船舶电力系统概述

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电站是指发电机组至主配电板发电机控制屏, 与前一种分法所不同的是,电站中包含了主配电板 的发电机控制屏,认为发电过程,到主配电板的发 电机控制屏才算作结束。配电系统则是指主配电板 的配电(负载)屏到负载的电源线为止,这一阶段属于 配电过程。和前一种组成法略有不同,这种分法,相当 于将配电板从发电机(负载)配电屏切开,一分为二。
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(2)倾斜和摇摆要求:
适应倾斜和摇摆的要求
设备组件
横倾 横摇 纵倾 纵摇
应急设备,开关设备,电器及电子设备 22.5° 22.5° 10° 10°
上列以外的设备组件
15° 22.5° 5° 7.5°
(3)电压频率变化:
适应电压频率变化
设备
瞬态 参数 稳态(%)
(%) 恢复时间(s)
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2. 配电装置
主要用于控制、保护、测量、分配船舶电源产 生的电力,并对船舶正常航行或应急状况下所使用 的电力和照明负载进行配电的开关设备和控制设备 的组合装置。
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船舶配电装置按照用途可以分为:
(1) 主配电板——对应主发电机。 (2) 应急配电板——对应应急发电机。 (3) 区配电板——对应各区域的配电。 (4) 充放电板——对应船舶蓄电池的充电、放电。 (5) 岸电箱——对应使用岸电时的配电。
电气设备外壳的IP××防护等级表
IP等级 简 要 说 明


0 无防护
没有专门防护
1
1 防>50mm的固体 人体大面积部分如手(对有意识接触无防护),直径>50mm的固体 第 2 防>12mm的固体 手指或类似物,长度不超过80mm,直径超过12mm的固体 位 3 防>2.5mm的固体 直径或厚度大于2.5mm的工具、电线等,直径>2.5mm的固体 数 字 4 防>1.0mm的固体 直径大于1mm的线或片状物,直径超过1mm的固体
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交流电站与直流电站相比,前者设备成本和维护保 养方面的费用及工作量比后者少得多;因为交流电动机 没有整流子,结构简单、体积小、重量轻、运行可靠。 鼠笼式电动机可以直接起动,控制设备少。此外,交流 动力网络与照明网络之间可通过变压器实现电气隔离。 使绝缘电阻低的照明电网基本上不影响动力电网。交流 电制也有利于船舶电气化程度的提高和系统容量的增长。 直流电站调速(这对电动起货机尤为有利),蓄 电池组充电无须整流器等。然而,由于电力电子技术的 发展,直流电制的优点越来越不明显,交流电制在国内 外各种船舶中占了主要地位。
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IP防护:是对固体和液体入侵防护 ①.只存在与带电体接触危险环境IP20; ②.存在滴水和机械伤害的舱室环境IP22; ③.水和机械伤害危险较大的机器处所IP34; ④.水和机械伤害危险较大的舱室处所IP44, 附具(附属器具)IP55; ⑤.喷水、粉尘、严重机械伤害危险为IP55和 IP56; ⑥.大量水浸入危险的露天甲板为IP56; ⑦.爆炸危险除防爆功能外,还应满足相应处 所的防护等级。
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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(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充电、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。
6 防猛烈海浪
猛烈海浪或强烈冲水时进入机壳水量应无有害影响
7 防浸水
沉浸在规定压力的水中经规定时间后,进入水量应无有害影响
8 防潜水
能长期潜水,完全密封,进水量不产生有害影响
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三. 船舶电力系统的电气参数 1. 电流种类
电流有直流和交流两种。早期船舶多 采用直流电力系统。我国舰船在60-70 年代完成了向交流电制过渡,目前主要 使用交流电制。然而舰船电力系统的电 流种类,仍然会受到舰船能源类型或某 种条件的限制,例如,采用蓄电池组为 能源的常规潜艇,就很难推行交流电制; 有较高调速要求的电力推进电力系统也 往往采用直流电制。
高级电工培训课程
第一讲
船舶电力系统概述
船舶电力系统概述
本讲主要介绍船舶电力系统的组成,各组成部 分的概念和特点,以及例举对应的船舶设备。
另外,在本讲中还相应描述船舶电力系统的特 点,电气设备正常工作的环境条件。
本讲中,还将描述船舶电力系统的主要电气参 数:电流、电压、频率,以及各自的特性和条件。
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2. 电压
确定电力系统及其负载的电压等级,是电力系统设 计的一项重要内容。从减少导体电流的角度来看。提高 电压是有利的,可以减小电器元件的导电截面,节约有 色金属。如以电器在电压为127V时的重量为1,则当电 压为220V、380V和500V时,电器的重量分别近似地等 于0.58、0.33和0.25。
一般设备
电压 -6~+10 ±20
1.5
频率
±5
±20
5
由蓄电池或半导体变流器供 电
电压
±20
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(4)其他条件因素
船舶电气设备必须适应: ①.振动和冲击; ②.倾斜和摇摆; ③.环境温度; ④.潮湿、盐雾、油雾、霉菌侵蚀; ⑤.电网电压和频率变化; ⑥.防护要求。
小提示:设备为什么必须加支架,螺丝为什么必须加弹垫。
另一方面,电压的提高增加了电器灭弧的困难,为 此对电气设备的绝缘和安全方面提出了更高的要求,需 要加大灭弧间隙,这样又使电器的重量、尺寸增大,故 在电压高于600V时,其重量、尺寸减小很少。
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目前世界各国对电压等级的考虑,主要与本国陆上电制的参数能统 一。我国发电设备具有230V(单相)、400V (三相)的额定电压。欧盟从 1992年起规定低压发电设备的额定电压只允许使用230V/400V。由于船 舶容量的增加,提高电压是必然趋势。在一些大型船舶、工锉船舶及舰 船上,电站容量已达20 000-40 000kW以上,单机功率达3 000-5 000kW, 这时仍采用400V电压等级已成为不可能。因为当三相400V和CosΦ=0.8, 发电机额定相电流为5 700A时,就需要截面为3X240mm2的电缆18根并 联运行,这是不合理的。此外,这样大的电流使开关保护电器复杂化。
(3)为了提高安全性,客船和中大型货船一般会 配置独立的应急电源,我厂承建的船舶一般使用应急发 电机组和应急配电系统。它可以在主电站发生故障时, 保证船舶安全航行所必须设备的用电。
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(4)军舰为提高战斗力和生命力,一般设置主副 两个电站分区进行供电,主要设备都有主副两路实 行二路供电。
综上所述船舶电站额定电压有向中压发展的趋势。国际电工委员会 建议采用3. 3kV电压;英美等国因为陆上有3.3,6. 6kV电压等级,所以 这些国家在巨型船舶上采用3.3,6.6kV;德国允许最高工作电源电压为 11 000V。这是充分估计了船舶电压发展趋势的最高电压。我国电力 推 进系统最高允许电压规定直流为1 000V ,交流为6 300V。英国“伊丽莎 白皇后二世”号客轮(3台5 500kW主发电机)和我国500t浮吊船上已采用 了3. 3kV电压。 我厂目前建造的7WT半潜船就使用了2200V的中压发电 机,并且即将承建的Red Box 极地重载运输船和中海3.01万吨也将使用 中压。
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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
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(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。
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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
电子设备的环境空气温度的上限为55 ℃
海水温度(℃) 热交换器入口 32 25
5 防尘
并不防止全部灰尘进入,但进入量不妨碍设备正常运转
6 尘密
无灰尘进入
0 无防护
没有专门防护
1 防滴
垂直滴水应无有害影响
2
2 15°防滴 第 3 防淋水 位 4 防溅 数 字 5 防冲水
设备与垂直线成15°角时,滴水应无有害影响 与垂直线成60°角范围的淋水应无有害影响 任何方向溅水应无有害影响 任何方向冲水应无有害影响
负载屏
并车屏
发电机控制屏
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二. 船舶电力系统的特点
1.船舶电力系统的特点
(1)与陆上电力系统相比: ①电源多为独立、单一电站;陆上电站种类更多,经常有多级电 站变电。 ②电站容量较小(总容量小于3000kW,单机小于1000kW),线路 阻抗低,短路电流大;陆上电站容量大(大型水电站可以达到10 万至100万kW) ③电力网输电距离很短,一般不超过200米;陆上可达300公里。 且船舶输电容量小,由于空间问题也无法采用架空线输电,输电 电压一般小于500V;而陆上输电电压可达500kV。 ④船舶配电装置一般比较简单、可靠,只采用低压电器开关及控 制保护装置,除照明配置容量较小的降压变压器外,没有其他复 杂的变压装置。
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一.船舶电力系统的组成
船舶电力系统主要由 电源、配电装置、电力网 和负载四个部分组成。
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因为电能的生产、输送、分配和使用是同时进 行的。所以这四个部分构成了一个完整的总体、缺 一不可。
问题:电能的生产、输送、分配、使用分别是由电力系统的哪一个部分完成的?
另外,由于叙述的对象不同,船舶电力系统还 存在另一种组成方式:即由电站、配电系统和负载 三个部分组成。这种组成方式将在后面的章节再做 解释。
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(2)船舶上大的用电负载(如空压机、消防泵 等),功率很大,这些负载起动时引起的电网电压 降较大,因而对船舶电力系统的稳定性提出了较高 要求,比如要求船用发电机的调压器动态性要好, 有强励磁能力,发电机有较大的承受过载能力等。 另外,由于船舶工况变动频繁,要求发电机并车装 置简单、可靠 。
(5)船舶舱室一般空间较小,供配电系统周围的 舱壁、管路材料都是导电体,因此绝缘要求更高。
(6)电气设备之间有较大的电磁干扰,因此设备 抗干扰的要求更高。
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电站和配电系统的概念。 关于船舶电力系统的另外一种组成方法认为,电 力系统由电站(供电系统)和配电系统及负载组成。
电站是指发电机组至主配电板发电机控制屏, 与前一种分法所不同的是,电站中包含了主配电板 的发电机控制屏,认为发电过程,到主配电板的发 电机控制屏才算作结束。配电系统则是指主配电板 的配电屏到负载的电源线为止,这一阶段属于配电 过程。和前一种组成法略有不同,这种分法,相当 于将配电板从发电机配电屏切开,一分为二。
电话、电话、广播、声光报警装置、子母钟、舵角 指示仪器。电航仪器有雷达、卫星导航仪、定位仪、 电罗经、测深仪、计程仪等。
(4)其他用电设备:如电炊具、电热器、电风 扇、音像设备等附带生活设备。
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电站和配电系统的概念。 关于船舶电力系统的另外一种组成方法认为,电 力系统由电站(供电系统)和配电系统及负载组成。
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3. 船舶电力网
船舶电力网是全船电缆、电线的总称,其作用 是将电能的产生者(各种电源)和电能的消费者 (各类电能用户,即负载)联系起来。
船舶电力网根据其所连接的负载性质,可分为 动力电网、照明电网、应急电网、小应急电网(24V 直流)、弱点电网等。
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4. 负载
负载是指连接在电路中的电源两端的电子元件。 船舶负载根据用途可以分为以下几类:
(1)各种船舶机械的电力拖动:如甲板机械 (舵机、锚机、绞缆机、起货机、舷梯绞车等); 舱室辅机(各种油泵、水泵、空压机、冷冻机、辅 助风机和空调等);电推及工程船舶的生产机械。
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(2)电气照明 工作场所和生活舱室的各种照明灯具和信号灯具等。
(3)船舶通信和电航仪器 通讯设备有无线电收发报机、卫星通讯、无线
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