如下各項：,(2) 檢查岸電相序與船上電網相序是否一致，如果相序不一致將會使船上電機反轉。一般船上的岸電箱內均有相序指示燈或逆序繼電器，當顯示相序正確時才能接岸電。,(3) 接通岸電后，不允許再起動船上主發(fā)電機或使應急發(fā)電機合閘向電網供電，因此主配電板均設有與岸電的互鎖保護，使兩者不可能同時合閘。(4)若岸電為三相四線制時，應將船體與岸上接地裝置相連，然后接岸電。,交流船舶

47、接岸電時，還應注意如下各項：,船舶電力網泛指主配電板和應急配電板到用電負載之間的電纜連線，是介于船舶電源和用電設備之間的傳輸、分配電能的傳輸線路的總稱。因船舶負載的種類和數量頗多，不可能每個負載都直接由主配電板或應急配電板供電，有許多成組用電設備是由區(qū)、分配電板供電。,§12.4 船舶電力網,一次網絡：從主配電板到直接供電負載或分配電板之間的電網。,二次網絡：由分配電板到負載之間的電網。,返回,(2) 正常照明配電網絡——該

48、電網由照明變壓器副邊算起通過主配電板中的照明負載屏饋電給各照明分配電板，再由各分配電板供電給全船所有艙室及甲板的照明燈具。,(3) 應急電網——當主電源失電時，應急電源自動起動并通過應急電網供電給應急用戶。,一、船舶電力網的分類,(1) 動力配電網絡——主要指供電給三相異步電動機負載的電網，也包括供電給380 V三相電熱負載的電纜。該網絡輸送的電能占全船全部電能的70%左右。,(5) 弱電網絡----是向全船無線電通訊設備、各種助

49、航設備、信號報警系統等用戶供電的低壓直流電網或中頻電網，因其對供電電壓、頻率等有特殊要求，因此需專門配置蓄電池及變流機組（逆變裝置）。,(4) 小應急電網——由24 V蓄電池提供的直流電通過小應急電網饋電給小應急照明以及主機操縱臺、主配電板前后、鍋爐儀表、應急通道出入口處、艇甲板等處的照明以及助航設備等。蓄電池的容量應滿足小應急用戶使用30min。,二、船舶電網的配電方式（接線方式）,1.配電方式分類,1）500V以下電網的配電方式,大

50、多船舶電壓等級在500V以下，采用兩種結線方式:放射狀和環(huán)狀。,返回,放射式,連接方式：每一饋電電線均由主配電板直接引出，且各自獨立，向一個分配電板或一個用電負載供電。優(yōu)點：每一饋電線路都安裝自動開關，便于集中管理。缺點：當設備多時，主配電盤需要集中大量電纜頭和自動開關，電纜耗量多，主配電盤尺寸也相應增大，一旦饋電電路發(fā)生故障，則該電路的電氣設備或分配電板將失電，可靠性較差。,①放射式特點,環(huán) 式,連接方式：其主饋電線是一個環(huán)形

51、閉合回路。優(yōu)點：每一用電設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故障時，另一路仍可保持供電；此外，減少了主饋電電纜的數量和長度及主配電板的尺寸。缺點：不便于在主配電板上對各饋電線路實行集中控制。,目前，除少數對供電可靠性要求特別高的商船和大型客輪采用環(huán)狀電網外，絕大多數船舶采用放射式結線方式。,②環(huán)式特點,2）500V以上船舶電網的配電方式,樹干式,放射式,橋式,橋式綜合,a,b 結構簡單，可靠性不高，對重要負載在故

52、障工況時，有失電的可能。,c,d 結構不是很復雜，供電可靠性提高了。,2.重要負載的饋電方式,（1）由主配電板直接供電。如舵機、錨機、消防泵、消防自動噴淋系統、無線電電源板、電羅經、航行燈控制箱、蘇伊士運河燈等。,指直接與船舶航行、貨物的保存、船舶與人身安全有關的電氣設備。在配電方面通常采取如下措施：,（2）兩路獨立饋電線供電。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。但發(fā)電機出現過載時，自動分級卸卸掉次要負載

53、，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。,分段匯流供電方式,船上許多重要負載常是兩臺，將兩組分別由配電板上兩段獨立的匯流排供電（兩段匯流排之間用自動開關連接），則可提高供電的可靠性。,3.主電網與應急電網的連接方式,在正常條件下聯絡開關閉合，重要負載經應急配電板由主電源供電，當主電源出現故障、主匯流排失電時，聯絡開關自動斷開，應急電源則自動投入應急電網向這些重要設備供電。,動力系統與照明系統采用變壓器隔離,絕緣性能相

54、對較好,安全可靠。,1.三相三線絕緣系統,三、船舶電網的線制,三相絕緣系統,,2.中性點接地的三相四線系統,照明和動力系統由同一電源供電，無需采用變壓器。相互影響大,可靠性降低,安全性差。,中性點接地的三相四線系統,3. 中性點接地的三相三線系統,利用船體作為中線形成回路，節(jié)省電纜，容易發(fā)生觸電和短路故障。,中性點接地三相系統,四、船舶電纜,船舶電纜在結構上和用途上都區(qū)別于電線。,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。,

55、船用電纜構造,3) 防護套：保護電纜不受油水、鹽霧、化學腐蝕和機械損傷（或阻燃）。,2) 電氣絕緣：芯線之間、芯線與外界之間的絕緣。,1) 導電芯線：傳輸電能（單股／多股，單芯／多芯，芯線截面積不同）。,選擇電纜的型號和截面須根據實際用途、額定電流、敷設場所的溫度和環(huán)境條件、以及用電設備的工作制等決定。,表12-2 絕緣材料最高允許工作溫度,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,一、概述,1. 繼電保護的任務,船舶電力系

56、統中各種繼電保護裝置，主要就是為了實現安全可靠地供電。,船舶電力系統的不正常運行情況主要有過載、欠壓、過壓、欠頻、過頻、逆功率以及三相三線制中性點絕緣系統發(fā)生單相接地等。船舶電力系統中最常見最嚴重的故障就是各種形式的短路。,短路故障示意圖,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,要限制不正常運行和短路的破壞作用，其中最有效的辦法之一，就是在船舶電力系統的主要電氣設備上，裝設繼電保護裝置，以自動迅速地切除故障。繼電保護的任務可歸納

57、為：,(1) 當電氣設備發(fā)生故障或足以造成故障的發(fā)生時，繼電保護裝置將自動地、迅速地并有選擇性地切除發(fā)生故障的電氣設備，以保護設備，并保證非故障部分正常安全運行。,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,(2)當電氣設備發(fā)生不正常運行情況時，繼電保護裝置應自動發(fā)出報警信號，使值班人員及時進行處理，防止事故發(fā)生，或自動切除不正常運行的電氣設備，防止事故的再擴大。,(3) 配合自動控制裝置，自動消除或減少事故及不正常運行情況。,繼電

58、保護的任務,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,船舶電力系統的繼電保護主要包括：,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,2．對繼電保護裝置的基本要求,（1）具有選擇性,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,（2）具有速動性,（3）具有靈敏性,（4）具有可靠性,2.對繼電保護裝置的基本要求,（1）具有選擇性,繼電保護的選擇性是指當電力系統發(fā)生故障時，繼電保護裝置應僅把故障元件切除，使停電范圍盡量縮小，從而保

59、證電力系統中其他非故障部分仍然能夠繼續(xù)安全地運行。,保護性選擇示意圖,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,（2）具有速動性,繼電保護的速動性就是保護裝置的動作時限應力求短。迅速切除故障可減輕被保護設備的損壞程度；防止故障蔓延，縮小破壞范圍；減少對非故障部分的影響，保證其正常安全運行。,（3）具有靈敏性,繼電保護裝置的靈敏性是指對于其保護范圍內的故障或不正常工作狀態(tài)的反應能力。靈敏性愈高，故障發(fā)覺和切除得就愈早，從而對系統的影

60、響和設備的破壞就愈小。保護裝置靈敏性，用靈敏度表示。,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,（4）具有可靠性,繼電保護裝置的可靠性是指裝置本身要能可靠地工作，對它保護范圍之內的故障，不應拒絕動作，在正常運行或不屬于它保護的范圍故障時，不應誤動作。否則，它本身就可能成為產生和擴大事故的根源。,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,二、繼電保護的基本工作原理,繼電保護構成原理 圖,正如人工尋找故障時的道理一樣，繼電保護的

61、基本工作原理，就是利用在發(fā)生各種故障或不正常運行情況時，必定要出現的、特有的現象，作為自動控制的信號，自動判斷故障，而后進行必要的處理。,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,三、 船舶同步發(fā)電機的保護及保護裝置,根據我國《鋼質海船建造與入級規(guī)范》規(guī)定，對500V以下同步發(fā)電機，針對其不正常運行情況和可能出現的故障，主要設置如下繼電保護：過載保護及優(yōu)先脫扣、外部短路保護、欠壓保護和逆功率保護。,§12.5 船舶電力

62、系統的繼電保護,1．發(fā)電機的外部短路保護,對于船舶發(fā)電機外部短路保護一般應設有短路短延時和短路瞬時動作保護。當短路電流達2～2.5倍的額定電流時，保護裝置延時0.2～0.6s動作，使發(fā)電機主開關自動跳閘。當短路電流達5～10倍的額定電流時，保護裝置應瞬時動作，使發(fā)電機主開關自動跳閘。因此，船舶發(fā)電機的外部短路保護裝置中，一般設有兩套電流保護裝置，根據短路電流的大小，實行短延時或瞬時動作保護。船舶發(fā)電機的外部短路保護由萬能式自動空氣斷路

63、器中的過電流脫扣器承擔。,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,2．發(fā)電機的過載保護,為了最大限度地保證供電的連續(xù)性，船用發(fā)電機廣泛采用自動分級卸載保護裝置。發(fā)電機一旦發(fā)生過載現象，自動保護裝置將次要負載逐級卸去，同時發(fā)出報警信號，如到了允許的時限，仍不能消除過載現象，保護裝置則應動作，發(fā)出發(fā)電機過載跳閘的指令。,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,我國《鋼質海船入級與建造規(guī)范》規(guī)定：對有分級自動卸載裝置的發(fā)電機的

64、過載保護，當過載達110％～120％額定值時，延時5～10秒使自動卸載裝置動作，自動卸掉部分次要負載，當過載達150％額定值時，延時10~20秒，過載保護裝置動作，使發(fā)電機自動跳閘。,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,3．發(fā)電機的欠壓保護,4．逆功率保護,船舶發(fā)電機的欠壓保護是由萬能式自動空氣斷路器中的失壓脫扣器來實現的。,同步發(fā)電機的逆功率保護由逆功率繼電器承擔。逆功率繼電器有感應式、電子式等多種類型，我國船舶電站大多采

65、用GG-21型感應式逆功率繼電器。,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,GG-21型感應式逆功率繼電器,原理圖,繼電器的鋁質圓盤固定在一根轉軸上，軸上的齒輪對與動觸頭相連，圓盤上方的鐵心繞有電流線圈Wi，通過經電流互感器后的發(fā)電機輸出電流；圓盤下方的鐵心繞有電壓線圈Wu，經電壓互感器后連接在發(fā)電機的電壓端。,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,原理圖,逆功率動作值的大小，可通過改變電流線圈的匝數來實現。調整止檔塊

66、的位置，可以改變動觸頭的行程，以整定延時的時限。時限一般可在2，3，5，7，9，12s內整定。,逆功率繼電器接線圖,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,四、船舶電網的保護及保護裝置,船舶電氣系統的保護包括船舶發(fā)電機外部短路保護，過載、欠壓、逆功率保護；船舶電網的過載、短路保護，電網的絕緣監(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。船舶在電力系統發(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，

67、既能適時切除故障以防止故障蔓延，又要盡量縮小停電區(qū)域，使非故障部分能繼續(xù)正常運行，減輕損害程度。,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,1．電網的短路保護,船舶電網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。,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,船舶電網短路保護示意,若按時間原則整定，則應有t1>t2>t3，即各級

68、保護裝置動作時間的整定值應從用電設備到發(fā)電機處逐級增大，如按電流原則整定，則應有I1>I2>I3。,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,2．電網的過載保護,船舶電網大多為輻射型饋線式配電網絡，饋線的截面積又都與發(fā)電機及用電設備的容量相配合的。由于發(fā)電機和用電設備的過載保護裝置同時保護了電網，電網中不設專門的過載保護裝置。須指出的是，舵機電動機和它的供電線路根據規(guī)范要求均不設過載保護，只設短路保護和過載報警裝置。,

69、§12.5 船舶電力系統的繼電保護,3．單相接地及電網的絕緣監(jiān)測,⑴單相接地監(jiān)視,船舶電網是否單相接地可以采用絕緣指示燈（又稱為地氣燈）來監(jiān)測。,船舶電網一般采用三相三線絕緣制系統，電網中的任何一相接地，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。,§12.5 船舶電力系統的繼電保護,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(設圖中的A相