船舶高压电力系统
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轮机工程学院船电系
电力系统及其自动化
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3 船舶高压电力系统中性点接地方式 目前, 船舶高压电力系统在国内尚处于起步阶段。特别是随着船舶 高压电力系统的推广使用，中性点接地技术越来越引起船舶设计者 的广泛重视。中性点采用何种接地方式是船舶高压电力系统需要解 决的关键技术、热点问题。 3.1 电力系统中性点运行方式 电力系统的中性点（neutral point）运行方式是指电源或变压器 中性点采用什么方式接地。 3.2 中性点运行方式分类 通常中性点运行方式分为以下几种： （1）不接地方式，又称中性点绝缘； （2）直接接地方式，中性点直接与接地装置连接； （3）消弧线圈接地方式，中性点经电抗器（称消弧线圈）与接地 装置连接。 （4）电阻接地方式，中性点经过电阻与接地装置连接；
在中压电压等级之上，IEEE标准还有高压和超高压电压等 级。
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中国船级社CCS《钢质海船入级规范2009》（第四分册） 对交流高压电气装置特殊要求中指出：
交流高压电气装置适用于额定电压(相间电压)超过1kV的 交流三相电气装置。除另有明文规定外，低压电气设备的 构造和安装一般也适用于交流高压电气装置。系统额定电 压应不超过15kV。但如有特殊需要，经CCS同意可以采用 更高的电压等级。
中性点不接地方式的缺点是当一相接地时，另外两相对地 电压升高，最大至相电压的倍，易使绝缘薄弱处击穿，造 成两相接地短路。
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对高电压、长距离输电线路单相接地的电容电流一般很大， 该电容电流超前电压，当故障点的电容电流在第一个半波 过零熄弧时，加在故障点上的电压正好为峰值，若电容电 流过大，空气游离严重，极易将故障点重新击穿，这种重 燃有时难以避免。在接地处容易发生电弧周期性的熄灭与 重燃，出现所谓间歇电弧，引起电网产生高频振荡，形成 间歇性弧光过电压，可能击穿设备绝缘，造成短路故障。 为避免发生间歇电弧，要求3～10 kV电网单相接地电流小 于30A，35kV以上电网单相接地电流小于10A。因此，中性 点不接地方式对高电压、长距离输电线路不适宜。 船舶低压电力系统一般采用中性点不接地方式。
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3.3 中性点接地方式分析 电力系统中性点的接地方式是一项综合性技术问题，必须 考虑以下几个方面的因素：电力系统供电的安全性、连续 性和可靠性；过电压保护和绝缘技术措施的配合；继电保 护构成和断路器跳闸方式；配电网和线路的结构；人身和 设备的安全等。
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粗，并需多股并联，造成电缆的发热量增大、线路传输损耗严
重，布线与安装上更加困难。随着电压等级的提高，输送同一
功率采用的电缆规格与数量都可大幅下降。在船舶电缆的选择
上，采用高电压等级的优越性最为显著。
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采用船舶高压电力系统后，保护装置、接地、高压变 压器、变配电方式、主开关型式、电缆端头的构造及 处理方法都与低压船舶电力系统有很大差别，特别是 船舶高压电力系统往往采用中性点接地方式，与低压 电力系统普遍采用中性点绝缘方式有着明显的区别， 中性点采用何种接地方式也是船舶高压电力系统需要 解决的关键技术。目前，从国内外应用来看，船舶高 压电力系统普遍采用高电阻接地方式。船舶高压电力 系统给船舶电气系统带来一系列新的变化，船舶设计、 使用、管理者必须特别注意。
(1) 旋转电机的外壳防护等级至少应为IP23，其接线盒 的防护等级至少应为IP44。安装在非专职人员可以到达处 所的电动机，其外壳防护等级至少为IP4X，以防止人员接 近或触及电机的带电或转动部分；
(2) 变压器的外壳防护等级至少应为IP23，如安装在非 专职人员可以到达的处所时，则其外壳防护等级至少为 IP4X。
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船舶高压电力系统
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促使船舶采用高压电力系统的主要原因
1) 目前，船舶低压工频发电机的设计容量上限为2.5MW，超过这
个极限的发电机在设计技术上是困难的，在经济上也不合算。
如今很多大型船舶的电站容量已达到十几MW甚至几十MW，
按此条件采用常规船用低压发电机，一艘船上将安装十几台甚
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(3) 具有金属外壳的控制设备、配电设备组件和静止变换 器的外壳防护等级至少应为IP32，如安装在非专职人员可 以到达的处所时，则其外壳防护等级至少为IP4X。
(4)由于功率大，损耗的绝对值也大，加上机舱压力水雾 灭火系统对船舶发电机防护性能的要求，所以船舶高压发 电机绝大多数采用空气一水冷却方式，其防护等级一般为 IP54以上，可满足IP44的最低要求。至于冷却水用淡水 还是海水视具体船舶设计而定，但不论何种水质，空气一 水冷却器均应做成双管式，具有泄漏传感器报警装置。
至更多的发电机组，这显然是不合理的，实船上也无法实现。
2) 随着船舶电站容量的增大，当船舶电力系统发生短路故障时,短
路电流也大幅度增加。如果采用低电压等级的船舶电力系统，
大幅度增加的短路电流已使目前所能生产出的开关电器与保护
装置的断流容量无法满足要求。
3）如果输送大功率电能仍采用低电压等级，船舶电缆的截面会很
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1 船舶高压电力系统电压等级 世界各国以及在不同应用领域关于电力系统电压等级的标 准并不完全一致。
美国电气和电子工程师协会IEEE标准规定，额定电压大于 1KV，小于10KV的电力系统为中压交流电力系统。其中 常用的有3．3KV /3．0KV、6．6KV /6．0KV、11KV /10．0KV三个等级，上述等级中分子、分母分别表示额 定频率为60HZ、50Hz的电力系统所对应的额定电压。
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（1）中性点不接地方式 由于不接地方式的中性点对地绝缘，较安全、可靠，当电 力系统发生单相接地故障时，不会影响三相电压各相之间 的对称关系，一线接地也不形成短路，可以继续带接地故 障运行2小时，供电连续性好。中性点不接地电力系统， 单相接地电流由电力系统对地分布电容电流决定。对于输 电线路距离较近的低压电力系统，输电线路各相对地的电 容较小，因此接地故障电流也很小，瞬时性故障往往自动 消除。因接地电流小，对通信电路的干扰也小。
可见，中国船级社规定，超过低压电压等级的船舶电力系 统就称为船舶高压电力系统，这样，船舶高压电力系统的 电压等级在1KV至15KV之间。
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2 船舶高压电力系统防护要求
船舶高压电气设备的外壳防护等级均应与其安装场所相适 应，除至少应符合外壳防护等级的最低要求外，还应满足 下列要求：
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3 船舶高压电力系统中性点接地方式 目前, 船舶高压电力系统在国内尚处于起步阶段。特别是随着船舶 高压电力系统的推广使用，中性点接地技术越来越引起船舶设计者 的广泛重视。中性点采用何种接地方式是船舶高压电力系统需要解 决的关键技术、热点问题。 3.1 电力系统中性点运行方式 电力系统的中性点（neutral point）运行方式是指电源或变压器 中性点采用什么方式接地。 3.2 中性点运行方式分类 通常中性点运行方式分为以下几种： （1）不接地方式，又称中性点绝缘； （2）直接接地方式，中性点直接与接地装置连接； （3）消弧线圈接地方式，中性点经电抗器（称消弧线圈）与接地 装置连接。 （4）电阻接地方式，中性点经过电阻与接地装置连接；
在中压电压等级之上，IEEE标准还有高压和超高压电压等 级。
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中国船级社CCS《钢质海船入级规范2009》（第四分册） 对交流高压电气装置特殊要求中指出：
交流高压电气装置适用于额定电压(相间电压)超过1kV的 交流三相电气装置。除另有明文规定外，低压电气设备的 构造和安装一般也适用于交流高压电气装置。系统额定电 压应不超过15kV。但如有特殊需要，经CCS同意可以采用 更高的电压等级。
中性点不接地方式的缺点是当一相接地时，另外两相对地 电压升高，最大至相电压的倍，易使绝缘薄弱处击穿，造 成两相接地短路。
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对高电压、长距离输电线路单相接地的电容电流一般很大， 该电容电流超前电压，当故障点的电容电流在第一个半波 过零熄弧时，加在故障点上的电压正好为峰值，若电容电 流过大，空气游离严重，极易将故障点重新击穿，这种重 燃有时难以避免。在接地处容易发生电弧周期性的熄灭与 重燃，出现所谓间歇电弧，引起电网产生高频振荡，形成 间歇性弧光过电压，可能击穿设备绝缘，造成短路故障。 为避免发生间歇电弧，要求3～10 kV电网单相接地电流小 于30A，35kV以上电网单相接地电流小于10A。因此，中性 点不接地方式对高电压、长距离输电线路不适宜。 船舶低压电力系统一般采用中性点不接地方式。
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3.3 中性点接地方式分析 电力系统中性点的接地方式是一项综合性技术问题，必须 考虑以下几个方面的因素：电力系统供电的安全性、连续 性和可靠性；过电压保护和绝缘技术措施的配合；继电保 护构成和断路器跳闸方式；配电网和线路的结构；人身和 设备的安全等。
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粗，并需多股并联，造成电缆的发热量增大、线路传输损耗严
重，布线与安装上更加困难。随着电压等级的提高，输送同一
功率采用的电缆规格与数量都可大幅下降。在船舶电缆的选择
上，采用高电压等级的优越性最为显著。
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采用船舶高压电力系统后，保护装置、接地、高压变 压器、变配电方式、主开关型式、电缆端头的构造及 处理方法都与低压船舶电力系统有很大差别，特别是 船舶高压电力系统往往采用中性点接地方式，与低压 电力系统普遍采用中性点绝缘方式有着明显的区别， 中性点采用何种接地方式也是船舶高压电力系统需要 解决的关键技术。目前，从国内外应用来看，船舶高 压电力系统普遍采用高电阻接地方式。船舶高压电力 系统给船舶电气系统带来一系列新的变化，船舶设计、 使用、管理者必须特别注意。
(1) 旋转电机的外壳防护等级至少应为IP23，其接线盒 的防护等级至少应为IP44。安装在非专职人员可以到达处 所的电动机，其外壳防护等级至少为IP4X，以防止人员接 近或触及电机的带电或转动部分；
(2) 变压器的外壳防护等级至少应为IP23，如安装在非 专职人员可以到达的处所时，则其外壳防护等级至少为 IP4X。
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促使船舶采用高压电力系统的主要原因
1) 目前，船舶低压工频发电机的设计容量上限为2.5MW，超过这
个极限的发电机在设计技术上是困难的，在经济上也不合算。
如今很多大型船舶的电站容量已达到十几MW甚至几十MW，
按此条件采用常规船用低压发电机，一艘船上将安装十几台甚
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(3) 具有金属外壳的控制设备、配电设备组件和静止变换 器的外壳防护等级至少应为IP32，如安装在非专职人员可 以到达的处所时，则其外壳防护等级至少为IP4X。
(4)由于功率大，损耗的绝对值也大，加上机舱压力水雾 灭火系统对船舶发电机防护性能的要求，所以船舶高压发 电机绝大多数采用空气一水冷却方式，其防护等级一般为 IP54以上，可满足IP44的最低要求。至于冷却水用淡水 还是海水视具体船舶设计而定，但不论何种水质，空气一 水冷却器均应做成双管式，具有泄漏传感器报警装置。
至更多的发电机组，这显然是不合理的，实船上也无法实现。
2) 随着船舶电站容量的增大，当船舶电力系统发生短路故障时,短
路电流也大幅度增加。如果采用低电压等级的船舶电力系统，
大幅度增加的短路电流已使目前所能生产出的开关电器与保护
装置的断流容量无法满足要求。
3）如果输送大功率电能仍采用低电压等级，船舶电缆的截面会很
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1 船舶高压电力系统电压等级 世界各国以及在不同应用领域关于电力系统电压等级的标 准并不完全一致。
美国电气和电子工程师协会IEEE标准规定，额定电压大于 1KV，小于10KV的电力系统为中压交流电力系统。其中 常用的有3．3KV /3．0KV、6．6KV /6．0KV、11KV /10．0KV三个等级，上述等级中分子、分母分别表示额 定频率为60HZ、50Hz的电力系统所对应的额定电压。
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（1）中性点不接地方式 由于不接地方式的中性点对地绝缘，较安全、可靠，当电 力系统发生单相接地故障时，不会影响三相电压各相之间 的对称关系，一线接地也不形成短路，可以继续带接地故 障运行2小时，供电连续性好。中性点不接地电力系统， 单相接地电流由电力系统对地分布电容电流决定。对于输 电线路距离较近的低压电力系统，输电线路各相对地的电 容较小，因此接地故障电流也很小，瞬时性故障往往自动 消除。因接地电流小，对通信电路的干扰也小。
可见，中国船级社规定，超过低压电压等级的船舶电力系 统就称为船舶高压电力系统，这样，船舶高压电力系统的 电压等级在1KV至15KV之间。
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2 船舶高压电力系统防护要求
船舶高压电气设备的外壳防护等级均应与其安装场所相适 应，除至少应符合外壳防护等级的最低要求外，还应满足 下列要求：