船舶电器设备

第六章船舶电器设备第一节船舶电气基础一、船舶电气基础知识现代船舶大多采用内燃机作为主推进动力装置，所配备的绝大多数机械都采用电力拖动方式进行工作。

其电能供给由独立的船舶电力系统予以实现。

为了满足船舶正常运营的需要，该系统必须具备供电、配电、控制与保护等功能。

因此，船舶电力系统是一个电气线路十分复杂的系统。

任何复杂的电气线路都是由一些基本的单元电路组合而成，而基本单元电路又均为若干功能不同的电器元件的组合。

所谓电器，即是根据外界的电信号或非电信号自动或手动地实现电路的接通、断开、控制、保护与调节的电路元件。

简言之，电器就是电的控制元件。

电力系统中所使用的电器，种类数非常之多，下面就扼要介绍一下它们的分类方法及相应类型。

1．按工作电压分类(1)高压电器:交流大于1000v，直流大于1500v的电器。

(2)低压电器：交流小于1000v，直流小于1500 v的电器。

2．按用途分类(1)控制电器：用于各种电气传动系统中，对电路及系统进行控制的电器。

如接触器，各种控制继电器。

(2)保护电器：用于电气系统中，对发电机电网与用电设备进行保护的电器。

如：熔断器、热继电器等。

(3)主令电器：在电器控制系统中，发出指令，改变系统工作状态的电器。

如：按钮、主令控制器等。

(4)执行电器：接受电信号以实现某种功能或完成某种动作的电器。

如：电磁铁、制动器等。

3．按动作方式分类(1)手动控制电器：依靠人工操作进行动作而执行指令的电器。

如：按钮、转换开关等。

(2)自动控制电器：能够感受电或非电信号，自动动作而执行指令的电器。

如：接触器、继电器等。

4．按执行元件分类(1)有触点电器：通过触头的接触与分离而通断电路的电器。

如：刀开关、继电器等。

(2)无触点电器：通过电子电路发出检测信号而实现(执行相应指令或通断电路)功能的电器。

如接近开关、晶体管式时间继电器等。

二、船舶电气系统基本参数及特殊要求1、电制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。

它们决定了电站工作的可靠性和电气设备的重量、尺寸、价格等。

由于电源有直流电源与交流电源之分，因此船舶电力系统也相应有直流电力系统船舶与交流电力系统船舶，习惯上把它们称为直流船与交流船。

在20世纪50年代以前所建造的船舶，绝大部分是直流船，而后随着科学技术的发展，在20世纪仍年代以后建造的船舶主要是交流船，20世纪70年代后除特种工程船舶外，几乎都采用交流电力系统。

2、额定电压等级我国采用交流电制的船舶，其额定电压与陆地的低压交流电制基本一致。

船舶电气系统额定电压的大小直接影响到电力系统中所有电气设备的重量和尺寸、价格等技术经济指标和人身安全问题。

提高电压主要是使电缆网络的重量和外形尺寸减少，对电力系统中的其他元件的重量、尺寸特性影响并不大。

可是电压的提高对电气设备的绝缘和安全方面也提出了更高的要求，因此船舶建造时选择额定电压主要考虑是与本国陆上低压电网额定电压相一致。

目前，随着船舶电站容量的增加，在一些大型船舶、工程船舶及舰船上电站容量已达数万千瓦，这时仍采用低压系统标准显然已不合理，因此这类船舶大多采用陆上相应中压等级标准(如3.3kV)。

我国船用额定电压情况见表6-1。

额定电压 U（单位：伏特V）表 6-13、额定频率船舶电网的额定频率f通常为50HZ/60HZ，部分通讯设备电源采用中频局部供电(115V、400Hz)。

我国船舶上一般采用交流220V/380V三相三线制 50HZ和直流24V蓄电池两种电源。

其中，直流蓄电池主要用于应急、交流发电机的励磁等４、船舶电气设备和工作条件及其基本要求船舶电气设备工作条件比陆地恶劣得多，环境条件对电气设备的运行性能和工作寿命有严重影响。

当环境温度高时，会造成电机出力不足，绝缘加速老化。

相对湿度高则会使电气设备绝缘受潮、发胀、分层及变形等．使绝缘性能降低，并且会使金属部件加速腐蚀。

空气中的盐雾、油雾的存在，霉菌的生长及灰尘粘结都能使电气设备绝缘下降、工作性能受到影响。

当船舶营运时常常受到严重的冲击、振动、倾斜和摇摆时，也会造成电气设备损坏、接触不良或误动作。

由此可见，船用电气设备必须满足“船用条件”的要求。

（见表6-2）船用电器工作条件表 6-24 盐雾有5 油雾有6 霉菌有7船体倾斜：周期横倾长期横倾长期纵倾22.5°15°（对应急设备22.5°）10°8 振动有9 冲击有相关技术要求有：GB/T3783－1994船用低压电器基本要求。

无船用产器时，可以考虑采用陆用产品加三防(防湿热、防盐雾、防霉菌)来代替。

第二节船舶电气系统常见电气元器件一、接触器接触器为一种利用电磁吸力的作用远距离频繁通断大电流电路(即主电路)的开关电器。

其基本工作原理如图6—1所示。

当吸引线圈通电时磁路中产生磁通，当由此而产生的电磁吸力大于反力弹簧等的反力时，衔铁吸合而使触头通断状态改变；当吸引线圈失电时，电磁吸力小于反作用力，衔铁释放而使触头状态复原。

由此，通过对小功率电磁线圈得失电(a) 接触器外形(b) 接触器原理图6-1 接触器(C) 接线示意图的控制，使其触头通断状态相应改变即可实现对大功率主电路的通断控制。

交流接触器的灭弧装置有磁吹式和灭弧栅式由于交流接触器吸引线圈中通过的是交流电，故铁芯中产生的磁通是交变磁通，电磁吸力与磁通的平方成正比,当交流电过零时，磁通为零，吸力为零，这时候衔铁在弹簧的反力作用下被拉开,磁通过零后吸力又开始增大,衔铁又吸合。

在如此反复循环的过程中，衔铁产生强烈的振动和噪音,振动使电器寿命缩短,并使触点接触不良、磨损或溶焊。

为此，在交流接触器中设置有短路环（参见图6-1b）。

短路环通常套在静铁芯接触面的2/3部分上，装了短路环后将气隙磁通一分为二,一部分磁通穿过短路环,将在环内产生感应电动势.感应电流,产生磁通φ,磁通φ分别与磁通φ1磁通φ2相量相加,使穿过气隙的磁通φ1k和φ2k,它们不仅相位不同而且幅值也不一样,有这两个磁通产生的电磁力就不再同时过零点,这时,合成磁力就相当平稳,只要最小吸力大于反力,那么衔铁将会牢牢地吸住,不会产生振动和噪音.船用交流接触器主要用于交流频率50Hz和60Hz，额定电压至1000V，额定电流至800A 的电气系统中接通和分断电路，并可与适当的热继电器或电子式保护装置组合成电动机起动器，以保护运行中可能发生过载的设备。

船舶上还使用不少直流接触器，有CZ0、CZ1、CZ2和CZ5等系列。

二、继电器继电器（如图6-2所示）为一种根据某种特定信号的变化来控制小电流电路（控制电路）的通断状态以实现对电力拖动设备和系统的自动控制与保护的电器。

其输入信号可以是电信号(如电流、电压等)，亦可以是非电信号(如时间、温度、速度、压力等)。

按照不同的分类方法，继电器可分为多种类型：(1)按输入信号分：电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器等；(2)按动作原理分：电磁式继电器、感应式继电器、电子图6-2 继电器式继电器、热继电器等；(3)按动作时间分：快速继电器(0.005～0.05s)、瞬时继电器(0.05～0.15s)、延时继电器等；(4)按执行环节分：有触点继电器、无触点继电器等。

三、自动开关低压断路器即低压自动开关，又称低压空气开关或自动空气断路器（如图6-3、6-4所示）。

它具有灭弧能力相当强的灭弧罩，因此不仅能带负荷通断电路，而且能通断一定的短路电流。

图6-3 自动开关一图6-4 自动开关二配电用低压断路器按结构型式分，有塑型外壳式和万能式两大类。

塑壳式低压断路器，又称装置式自动空气断路器。

国产型号“DZ”。

DZ10型断路器的操作手柄有三个位置：①合闸位置，②自由脱扣位置，③分闸和再扣位置，DZ10型断路器内装设的电磁脱扣器，作短路保护用；装设热脱扣器（双金属片式），作过负荷保护用。

DZ10型断路器，采用钢片灭弧栅，万能式低压断路器又称为框架式断路器。

由于其保护方案和操动方式较多，装设地点也很灵活，因此有“万能式”之称，国产型号为“DW”。

DW型断路器（如图6-5所示）的合闸操动方式较多，除直接手柄操动外，还有杠杆操动、电磁铁操动和电动机操动等方式。

断路器有选择和非选择型两类。

DW型的断路器可装设的脱扣器类型有：过电流脱扣器、欠电压脱扣器和分励脱扣器。

主要型号有：DW10；DW15；DW94；DW95；DW98等。

四、熔断器熔断器是电气线路中最常见、最廉价的保护电器。

熔断器在电气线路中主要起到短路保护的作用。

熔断器具有价格低廉、更换方便、工作可靠等优点。

因此，在船舶电气系统中有着十分广泛的运用。

图6-6所示为常见的熔断器。

保护电气线路的熔断器熔体电流的选择应满足以下要求：1、熔断器额定电流应不小于线路的计算电流, 以使熔体在线路正常最大负荷下运行时不致熔断。

对有并联电容器的电路来说,由于其瞬间涌流较大,熔断器额定电流应取为其电路额定电流的1.43～1.55倍。

2、熔断器额定电流还应“躲”过线路的正常尖峰电流, 以使熔体在线路出现正常的短时尖峰电流时也不致熔断。

1-操作手柄；2-自由脱扣机构；3-失压脱扣器；4-过电流脱扣器脱扣电流调节螺母；5-过电流脱扣器；6-断路器辅助触头；7-灭弧罩（内有主触头）图6-5 DW10-200型万能式低压断路器图6-6 熔断器3、熔断器保护还应与被保护的线路相配合,使之不致发生因出现过负荷或引起短路而引起绝缘导线或电缆过热甚至起燃而熔断器不熔断的事故. 如果不满足配合要求,则因改变熔断器的型号规格,或者适当增大导线或电缆的线芯截面。

熔断器保护范围如图6-7所示。

五、主令电器主令电器为切换控制线路的单极或多极小电流开关电器，其触头容量小，不能用于主电路，而是用于控制电路，控制其他电器的工作状态。

主令电器发出指令改变其他电器的电磁线圈的得失电状态，以切换线路而改变被控装置的工作状态从而实现对系统的自动控制。

主令电器应用广泛，种类繁多．主要包括按钮、万能转换开关、行程开关、主令控制器、接近开关等。

1．按钮在控制电路中，按钮通过控制接触器、继电器等来通断电路而实现对电动机或其他电气设备的远距离控制。

其外形见图6—8（a），结构见图6—8（b），主要由按钮帽、复位弹簧、指式动触头、静触头与外壳等组成。

工作原理为当按钮被按下时，其上面一对动断(常闭)触头先断开，然后接通下面一对动合(常开)触头，释放后，在复位弹簧作用下，按钮复原。

图6-7 熔断器保护范围其电路符号见图6-8（C ）。

为便于识别，避免误操作，通常采用不同颜色的按钮帽来区别起动、停止按钮。

绿色用于起动按钮，红色用于停止按钮o2．万能转换开关万能转换开关亦称多路多极开关，如图6-9所示，为一种多触头多位置式可以控制多个电气回路通断状态的主令开关。