船舶电气设备和导线选型研究
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引言
在船 舶 电气设 计领域 ，长期 以来设 计 ＾ 、 员是用 手工方式 进行 船舶 供配电系统的设计计算 ， 由于船舶供配电网络复杂， 设备多 、 回路多， 造 成 了设计工作的繁琐和低效率。 供配电 Ｃ Ａ Ｄ技术将计算机辅助设计技 术应用于船舶电气工程设计领域 ， 在分析研究电气图形 、 方案 、 数据间 内在联系机理及其关系的基础上 ，建立船舶供配电系统各层次元件的 描 述方法 和相 关知识 规则 ，不 同程 度 的集 成供 配 电系统设计 中 的各种 计算功能，对不同船舶电气设备和导线的规格参数的取值和运行效果 进 行多种 方案 的 比较 ， 实现综 合优化 ， 使 电气 设备 和导线 获得较 好 的性 价 比， 并大大提 高设 计速度和设 计的可靠 性 。 １船舶电气设备选型原理 Ｉ ． Ｉ船舶电气设备选型的原则 。 船舶电气设备的选择必须执行国家的有关技术经济政策 ，并做到 技术先进 、 经济合理、 安全可靠 、 运行方便和为今后的发展扩建留有一 定的余地。在其配电系统中， 电气设备的种类很多 ， 不同类别的电器设 备承担的任务和工作条件各不相同，因此它们的具体选择方法也不相 同。为了保证电气设备在正常工作条件下能可靠安全地工作， 而在短路 情况下不被损坏， 在选择各种电气设备的基本要求却是一致的。即按长 期正 常工作 条件 进行选 择 ， 按短 路条件 校验其 动热稳 定 。对 于断 路器 、 熔断器 等 ， 特别要 校验其 开断短路 电流 的能 力。 电气设备选择的一般要求 ： （ １ ） 应满足各种运行 、 检修、 短路和过电压， 『 青 况的运行要求， 并考虑 远景发展； （ ２ ） 应按当地环境条件（ 如海拔、 大气污染程度和环境温度等 ） 校核 ； （ ３ ） 应力求技术先进和经济合理 ； （ ４ ） 与整个工程的建设标准应协 调一致 。 １ ． ２船 舶主要 电气设备 的选型原 理 １ ． ２ ． １断路器 的选型原 理 。高压断 路器是 供电系统 中最重要 的设备 之一 ，目前 ６ － － ３ ５ ｋ Ｖ系统 中使 用最 为广泛 的是 少油 断路 器 和真空 断路 器。 低压断路器， 又称低压 自动开关， 它能带负荷通断电路 ， 又能在短路、 过 负荷 和失压 时 自动跳 闸。断路 器的选 择 ， 除考 虑额定 电压 、 额 定 电流 外 ，还要考虑其断流能力和短路时的动稳定度和热稳定度是否符合要 求 。具体选择条件如下： （ １ ） 型式 。除满足各 项技 术条件 和环境 条件外 ， 还应 考虑安 装 和运 行维护的方便。 一般 ６ － － ， ３ ５ ｋ Ｖ选用真空断路器， ３ ５ － ５ ０ ０ ｋ Ｖ选用 Ｓ Ｆ ６断路 器， ｌ ｋ Ｖ及 以下低 压配 电系统一般 选用塑料 外壳式 、 框架 式低压断 路器 。 （ ２ ） 额定电压的选择 ： 高低压断路器额定电压ｕ ， 应不低于装设地 点 的线路 的额定 电压 。即 ：
工 业 科 技创 新与应 用
船舶 电气设备和导线选型研究
张 涛
（ 青 岛光 明环保技术有限公 司， 山东 青岛 ２ ６ ６ ０ ０ ０ ）
摘 要： 船 舶 供 配 电 系统 设备 的正 确 、 合理 的选 型 直接 关 系到船 舶 配 电 系统 的安 全 、 可靠、 经 济运 行 。利 用 Ｃ Ａ Ｄ技 术进 行船 舶 供 配 电系统设计 ， 可以减少设计人 员工作量 ， 提 高船舶供 配电系统设计水平。 文章尝试将计算机辅助技术应用于电气设备选型， 还利用 计算机辅助电气设备选型思路结合 经济选型方法，研 究了计算机辅助导线选型问题开展计算机辅助 电气设备选型技 术等方面研 究， 为 开展 供 配 电 系统 优 化 选 型和 智 能设 计 奠 定基 础 。 关键词： 电 气设备 选型 ； 计 算机 辅 助 技 术 ； 导 线选 型
１ ＿ ２ ３电压互感器 的选型原 理
（ １ ） 型式。 根据安装地点和使用条件选择。 对于 ６ － － １ ０ ｋ Ｖ屋内配电装 置 ，一般 采用 油浸绝缘 结构 ，也可采用 树脂浇 注绝缘 结构 的电压互感 器 。对于 ３ ５ — １ １ ０ ｋ Ｖ配电装置 ， 一般 采用油 浸绝缘 结构 的电压互感 器 。 （ ２ ） 准确 等级 。 电压互感 器准确 等级的选择 与电流互感器 相同 ， 即根据 电 压互感器二次回路所接测量仪表的类型及准确等级的要求 ，按准确等 级要求最 高的表计 来选 择 。（ ３ ） 电压 互感器一 次侧额定 电压 应在所安装 电网额定 电压的 ９ ０ ％一 Ｉ Ｉ Ｗｏ ￣ ＿ 间。 ２导 线选型原 理 ２ ． １导线选型的原则。 船舶供配电线路导线截面的选择对船舶的技 术 经济 陛能 有很大影 响。从配 电规 划角度来说 ， 一 条线路有 三个特 『 生 决 定 它是否 能够满 足船舶 配电系 统的要求 ，下面就 是设计 时必须 满足 的 基 本条件 ： （ １ ） 发热条件。 电流通过导线时， 由于存在电阻而会使导线发热。 通 过导线的电流越大 ， 导线温度越高 ， 当发热超过其允许温度时， 会使导 线 接头处 的氧化 加剧 ， 增大 接触 电阻而导致 进一步 的氧化 ， 如此恶 性循 环以致触头烧断而发生断线事故。 而且绝缘导线和电缆的温度过高时， 可使 绝缘加剧老 化甚至损 坏 ， 或引起火灾 。 （ ２ ） 电压损 耗条件 。 由于线路 上存在电阻和电抗 ， 因此， 当电流通过导线时将产生电压损耗 。所谓电 压损耗 ， 是 指线路首 端线 电压 和末 端线 电压 的代数差 。电压损耗超 过一 定范围后， 会严重影响用电设备的正常工作。 （ ３ ） 电晕条件。 船舶输 电线 路产 生 电晕时 ， 不 仅会 引起 电晕 损耗 ， 而且 还产 生 噪声 和无线 电干扰 ， 为 了避 免 电晕 的产生 ， 导线 的外径 不能过小 。通 常 ， ｌ Ｏ ｋ Ｖ及 以下 电压的 电力 线路 ， 因导线 表 面电场 强度 较低 ， 一般 在 晴天不 会 出现 电晕 ， 因此 不考虑 电晕影 响。 ２ ． ２导线 截面选择 的方法 （ １ ） 按发热 条件选择 导线截 面 。当导 线通过 正常最 大负荷 电流时 ， 导线发 热 的温度不应超 过它 的最高允 许温度 。可 以计 算 出导 线在某 一 截面的允许持续电流 』 ， 把这些载流量列成表格， 在设计时按这些表 格来选 择截 面 ， 叫做按 发热条件选 择截 面 ， 也 叫做 按允许 载流量 选择 截 面。 按发热 条件选择 三相系统 中的相线截 面时 ， 应使导线 的允许载 流量 不小于 』 通过相线 的计算 电流 ， ｏ即 ：
≥ｕ （ １ － １ ）
主变压器停运时 ， 其余变压器容量不应小于 ６ ０ ％的全部负荷， 并须保证 Ｉ 类、 Ⅱ 类 负荷 的供 电。 （ ３ ） 按 船舶供 电所 建成后 ５ １ ０ 年规划负 荷选择 ， 并适 当考虑 到远期 １ ０ － ２ ０ 年 的负荷 发展 ， 对城 郊变 电所 ， 主变 压器 容量 应与城市规划相结合。
在船 舶 电气设 计领域 ，长期 以来设 计 ＾ 、 员是用 手工方式 进行 船舶 供配电系统的设计计算 ， 由于船舶供配电网络复杂， 设备多 、 回路多， 造 成 了设计工作的繁琐和低效率。 供配电 Ｃ Ａ Ｄ技术将计算机辅助设计技 术应用于船舶电气工程设计领域 ， 在分析研究电气图形 、 方案 、 数据间 内在联系机理及其关系的基础上 ，建立船舶供配电系统各层次元件的 描 述方法 和相 关知识 规则 ，不 同程 度 的集 成供 配 电系统设计 中 的各种 计算功能，对不同船舶电气设备和导线的规格参数的取值和运行效果 进 行多种 方案 的 比较 ， 实现综 合优化 ， 使 电气 设备 和导线 获得较 好 的性 价 比， 并大大提 高设 计速度和设 计的可靠 性 。 １船舶电气设备选型原理 Ｉ ． Ｉ船舶电气设备选型的原则 。 船舶电气设备的选择必须执行国家的有关技术经济政策 ，并做到 技术先进 、 经济合理、 安全可靠 、 运行方便和为今后的发展扩建留有一 定的余地。在其配电系统中， 电气设备的种类很多 ， 不同类别的电器设 备承担的任务和工作条件各不相同，因此它们的具体选择方法也不相 同。为了保证电气设备在正常工作条件下能可靠安全地工作， 而在短路 情况下不被损坏， 在选择各种电气设备的基本要求却是一致的。即按长 期正 常工作 条件 进行选 择 ， 按短 路条件 校验其 动热稳 定 。对 于断 路器 、 熔断器 等 ， 特别要 校验其 开断短路 电流 的能 力。 电气设备选择的一般要求 ： （ １ ） 应满足各种运行 、 检修、 短路和过电压， 『 青 况的运行要求， 并考虑 远景发展； （ ２ ） 应按当地环境条件（ 如海拔、 大气污染程度和环境温度等 ） 校核 ； （ ３ ） 应力求技术先进和经济合理 ； （ ４ ） 与整个工程的建设标准应协 调一致 。 １ ． ２船 舶主要 电气设备 的选型原 理 １ ． ２ ． １断路器 的选型原 理 。高压断 路器是 供电系统 中最重要 的设备 之一 ，目前 ６ － － ３ ５ ｋ Ｖ系统 中使 用最 为广泛 的是 少油 断路 器 和真空 断路 器。 低压断路器， 又称低压 自动开关， 它能带负荷通断电路 ， 又能在短路、 过 负荷 和失压 时 自动跳 闸。断路 器的选 择 ， 除考 虑额定 电压 、 额 定 电流 外 ，还要考虑其断流能力和短路时的动稳定度和热稳定度是否符合要 求 。具体选择条件如下： （ １ ） 型式 。除满足各 项技 术条件 和环境 条件外 ， 还应 考虑安 装 和运 行维护的方便。 一般 ６ － － ， ３ ５ ｋ Ｖ选用真空断路器， ３ ５ － ５ ０ ０ ｋ Ｖ选用 Ｓ Ｆ ６断路 器， ｌ ｋ Ｖ及 以下低 压配 电系统一般 选用塑料 外壳式 、 框架 式低压断 路器 。 （ ２ ） 额定电压的选择 ： 高低压断路器额定电压ｕ ， 应不低于装设地 点 的线路 的额定 电压 。即 ：
工 业 科 技创 新与应 用
船舶 电气设备和导线选型研究
张 涛
（ 青 岛光 明环保技术有限公 司， 山东 青岛 ２ ６ ６ ０ ０ ０ ）
摘 要： 船 舶 供 配 电 系统 设备 的正 确 、 合理 的选 型 直接 关 系到船 舶 配 电 系统 的安 全 、 可靠、 经 济运 行 。利 用 Ｃ Ａ Ｄ技 术进 行船 舶 供 配 电系统设计 ， 可以减少设计人 员工作量 ， 提 高船舶供 配电系统设计水平。 文章尝试将计算机辅助技术应用于电气设备选型， 还利用 计算机辅助电气设备选型思路结合 经济选型方法，研 究了计算机辅助导线选型问题开展计算机辅助 电气设备选型技 术等方面研 究， 为 开展 供 配 电 系统 优 化 选 型和 智 能设 计 奠 定基 础 。 关键词： 电 气设备 选型 ； 计 算机 辅 助 技 术 ； 导 线选 型
１ ＿ ２ ３电压互感器 的选型原 理
（ １ ） 型式。 根据安装地点和使用条件选择。 对于 ６ － － １ ０ ｋ Ｖ屋内配电装 置 ，一般 采用 油浸绝缘 结构 ，也可采用 树脂浇 注绝缘 结构 的电压互感 器 。对于 ３ ５ — １ １ ０ ｋ Ｖ配电装置 ， 一般 采用油 浸绝缘 结构 的电压互感 器 。 （ ２ ） 准确 等级 。 电压互感 器准确 等级的选择 与电流互感器 相同 ， 即根据 电 压互感器二次回路所接测量仪表的类型及准确等级的要求 ，按准确等 级要求最 高的表计 来选 择 。（ ３ ） 电压 互感器一 次侧额定 电压 应在所安装 电网额定 电压的 ９ ０ ％一 Ｉ Ｉ Ｗｏ ￣ ＿ 间。 ２导 线选型原 理 ２ ． １导线选型的原则。 船舶供配电线路导线截面的选择对船舶的技 术 经济 陛能 有很大影 响。从配 电规 划角度来说 ， 一 条线路有 三个特 『 生 决 定 它是否 能够满 足船舶 配电系 统的要求 ，下面就 是设计 时必须 满足 的 基 本条件 ： （ １ ） 发热条件。 电流通过导线时， 由于存在电阻而会使导线发热。 通 过导线的电流越大 ， 导线温度越高 ， 当发热超过其允许温度时， 会使导 线 接头处 的氧化 加剧 ， 增大 接触 电阻而导致 进一步 的氧化 ， 如此恶 性循 环以致触头烧断而发生断线事故。 而且绝缘导线和电缆的温度过高时， 可使 绝缘加剧老 化甚至损 坏 ， 或引起火灾 。 （ ２ ） 电压损 耗条件 。 由于线路 上存在电阻和电抗 ， 因此， 当电流通过导线时将产生电压损耗 。所谓电 压损耗 ， 是 指线路首 端线 电压 和末 端线 电压 的代数差 。电压损耗超 过一 定范围后， 会严重影响用电设备的正常工作。 （ ３ ） 电晕条件。 船舶输 电线 路产 生 电晕时 ， 不 仅会 引起 电晕 损耗 ， 而且 还产 生 噪声 和无线 电干扰 ， 为 了避 免 电晕 的产生 ， 导线 的外径 不能过小 。通 常 ， ｌ Ｏ ｋ Ｖ及 以下 电压的 电力 线路 ， 因导线 表 面电场 强度 较低 ， 一般 在 晴天不 会 出现 电晕 ， 因此 不考虑 电晕影 响。 ２ ． ２导线 截面选择 的方法 （ １ ） 按发热 条件选择 导线截 面 。当导 线通过 正常最 大负荷 电流时 ， 导线发 热 的温度不应超 过它 的最高允 许温度 。可 以计 算 出导 线在某 一 截面的允许持续电流 』 ， 把这些载流量列成表格， 在设计时按这些表 格来选 择截 面 ， 叫做按 发热条件选 择截 面 ， 也 叫做 按允许 载流量 选择 截 面。 按发热 条件选择 三相系统 中的相线截 面时 ， 应使导线 的允许载 流量 不小于 』 通过相线 的计算 电流 ， ｏ即 ：
≥ｕ （ １ － １ ）
主变压器停运时 ， 其余变压器容量不应小于 ６ ０ ％的全部负荷， 并须保证 Ｉ 类、 Ⅱ 类 负荷 的供 电。 （ ３ ） 按 船舶供 电所 建成后 ５ １ ０ 年规划负 荷选择 ， 并适 当考虑 到远期 １ ０ － ２ ０ 年 的负荷 发展 ， 对城 郊变 电所 ， 主变 压器 容量 应与城市规划相结合。