船舶电气与通讯-第六章 船舶电力系统保护
船舶电力系统概述 PPT
船舶电力系统概述
1. 电源
电源是将其他形式的能量转换成电能的装置。 船舶常用的电源有发电机组和蓄电池。
柴油机
发电机
船舶电力系统概述
（1）发电机组 发电机组是船舶最基本的供电单元，我厂承接
的船舶一般使用柴油发电机组。 柴油发电机组一般由柴油机和发电机两部分组
成。它通过柴油机的运转做功，点燃柴油和压缩空 气的混合气体，产生热能，推动曲轴转动，带动发 电机的转子，从而产生电能，输出供负载使用。
每条船一般使用2~3台发电机组，以及1台应急 发电机组。应急发电机组必须可以在正常电力短缺 时自动启动，并通过自动转换开关连接到应急负荷。
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船舶电力系统概述
（2）蓄电池 蓄电池，俗称电瓶，又称可充电电池，泛指所
有在电量用到一定程度之后可以被再次Biblioteka 电、反复 使用的化学能电池的总称。
船用蓄电池主要有两种：一种是船舶起 动蓄电池，一种是船舶通信系统蓄电池。船 舶起动蓄电池适用于船舱柴油发动机组，是 船体运动的主要硬件设施，在发电机组起动 瞬间能放出强大的电流，触使发动机高速运转从而带动船舶。 而船舶通信系统蓄电池主要用于船上应急照明、信号灯、报 警系统、UPS计算机备用电源、船上医疗器械、电信设备等， 简单点说，就是作为发电机故障下或不作用情况对船舶电力 供应的一种后备装置。
船舶电力系统概述
2. 船舶电气设备的环境条件
（1）温度：
适应环境温度
介质温度
空气温度（℃）
电气设备安 装处所
封闭处所内
高于45 ℃，低 于0 ℃处所
露天甲板
无限航区
0～45
按该处所温度 -25～45
除热带海域 的有限航区
0～40
按该处所温度 -25～40
船舶电力系统的综合保护 免费在线阅读
(1) 热效应方面通过电气元件的短路电流产生的热量Q与短路电流 Ik的 平方和时间t成正比 ， 即：Q=KI2t由此可见 ， 短路切除得越快 ， 产生的热量越小 ， 设备越 不易烧坏。
➢功能条件：船用空气断路器通常用来作为发电机主开关 ， 必须具 有过载 、短路 、欠压和失压等保护功能。（ 1)空气断路器的合闸 、脱扣和锁扣空气断路器的合闸操作方式有手动 、 电磁铁驱动、 电动机驱动等。手动和电动方式一般带有贮能弹簧快速闭合机构， 以增加操作的可靠性。一般小容量（断流容量不大于20kA） 且不要求遥 控合闸的空气断路器可选用手动合闸方式。电磁铁合闸方式结构简单 ， 但冲击力较大。
(2) 对负荷的影响方面短路对异步电动机的影响最明显 ， 因异步电机的转矩 M是和电压的平方成正比的 ， 即：M =KU2若电压 U下降较大 ， 转矩 M下降更大 ， 会使电动 机停止运转 。若短路故障很快切除 ， 非故障部分的 电压可迅速恢复。
3） 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 ， 对系统 的影响和设备的破坏就愈小。保护装置的灵敏性 ， 可用灵敏度来表示。
发电机主开关(万能式断路器)为实现系统选择性 保护 ， 不一定装设瞬时过电流脱扣装置 ， 而要装 设具有0. 1～0.5秒左右的短延时过电流脱扣装置 作短路保护 。 因此 ， 在短路电路接通时 ， 空气断 路器要克服短路电流引起的电磁反作用力而接通， 同时 ， 一直到短延时过电流脱扣器到达整定延时 之前具有通过短路电流的能力。选择断路器的额定接通电流 ， 必须大于其工作 电路的预期非对称最大短路电流峰值。
船舶电气设备与系统课件资料
目录
• 船舶电气概述 • 船舶电力系统 • 船舶电机与电力电子设备 • 船舶照明系统 • 船舶导航与通信系统 • 船舶电气设备的安装与维护
01
船舶电气概述
船舶电气系统组成
船舶电力系统
负责产生、分配和调节电能，为船舶各部分 提供电力。
船舶照明系统
提供船上照明，包括舱室、甲板、桅杆等部 位的照明设施。
船舶推进系统
为船舶提供动力，包括电动机、柴油发电机 等。
船舶通信系统
保障船上人员与外界的通信联系，包括无线 电通信、卫星通信等。
船舶电气发展趋势
高效化
采用更高效的电气设备和系统 ，提高能源利用效率。
自动化
实现船舶电气系统的自动化控 制，提高船舶运行效率和安全 性。
智能化
应用人工智能、物联网等技术 ，实现船舶电气系统的智能化 管理。
船舶通信系统
要点一
总结词
船舶通信系统是实现船舶与外界有效沟通的重要工具，它 保障了船舶在海上航行时的安全和高效运营。
要点二
详细描述
船舶通信系统包括无线电通信设备和卫星通信设备。无线电 通信设备用于船舶之间的语音和数据传输，如甚高频 （VHF）、中频（MF）、长波（LF）等频段的无线电通信设 备。卫星通信设备则通过卫星进行语音、数据和图像传输， 常用的卫星通信设备包括国际海事卫星（Inmarsat）和铱星 （Iridium）等。这些通信设备保障了船舶在航行过程中能够 及时与外界进行信息交流，如遇险报警、航行指示、天气预 报等，从而提高了航行的安全性。
短路保护
短路保护装置在船舶电网或负载发生 短路时迅速切断电源，防止短路电流 对电网和设备造成损坏。
欠压保护
欠压保护装置在船舶电网电压过低时 切断电源，以防止设备受损和能源浪 费。
船舶电气与通讯-第六章 船舶电力系统保护
第6章船舶电力系统的保护6.1 概述6.2 船舶发电机的保护6.3 船舶变压器的保护6.4 船舶电网的保护6.5 船舶负载的保护概述6.1 概述一、概述1.船舶电力系统保护的任务和作用船舶电力系统中各种保护装置，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。
图6-1 短路故障示意图图6-1 短路故障示意图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，装设保护装置，以自动迅速地切除故障。
船舶电力系统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，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。
(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。
船舶电力系统的保护主要包括：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。
2．对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。
图6-2 保护性选择示意图（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。
船舶电气与通讯-第六章船舶电力系统保护
第6章船舶电力系统的保护6.1 概述6.2 船舶发电机的保护6.3 船舶变压器的保护6.4 船舶电网的保护6.5 船舶负载的保护6.1 概述一、概述1.船舶电力系统保护的任务和作用船舶电力系统中各种保护装置，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。
图6-1 短路故障示意图图6-1 短路故障示意图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，装设保护装置，以自动迅速地切除故障。
船舶电力系统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，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。
(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。
船舶电力系统的保护主要包括：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。
2．对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。
图6-2 保护性选择示意图（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。
船舶常用电气元件
第6章船舶常用电气元件船舶的电气控制系统，无论是简单还是复杂，都可以分解为一个个的电气元件。
要想掌握船舶电气控制系统的使用和维修，必须从掌握电气元件的常用知识开始。
本章主要介绍电气控制系统中常用的元件的基本原理与结构、一般的维护方法及常见故障的处理，以让广大设备管理人员能熟悉电气元件的性能与作用，方便控制系统出现故障时的分析与查找，及解决故障。
由于电气元件的种类繁多，形式各异，本章只介绍一些常见的电气元件，各位可在工作实践中不断学习，认识与熟悉更多的电气元件。
6.1 接触器6.1.1 接触器的介绍接触器是电力系统中最重要的元器件，它的作用是将电网上的电力连接到负载上，是负载与电网间的桥梁。
接触器是利用电磁原理通过可动衔铁的运动，带动触头的通断进行工作的，其结构可分为电磁系统、主触头、灭弧装置、释放弹簧（辅助触头）等部分。
一般情况下，通过该元件的电流比较大，在接通和断开时，会产生较大的电弧。
为了降低电弧对绝缘材料和触头的损坏，接触器常装有不同种类的灭弧装置，并把三相电路隔开，触头的容量也根据不同的负载而不同。
在大电流电路的通断时，要求动作果断，所以吸合线圈产生的磁力较大，内部弹簧的弹力较大。
为了方便控制，在接触器上还附有不同的辅助触头，随主触头的动作而动作，辅触头分为常开、常闭、延时开、延时闭等多种形式。
接触器分为交流接触器与直流接触器两大类。
直流接触器与交流接触器结构上的区别主要在电磁铁的区别，直流电磁铁是由整块软钢制成的铁芯，而交流电磁铁是由硅钢片叠成的铁芯。
1. 交流接触器交流接触器的线圈为电压线圈，当线圈外加交流电压时，若忽略线圈内阻，则 U ≈E＝4.44f NΦm (式中: f为电源频率；N为线圈匝数；Φm为交变磁通最大值) 由于f与N是常数，所以磁通NΦm＝U／4.44f为常数，由于磁阻与气隙成正比，交流接触器在线圈刚通电时，衔铁未合上前因存在气隙，磁阻较大，故线圈内的瞬间电流很大，衔铁吸合后，气隙基本消失，磁阻较小，电流自动降到额定电流。
船舶同步发电机的保护
四、 对保护装置的基本要求
1）具有选择性 实现保护的选择性的原则
A）
时间原则：是指以保护装置动作时限的不同，来保证选择
性。由负载至电源端，逐级加大整定各级保护的延时。
注意：相邻两级延时差不能太小（0.15----0.25S），
否则不易分辨（保护装置灵敏度不够） 级数不能太多（3~5级），否则不利于快速性。
正常状态发展到一定程度就演变成故障，最常见且最严重
的故障就是各种形式的短路，有三相短路、两相短路、两 相接地短路、三相四线制系统单相接地短路。另外，还可 能发生电机或变压器绕组匝间短路和线路的断线等故障。
课题 6
第一节概述
船舶同步发电机的继电保护
船舶电力系统的任何故障，均可能带来不良的后果， 特别是短路故障造成的后果是严重的。三相短路时，发电 机的短路电流可达额定电流的 10倍以上，•此电流产生的热 量和机械力可以比正常值大100倍以上，对发电机产生巨大 的破坏作用。若不及时切除，将有可能导致并联运行的发 电机解列，使整个电力系统失电，甚至会发生火灾，危及 船舶和人命安全。 因此在船舶电力系统的设计和运行中，都要采取切实 有效的措施，尽量避免不正常运行状态和短路故障的发生。 最有效的办法之一，就是在船舶电力系统中装设继电 保护装置，以自动迅速地切除故障。
四、 对保护装置的基本要求
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故障和
非正常状态的反应能力。对属于自己保护之内的故障
，都应反应灵敏，达到整定值时即动作。灵敏性愈高
，故障发觉和切除得就愈早，对系统的影响和设备的
破坏就愈小。
保护装置的灵敏性，可用灵敏系数来表示。
四、电路参数的监测部分
测量电路实时地测量被保护设备的工作状态，反映被 保护系统运行参数的变化（如电流、电压等），并与 预先给定保护的整定值进行比较。鉴别被保护设备有 无故障或不正常工作情况，并输出相应的参量。 如果运行参数达到整定值，则测量电路就起动，向逻 辑电路送去信号。
船舶电力系统组成与继电保护
船舶电器的负荷急速增加，发电机的功率也必然随之增加。从而带来 如下问题:
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任务1 船舶电力系统组成与维护
• 对500 V以下的电力系统来说，短路电流的增大使开关电器与保护装 置的断流容量难以满足要求;大功率发电机(2 000 kW以上)和电动机 (200 kW以上)在技术上是非常困难的(已接近功率极限)，在经济上也 不合算;使电缆的截面增大，并须多股并联，造成布线与安装上的困 难。
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任务1 船舶电力系统组成与维护
• 负载又称船舶用电设备，是将电能转变为机械能、光能、热能和其他 形式能的总称。可分为以下几类:
• 如采用电动机拖动的甲板机械设备、舱室机械设备;采用电光源的照 明设备、信号设备;采用电加热的电炉、电灶等设备。
• (二)船舶电力系统的特点 • 电力系统由于受到水上环境条件及船舶自身运行情况的影响，与陆地
• 2.对自动励磁装置的基本要求 • 除要求结构简单、使用可靠、灵敏度高和调整的过渡过程短以外，还
必须满足下述基本要求。 • 1)保证同步发电机端电压在允许范围内 • 2)要求保证强行励磁
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任务1 船舶电力系统组成与维护
• 3)要求合适的放大系数 • 4)保证自励同步发电机的起始励磁 • (三)自动励磁装置的分类 • 船用同步发电机的自动励磁装置的类型很多，分类方法也不一致。通
项目八 船舶电力系统组成与继电保护
• 任务1 船舶电力系统组成与维护 • 任务2 船用万能式自动空气断路器继电保护 • 任务3 船舶同步发电机继电保护
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任务1 船舶电力系统组成与维护
船舶电力系统继电保护
• 任务7.1 继电保护概述 • 任务7.2 保护配置原则 • 任务7.3 船舶电力系统的常用电器 • 任务7.4 船舶电力系统保护分类 • 任务7.5 保护配合与协调 • 任务7.6 断路器选型
任务7.1 继电保护概述
• 船舶电力系统在实际运行当中，会由于维护不周、绝缘的损坏、检修 不良或操作等方面的原因，出现各种故障或非正常运行。最常见的故 障有：过载、短路、欠压、逆电流运行、电网断相等，这些故障会对 电力系统造成严重的后果。特别是短路，它是船舶电力系统中出现的 最严重的破坏性故障。例如，发生短路故障时，引起比正常电流大得 多的短路电流。其热效应可能损坏设备，导体也会受到很大的电动力 的冲击，致使导体变形，甚至损坏。
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任务7.3 船舶电力系统的常用电器
• 7.3.1 自动空气断路器
• 自动空气断路器也称为自动空气开关，具有框架式和塑壳式两种类型。 船舶发电机主开关大多采用框架式，配电开关大多采用塑壳式。
• 1. 框架式自动空气断路器 • 船舶发电机主开关常采用万能式自动空气断路器。船舶常用的有：框
架式即万能式自动开关（如国产DW 型）和装置式（如国产DZ 型） 自动开关。 • 发电机的主开关是发电机投入电网的接入部件。在非正常运行情况下， 如发生过载、电网短路、发电机欠压等，它能自动从电网上断开发电 机，因此它既是开关电器，又是保护电器。装置式自动空气开关一般 用作支路、负载屏、照明屏等的开关电器，不同型号产品具有不同的 保护功能，一般都具有短路保护和过载保护功能。
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任务7.1 继电保护概述
• 船舶电力系统与陆上电力系统相比较，有其不同的特点，所以其保护 也有自身的特点。船舶发电机电压不高，对发电机保护要求相对比较 简单。船舶电力系统的电压较低，故障电流很大，正常运行状态下， 一般采用辐射状网络结构进行供电，其保护配置通常是阶段式的短路 和过负载保护；船舶电力系统的容量一般也比较小，通常在数兆瓦左 右，大电动机启动对电网影响大，相应对保护提出的要求就高。由于 船舶航行的特殊要求，需要尽可能地保持供电连续性，减小故障下的 停电区域，同时需要保证不因故障电流的存在对设备造成破坏，所以 在对保护性能的要求上，对保护动作选择性的要求要高于速动性可靠 性和灵敏性的要求；船舶空间有限，设备安装集中，对各种保护配合 的要求高、难度大。船舶系统中电气系统的保护应服从于船舶的全局 需要，当中断供电将会影响船舶航行安全或产生严重后果时，保护电 气设备安全就应让位于保护船舶安全。
船舶电气 电子教材
第一章船舶常用电器第二章船舶电力拖动基本控制第三章船舶重要辅机的自动控制第四章甲板机械的电力拖动及自动控制第五章船舶舵机的电力拖动及自动控制第六章船舶电力系统第七章船舶同步发电机参数调节及运行控制第八章船舶电站自动化第九章船舶照明与通讯第十章机舱集中监视与报警系统第十一章船舶安全用电和安全管理第十二章船舶电气管理职责第一章船舶常用电器§1-1 电器基本知识现代商船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。
所以,了解各类电器元件的结构、功能及工作原理,是掌握一个控制线路乃至一个系统工作原理的必然要求。
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、数目非常之多,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1200V,直流大于1500V的电器。
2)低压电器交流小于1200V,直流小于1500V的电器。
船舶电力系统中常用电器均为低压电器。
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,各种控制继电器等。
2)保护电器用于电力系统中,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。
船舶电气设备与系统
临时应急照明必须采用蓄电池组供电;并应保证当主电网 及应急电网失电或者电压降至’40％ 额定值时能自动接 通;主电网及应急电网电压恢复时能自动切断
临时应急照明系统不得采用荧光灯为光源;更不得设置就 地开关
4 电力推动系统
4 2 电力推进的优缺点
4 2 1 优点
可采用中 高速原动机;以减小体积和重量
原动机可在最大限度上统一化;以至标准化;从而可减少备品;提高互换
性
提高船舶的营运率
有利于船舶总体布置;也便于建造和营运管理
可更合理地选择螺旋桨的尺寸和转速;不必受原动机的限制;从而使螺旋
3 照明系统
3 2 照明灯具：
由于船上的环境条件比陆地上苛刻;因而对船舶灯具的结构 和型式有着更高的要求;设计中选用船舶灯具时;除了遵照规范及 有关标准的要求外;还应注意下列问题：
船用灯具的材料应该是坚固 轻巧 美观;并能满足使用环境的要求
结构要牢固 零部件不易落下 防震性好； 防潮 防水性好;尤其是露 天安
3 照明系统
3 1 照明系统的分类：
3 1 1 船舶照明按其功能大致可如下分类：
室内照明
舱室主体照明
局部辅助照明
娱乐美化气氛照明
室外照明
室外通道照明
室外工作照明甲板照明
探照灯和投光灯
航行信号灯
3 照明系统
3 1 照明系统的分类：
3 1 2 大多数按供电方式分类非严格：
正常照明系统———船舶主电源供电
3 照明系统
3 1 2 2 应急照明系统
对载有滚装货的客船;除上述要求外;还必须在所有的旅客公
第六章船舶电力系统§6—1船舶电力系统概述一、船舶电力系统的组成
第六章船舶电力系统§6—1 船舶电力系统概述一、船舶电力系统的组成及特点1．船舶电力系统的组成船舶电力系统是由电源装置、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。
其结构简图如图6—1所示。
图6—1典型船舶系统简图1）电源装置。
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。
2）配电装置。
对电源和用电设备进行保护、监测、分配、转换、控制的装置。
3）船舶电力网。
是全船电缆电线的总称，也是电能的生产者(各种电源)和电能的消耗者(各类用电设备)的中间传递环节。
船舶电力网根据其所连接的负载性质和类别可以分为动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和弱电电网等。
4）负载。
即用电设备。
船舶负载有：甲板机械、船舶舵机、动力装置用辅机(为主机和主锅炉等服务的辅机，如主机滑油泵、海水冷却泵、淡水冷却泵和鼓风机等)、舱室辅机(生活水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等)、电力推进设备(主电力推进装置、首尾侧推装置等)、机修机械(车床、钻床、电焊机等)、冷藏通风(冷藏集装箱、空调装置、伙食冷库和通风机等)、照明设备、船舶通信导航设备(无线电通信设备、导航和船内通信设备)等。
2．船舶电力系统的特点根据船用负载的特点，船舶电力系统的电站容量、连接方式、电压等级、配电装置等与陆上电力系统有着很大的差别。
从驱动发电机的原动机形式分类，船舶发电机组有柴油发电机组、蒸汽发电机组、汽轮发电机组、轴带发电机组等。
船舶电站单机容量一般不超过l 000kW，装机总功率不超过5 000 kW(电力推进船和特种船除外)，相比陆上要小得多。
船舶电力系统大多采用多台同容量同类型的发电机组联合供配电的方式，以方便管理维护。
正常航行时仅有1台或2台发电机向电网供电，但是要求船舶发电机组有较高品质的调速和调压装置来满足负载变化、在突发局部故障时也能保障船舶安全运行。
船舶电力系统概述
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η'为电动机相当于功率P2时的效率
船舶电力系统概述
（6）无功功率Q5
为电动机的功率因数角。
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船舶电力系统概述
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。
（2）同时系数的确定
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船舶电力系统概述
三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）
（1）工作条件比较复杂，工作环境比较恶劣 高温、潮湿、霉菌、振动、倾斜。 要求电气设备进行（防潮、防霉菌、防盐雾）三防处理
（2）与用电设备之间的距离很短，相互影响大 要求短路保护环节全面、可靠、选择性强。
（3）船舶电站容量相对较小。 要求发电机有强行励磁能力，稳压性能好。
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பைடு நூலகம்状态进行 信号显示。
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一、 主配电板
负载屏
并车屏
（5）应急工况：主发电机失效、应急发电机启用。
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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
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：最高负荷的80%。 ◆船舶电站必须有备用机组2-3台，最多4台。 ◆各机组的使用寿命应与主机寿命相当 ◆维修管理方便
船舶电气设备与系统课件
船舶导航与通信系统的应用与维护
应用
船舶导航与通信系统的应用广泛，包括 海上运输、渔业、海洋科学考察等领域 。在航行过程中，船员需要熟练掌握各 种设备的操作和维护方法，确保系统的 正常运行。
VS
维护
为了确保船舶导航与通信系统的长期稳定 运行，需要定期进行维护和保养。这包括 对设备的清洁、检查、更换磨损部件等措 施，以及定期进行软件更新和升级。同时 ，船员也需要接受相关培训，提高其维护 和管理能力。
船舶通信系统
船舶通信系统概述
船舶通信系统是确保船舶与外界有效沟 通的重要设备，包括无线电通信、卫星
通信等子系统。
卫星通信
卫星通信利用地球同步卫星作为中继 站，实现全球范围内的通信，包括电
话、传真、数据传输等。
无线电通信
无线电通信是船舶最基本的通信方式， 通过无线电波传输语音、数据和图像 信息。
船舶内部通信
船舶照明系统的设计与安装
船舶照明系统的设计
在船舶照明系统的设计中，需要考虑照明需求、照明效果、 节能环保等方面的因素。同时，还需要根据船只的结构、空 间布局等因素，进行合理的设计，确保照明系统能够满足实 际需求。
船舶照明系统的安装
在安装船舶照明系统时，需要考虑安全、稳定、可靠等方面 的因素。同时，还需要根据设计的方案，进行准确的安装， 确保照明系统能够正常运行，并达到预期的照明效果。
05 船舶自动化系统
船舶自动化系统的组成与功能
总结词：船舶自动化系统的组成与功能
船舶自动化系统主要由船舶自动控制系统、船舶自动监测系统、船舶自动导航系统 等组成，实现对船舶航行、推进、辅助机械等的自动化控制和监测。
船舶电力系统继电保护分析
船舶电力系统继电保护分析近几年，我国在航运方面发展比较迅速，主要与现代国内外贸易日益增长存在着密切的关系，在航运经济发展时，船舶极易引发诸多的电气事故，一旦发生此类电气事故，就会构成严重的经济损失，也会造成一定的人员伤亡，社会影响恶劣。
通常情况下，船舶电气事故的发生，主要是船舶的电力系统故障而引发的，如继电保护装置失灵、线路绝缘性差、设备绝缘能力差与短路等问题突出，容易引发火灾。
为满足需求，必须重视对船舶电力系统的科学性管控，做好继电保护工作是关键。
本文针对船舶电力系统继电保护分析展开了分析与探究。
标签：船舶；电力系统；安全事故；继电保护实现船舶自动化，大大减轻船员劳动量。
然而，就目前船舶电力系统运行情况的分析，了解到电力系统极易出现故障，最终会威胁船舶电力系统运行的高效性。
若想實现传播电力系统运行的高效性与安全性，必须要重视继电保护工作，以降低故障的发生概率。
1 船舶电力系统继电保护的基本任务及具体要求1.1 电力系统出现故障从电力系统运行的具体情况来看，应从电能发生、输送、配置、应用等角度出发，对电力系统整体进行全方位的监控，进而满足电力发展的实际需求[1]。
在电力系统中，变压器、发电机、断路器、主配电板、输电线路与用电设备等都属于一次设备，也是产生电能、实现电能传输的重要设备。
电力系统在运行的过程中，极易发生各类安全事故，且在任何条件下都可能出现故障，其中，短路问题最为突出。
通常情况下，短路主要表现为两相短路、三相短路、单相接地短路、两相接地短路与发电机短路等[2]。
导致短路问题出现的主要原因有机械设备被严重损伤、绝缘层被破坏与基本操作不科学等。
电力系统多种故障的发生，过负荷问题较为突出，此类故障一旦出现问题，会让绝缘的温度逐步升高，也会加速绝缘层的老化，也会让设备受到严重破坏，最终会引发火灾问题。
1.2 继电保护的基本任务在各设备间，电与磁存在着密切的联系，不正常情况与故障问题的发生，会让电力系统出现一系列的事故，最终会严重威胁电力企业的实际发展。
船舶电力系统
第六章船舶电力系统§6—1 船舶电力系统概述一、船舶电力系统的组成及特点1．船舶电力系统的组成船舶电力系统是由电源装置、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。
其结构简图如图6—1所示。
图6—1典型船舶系统简图1）电源装置。
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。
2）配电装置。
对电源和用电设备进行保护、监测、分配、转换、控制的装置。
3）船舶电力网。
是全船电缆电线的总称，也是电能的生产者(各种电源)和电能的消耗者(各类用电设备)的中间传递环节。
船舶电力网根据其所连接的负载性质和类别可以分为动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和弱电电网等。
4）负载。
即用电设备。
船舶负载有：甲板机械、船舶舵机、动力装置用辅机(为主机和主锅炉等服务的辅机，如主机滑油泵、海水冷却泵、淡水冷却泵和鼓风机等)、舱室辅机(生活水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等)、电力推进设备(主电力推进装置、首尾侧推装置等)、机修机械(车床、钻床、电焊机等)、冷藏通风(冷藏集装箱、空调装置、伙食冷库和通风机等)、照明设备、船舶通信导航设备(无线电通信设备、导航和船内通信设备)等。
2．船舶电力系统的特点根据船用负载的特点，船舶电力系统的电站容量、连接方式、电压等级、配电装置等与陆上电力系统有着很大的差别。
从驱动发电机的原动机形式分类，船舶发电机组有柴油发电机组、蒸汽发电机组、汽轮发电机组、轴带发电机组等。
船舶电站单机容量一般不超过l 000kW，装机总功率不超过5 000 kW(电力推进船和特种船除外)，相比陆上要小得多。
船舶电力系统大多采用多台同容量同类型的发电机组联合供配电的方式，以方便管理维护。
正常航行时仅有1台或2台发电机向电网供电，但是要求船舶发电机组有较高品质的调速和调压装置来满足负载变化、在突发局部故障时也能保障船舶安全运行。
船舶电力系统
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发电机的并联运行
一、并联运行的必要性 1．发电机容量合理利用：负载少开一台，负载多开两至三台。 发电机容量合理利用：负载少开一台，负载多开两至三台。 2．便于对发电机的维护管理：多台机可以轮流进行保养和维 护。 二、并联运行的条件：电压、频率、初相相同，相序一致。 并联运行的条件：电压、频率、初相相同，相序一致。
（2）性能 A．灯光很亮说明待并机与电网相位差很大、熄灭说明相位 差很小或为零，灯光明暗度说明相位差的大小； B．灯光明暗变化快说明频差大、慢说明频差小。 （3）合闸 调待并机的调速开关（即调油门），使灯光明暗变化慢 （周期为3 （周期为3～5秒），灯光熄灭后（接近灯暗区中心），合闸并 车。 （4）缺点 灯光明暗不能说明f2是快还是慢。 灯光明暗不能说明f2是快还是慢。
（1）原因：并联运行的发电机，若一台发电机的 原动机发生故障使转矩消失，则发电机进入电动 机状态，拖动原动机转动从电网吸收功率即逆功 率，另外并车操作未能满足并车条件也出现逆功 率。 （2）危害：正常运行的发电机严重过载跳闸。 危害：正常运行的发电机严重过载跳闸。 （ 3 ） 要求： P=-5 ～ -15%Pe、 延时 1 ～ 10s （ 防并 要求：P=15%Pe 、 延时1 10s 车时短暂逆功率）逆功率继电器跳闸。 车时短暂逆功率）逆功率继电器跳闸。
电站保护的任务：切除故障电气设备；发出报警信 电站保护的任务：切除故障电气设备；发出报警信 号。 要求保护元件具有可靠性、选择性、 要求保护元件具有可靠性、选择性、快速性 和灵敏性。 和灵敏性。 1．可靠性：保护装置本身必须工作可靠； 可靠性：保护装置本身必须工作可靠； 2．选择性：电力系统，从发电机到负载，应分级 选择性：电力系统，从发电机到负载， 设置保护装置， 设置保护装置，使保护具有选择性；系统发生故 障时使离故障电路最近的保护装置动作；其动作 电流或动作延时：短路保护动作整定电流逐级减 少、动作整定延时逐级减少。 动作整定延时逐级减少。
船舶电力系统概述
船舶电站第一节舰船电力系统一、船舶电力系统的组成由发电、变配电、输电和用电四部分设备构成的统一整体称为电力系统.船舶电力系统也可分为船舶电站、船舶电网和用电设备。
船舶电力系统的示意图如图1-1所示。
船舶电站由原动机、发电机和主配电装置组成。
船舶电网是全船电缆电线和配电装置以一定方式连接起来的组合体，是联系电能的生产者(各种电源)和电能的消费者(各种用电设备)的中间环节，担负分配和输送电能的任务。
船舶电网按其所联系的负载性质分为动力电网、照明电网、应急电网、弱电电网等。
配电装置是用来接收和分配电能，并对电力系统进行保护、监视、测量、指示、调整、变换和控制等工作的设备。
配电装置可以分为属于船舶电站的主配电板(Main Switch Board,简写为MSB )，船舶电网中间的分配电板(Section Switch Board，简写为SSB)；属于应急电力系统的应急配电板(Emergency Switch Board,简写为ESB)，蓄电池充放电板(Charging and Discharging Panel，简写为CDP )。
分配电板又可分为动力配电板和照明配电板。
船舶用电设备即负载，分为四类：(1)船舶各种机械的电力拖动，包括甲板机械(舵机、锚机、绞缆机、起货机等)、舱室机械(各类油泵、水泵、空压机、通风机、空调设备等)、电力推进和工作船舶用的生产机械.(2)船舶照明设备，包括工作场所、生活舱室的各种照明灯具和航行、信号灯具等。
(3)船舶通讯和导航设备(4)舰船上生活所需的其它用电设备，如电热器、冰箱、电视机等。
总之，船舶电站是船舶电力系统的核心，它在船舶整体设计中占有很重要的位置，特别是在现代自动化船舶上万显得尤为突出。
二、船舶电力系统特点和陆上电力系统一样，船舶电力系统由发电设备、变配电装置、输电网络、用电设备等，按一定的联接方式组成。
但由于负荷特点和具体工作条件不同，船舶电力系统和路上电力系统相身比，有明显的不同特点。
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图6-1 短路故障示意图
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，装设保护装 置，以自动迅速地切除故障。船舶电力系统保护的任务可归 纳为： (1)当电气设备发生故障或足以造成故障的发生时，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。
图6-8 万能式自动空气断路器的框图
（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。 （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。 图6-9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。
（3）操作机构
操作机构用于控制自由脱扣机构的动作，实现触头闭合 或断开。 手动操作 电磁或电动合闸
照明类负载及线路保护装置的动作电流值
•在船舶照明类负载保护中，通常16A以下的分支电路多 采用熔断器。此外，对多级保护装置的动作整定值要注 意选择性的配合。整定值的80% 。 •由于高压汞灯和高压钠灯的起燃电流持续时间长，保护 器的额定值选择应稍大一些。对于船舶照明线路，按规 定实际负载电流不应超过保护电器整定值的80% 。
同步发电机在非同步条件下并车时，也可能短时出现逆 功率，这是允许的，此时逆功率保护不应动作。 逆功率保护应具有一定的时限。
对逆功率保护启动值的整定，大多数船级社都规定: (1)原动机为柴油机时，逆功率整定值在发电机额定功率 的4%~15%间某一区域(典型区间为4%~10%);
(2)原动机为汽轮机时，逆功率整定值在发电机额定功率 的1%-6%间某一区域(典型区间为1%~3%); (3)延时时间在2-10s，间整定(典型值为3s)
图6-3 继电保护构成原理 图
6.2
船舶发电机的保护 根据我国《钢质海船入级规范》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、外部短路保护、 欠压保护和逆功率保护。
1．发电机的外部短路保护 • 处理发电机外部短路措施：既要保护发电机，又要保证 不中断供电
• 兼顾保护的选择性和快速性，根据具体短路点的位置采 取相应措施。
• 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。
第6 章
船舶电力系统的保护
6.1 概述
6.2 船舶发电机的保护
6.3 船舶变压器的保护 6.4 船舶电网的保护
6.5 船舶负载的保护
6.1
一、概述
概述
1.船舶电力系统保护的任务和作用 船舶电力系统中各种保护装置，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。 图6-1 短路故障示意图
二、电动机类负载的保护 •电动机负载是船舶电力系统中的主要负载，且很多属重 要负载，因此，规范对其保护的要求较明确。
•规范规定容量大于0.5kw电动机和所有重要设备的电动 机均应设有独立的过载保护、短路保护和欠电压保护。 当采用熔断器作保护时，还应设防止单相运转的保护， 即缺相保护.
（4）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来实 现对主电路的短路、过载、失压、欠压等保护及遥控分 励操作。
(a)合闸位置
(b)分闸位置 (c)为准备合闸位置 图6-9 自由脱扣机构示意图
6.5 船舶负载的保护
•负载大体上可分单相照明负载和三相电动机负载两大类。 负载通常要求设过载和短路保护装置。 •由于负载的多样性，具体的保护要求也不尽相同。本节 只对船舶各类负载的保护作一般性介绍。
逆功率保护是由逆功率继电器来完成的，整定值是靠调 整逆功率继电器的动作值来达到的。
6.3 船舶变压器的保护 船舶变压器的基本故障是：相间短路、对壳短路、绕 组匝间短路以及输出端短路。相应对变压器的保护有 电流保护、差动保护等。 下图为对变压器采用不同的保护线路图
6.4 船舶电网的保护及保护装置 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。如图6-5，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。 •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Iop1>Iop2>Iop3。
3．单相接地及电网的绝缘监测
⑴单相接地监视 船舶配电板上大多装有绝缘指示灯（亦称地气灯）以监 视电网的单相接地。图6-6是地气灯的电气工作原理图。 ⑵电网绝缘监测 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。兆欧表其工作原理如图6-7所示。
图6－6
绝缘指示灯电路图
图6-7
（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。
二、继电保护的基本工作原理 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。
(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。
船舶电力系统的保护主要包括： 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。
兆欧表原理图
4．岸电的相序和断相保护
用相序指示器检测和指示岸电的相序，用逆序继电器对岸 电的相序和缺相进行保护。
为确保接用的岸电相序正确，通常用相序指示器(或叫相序 测定器)来检测岸电的相序。若相序正确，则相序指示器的 白灯(或绿灯)亮;若错误，则红灯亮。 若岸电相序错误或缺相时，逆序(或称负序)继电器动作， 便岸电开关合不上闸或断相时岸电开关跳闸。
常用的相序指示器由一个电容器和两个 指示灯(一红一白)星形连接组成。如图 电容器接A相，白灯接B相，红灯接C相
5、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。其结 构框图见图6-8。
我国一般规定：对无分级自动卸载装置的发电机过载保护， 其启动电流值，可整定在其额定电流值的125%~135%，延时 15~20s，过载保护装置动作，使发电机自动跳闸。 对有分级自动卸载装置的发电机过载保护，当过载达 110%~120%额定值时，延时5-10s，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10~20s，过载保护装置 动作，使发电机自动跳闸。
发电机欠压保护，还可作为发电机外部短路的后备保护， 因发电机外部短路时，也必定要出现欠压现象。
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。
4．逆功率保护
当几台同步发电机并联运行时，其中一台发电机的原动 机工作失常，该发电机不但不能发出有功功率，反而 要从系统吸收有功功率，即变为同步电动机运行。
图6-5 船舶电网短路保护示意
（1）时间原则 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 关键：正确选择前后两级的时间差
（2）电流原则
电流原则整定，则应有Iop1>Iop2>Iop3
（3）混合保护
2．电网的过载保护 船舶电网大多为幅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。
一、照明类负载的保护 •照明类负载包括电热器负载等。为防止照明类负载及供 电线路因短路和过载引起过电流，导致温升过高而使电 缆绝缘损坏或引起火灾，照明类负载都设有过电流保护 装置。 •照明类负载基本上是电阻性负载，功率因数接近于1， 其保护装置比较简单，可采用装置式断路器或熔断器实 现过电流保护。
• 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。
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。
2．对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。
图6-2 保护性选择示意图
（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。 原因：热效应方面、对负载的影响方面 （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。保护装置的 灵敏性，用灵敏度来表示。