第一章 船舶电力系统与配电装置

按电流原则整定，则应有 I1 > I2 > I3 并不总是可能获得选择性保护。
实际船舶电网中：负载端采用电流原则整定，发电机端采用时间、电流两 者相结合的方法进行整定。即：当发生远离发电机处短路时，时间原则起 主要保护作用；当发生发电机端短路时，电流原则起主要作用。
第一节 船舶电力系统基本知识
• 六、船舶配电装置
2. 船舶主配电板图片
第一节 船舶电力系统基本知识
• 六、船舶配电装置
⑵.发电机控制屏
组成：测量仪表、指示灯、发电机主 开关、发电机保护装置、调试开关、 励磁装置等。
⑶. 负载屏
组成：配电开关、熔断器、电流表、 转换开关（岸电开关）等。
⑷. 并车屏
组成：频率表、同步表、转换开关、调 速开关（按钮）、合（分）闸按钮等。
• 二、船舶电力系统的特点及对其基本要求
1. 船舶电站容量较小 对船舶电力系统的稳定性提出了较高的要求
对自动控制装置的可靠性也提出了较高的要求
2. 船舶电网输电线路短 输配电装置较陆上系统简单且覆盖范围小。可省 掉一套对电网的过载、短路保护装置。
3. 船舶电气设备工作环境恶劣 温度高（绝缘老化）、湿度大（绝缘性能下降）、海上 盐雾（设备腐蚀）、冲击和振动（接触不良、误动作） 需满足“船用条件”。
中的照明屏。 3）应急电网 应急发电机通过应急配电板向部分重要设备供电。 4）临时应急照明电网 应急照明蓄电池供电的网络。 5）弱电电网 向机舱自动控制化系统、无线电通信设备、导航
仪器、内部通讯设备、报警系统供电的网络。
第一节 船舶电力系统基本知识
• 五、船舶电网
3. 船舶电网的配电网络
⑵. 船舶电网一次配电网络接线方式
13）第Ⅲ类负荷计算时可不计，但应注意高峰负荷时可能该状态下短时 需要的最大负荷
Pmax =PΣ＋PⅢ
第一节 船舶电力系统基本知识
• 四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择
⑶. 负荷表的编制
1）根据轮机、舾装等专业提供的数据选择电动机和电气设备，并计算各 电动机和电气设备的额定所需功率 2）根据船舶类型选择所需计算工况，确定各工况下所需使用的电动机、 电气设备和使用情况，并进行分类 3）确定负荷系数，并计算各用电设备的实际使用功率
3、用电设备到主（分）配电板间的电缆，按用电设备容量选取，电缆过载即用 电设备过载，这段电网由用电设备过载保护装置实现保护。
因此，船舶电网的过载保护一般无需单独设置保护装置。
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• 五、船舶电网
4. 船舶电网的保护
⑵. 船舶电网的短路保护
发电机和负载设有短路保护装置，故电网 的短路保护也无需装设专门的保护装置。
第一节 船舶电力系统基本知识
• 四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择
2. 电站容量的确定与发电机组台数的选择
⑴. 满足船舶在各项运行工况下用电量的需求 ⑵. 每台发电机组的最高负荷为80～85%左右 ⑶. 必须设有备用发电机组 ⑷. 一般应选用同容量同型号的发电机组 ⑸. 使用的发电机组台数应尽可能少些，一般选用三台发电 机组
船舶电站容量的计算方法：
昼夜航行图表法和负荷系数法。 负荷系数法可分为：需要系数法和三类负荷法。 海上运输船舶一般使用三类负荷法来确定电站的容量。
发电机的容量和台数确定还与船舶运行工况有关。因为不 同工况下用电量不同。
第一节 船舶电力系统基本知识
• 四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择
1. 船舶运行状态及用电设备的分类
P4 ＝
P1 ηn
5）电动机实际消耗的功率P5
P5 ＝
P3 η
ηn ：电机额定效率
＝ K3
P1 η （电机实际效率）
第一节 船舶电力系统基本知识
• 四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择
6）同一类负荷有n台机组时，所需电网供给有功功率P6 P6 ＝P5·n
7）同组用电设备所需电网供给有功功率P0 P0 = P6·K0 = nK1K2K0P1 /η
配电装置∶ 配电装置是对电源和负荷进行分配、监视、 测量、保护、转换、控制的装置 。
电网∶ 电网是联系发电机、主配电板、分配电板和负荷间 的中间环节，是将电源的电能输送到负荷端的媒体。 是全船电缆电线的总称。
负载∶ 取用电能的装置或设备。如：电动机、电加热器、 照明等。
第一节 船舶电力系统基本知识
对第Ⅱ类负荷 一般同时工作系数K0Ⅱ在0.3左右 10）计入电网损耗5%
11）某状态下需发电机供给的总功率
总有功功率 PΣ=（K0ⅠPⅡ＋ K0ⅡPⅡ）·1.05 总无功功率 QΣ=（K0ⅠQⅠ＋ K0ⅡQⅡ）·1.05
12）该状态下平均功率因数cosφ
tanφB ＝ QΣ / PΣ
φB ＝ tan –1QΣ/ PΣ
• 五、船舶电网
1. 船舶电网的线制
•三相三线绝缘系统 照明、动力隔离，相互影响小。
安全可靠。应用普遍。
•三相四线系统 容易发生பைடு நூலகம்电事故，安全性差。
船舶较少采用。
•利用船体作中性线回路的三相三线系统
易发生触电伤亡事故，极不安全。一般不允许建造。
船舶电网形式：供电网络、配电网络。
2. 船舶电网的供电网络
馈线式：便于集中控制、可靠性高、但主配电板尺寸大、耗用电缆多， （放射式）成本高。
海船的一次配电和二次配电网络的动力电网采用馈线式供 电。
干线式：主配电板尺寸小、耗用电缆少，成本低。但供电可靠性差。
小型船舶、照明电网大多采用干线式供电。
M
G1
M
G1
＋
＋
G2
M
G2
＋
＋
a)馈线式 图1-4 一次配电网络结线方式示意图
船舶运行工况一般可分为5种： 航行工况、进出港工况（狭窄航道航行工况）、
停泊工况、装卸货作业工况及应急工况 。
用电设备可分成： •动力装置用辅机（如：滑油泵、燃油泵、分油机、空压机等） •甲板机械（如：起货机、锚机、绞缆机、舵机等） •舱室辅机（如：消费泵、压载泵、舱底泵等） •冷藏通风机械（空调、冰机、通风机等） •机修机械（车床、钻床、电焊机等） •照明及生活用电设备（电炉、照明灯具、风扇等） •无线电通讯、导航设备（雷达、甚高频、单边带电台等） •其他设备 （侧推器等）
配电装置：用来接受和分配电能的电气装置。包含开关 电器、保护装置、自动化设备、测量仪表、母线等。
1. 船舶配电装置分类
⑴. 主配电板 控制和监视主发电机的工作，并对全船电网进行配电。
⑵. 应急配电板 控制和监视应急发电机的工作，并对应急电网进行配电。
⑶. 充放电板 控制和监视充放电设备，并对低压电网进行配电。
8）无功功率Q0的计算 Q0 ＝P0 tanφ
K0:设备同时使用系数。
φ——电动机的实际功率因数角
9）各组设备间总同时工作系数K0Ⅰ、K0Ⅱ
对第Ⅰ类负荷，考虑到各辅机和用电设备最大负荷的不同时性，同 时系数K0Ⅰ通常可选0.8～0.9
第一节 船舶电力系统基本知识
• 四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择
第一节 船舶电力系统基本知识
• 五、船舶电网
3. 船舶电网的配电网络
配电网络：主配电板及应急配电板到负载之间的网络。
• 一次配电网络：主配电板与分配电板之间、主配电板和其直接供 电负载之间的网络。
• 二次配电网络：分配电板到各用电负荷之间的网络。
⑴. 船舶配电网络分类
1）动力电网 连接电机；大于600W 电热器；1KW 灯 2）照明电网 主配电板供电给照明变压器，经降压后回到主配电板
1个同步表
发电机选择； 线电压选择；
发电机合闸、跳闸转换开关； 调速开关； 遥控启动、停机转换开关；
第一节 船舶电力系统基本知识
• 六、船舶配电装置
3. 配电装置的维护与保养
⑴. 主配电板维护周期及技术要求 P11 1、表面 2、主开关 3、充磁装置
第一节 船舶电力系统基本知识
• 三、船舶电力系统的基本参数
基本参数是指： 电流种类（电制）、额定电压、额定频率等级。
1. 电制的选择
20世纪50年代以前采用直流电力系统； 60年代以后主要是交流电力系统；70代以后主要是交流电力系统。 交流电力系统：设备结构简单、体积小、重量轻、运行可靠、维护保养方便
第一节 船舶电力系统基本知识
• 四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择
3. 三类负荷法 ⑴. 负荷分类
1）第Ⅰ类负荷：连续使用的负荷 2）第Ⅱ类负荷：短时或重复短时使用的负荷
3）第Ⅲ类负荷：偶然短时使用的负荷或按操作规程可在电站高峰负 荷时间以外使用的负荷
⑵. 负荷的计算
1）电动机利用系数K1 通常电机功率应略大于机械设备的功率，以保证有一定的功率 储备。 K1= P2 / P1
P1:电机额定功率。P2:机械设备的额定功率。
第一节 船舶电力系统基本知识
• 四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择
2）机械负荷系数K2 3）电动机负荷系数K3
P3：机械设备实际使用功率；
K2 = P3 / P2 P2：机械设备额定功率。
K3 = P3 / P1 =K1 K2
4）电动机以额定功率运行时从电网吸收的功率P4
M
M
a) 三相三线绝缘系统
M
M
b) 三相四线系统
供电网络：是指主发
电机与主配电板之间、
应急发电机与应急配
电板之间、主配电板 之间、主配电板与应
G1
急配电板之间的电气 G2 连接网络。
MSB
ESB
图1-3 单主电站供电网络
M
M
c) 利用船体作中性线回路的三相三线系统
图1-2 三相交流系统船舶电网线制
EG
4）计算每一工况下各类负荷的总功率 5）按其同时系数K0Ⅰ和K0Ⅱ并计及电网损耗5%，确定各状态所需电站 功率
6）根据上述计算，选择发电机组的功率和数量，并核算各工况下发电 机的负荷百分率，一般来说发电机应有10～20%的储备功率，最后用 Pmax来校验发电机的过载能力是否满足
第一节 船舶电力系统基本知识
⑷. 岸电箱 连接岸电网的装置。
⑸. 分配电箱 向成组的用电设备进行配电。
第一节 船舶电力系统基本知识
• 六、船舶配电装置
2. 船舶主配电板
一般由：发电机控制屏、负载屏、并车屏、汇流排（母线）组成。
⑴. 主配电板的功能 1）根据需要接通或断开电路（手动或自动）。 2）当电力系统发生故障时，保护装置能按要求动作，切除故障设备 或网络，或发出报警信号。 3）测量和显示运行中个各电气参数，如电压、电流、功率、功率 因数等。 4）能对电站的电压、频率，以及并联运行的各发电机组的有功、无 功功率进行调整。 5）能对电路状态、开关状态以及偏离正常工作状态进行信号显示。
⑸. 汇流排
由铜质材料制作而成。最大允许温升为45度。 交流汇流排颜色：第1相绿色，第2相黄色，第3相褐色或紫色，中性线为浅 蓝色。
Cosco Antwerp轮主配电板
⑵.发电机控制屏
⑷. 并车屏
并车屏外观图：
4个功率表 2个频率表（母线；发电机） 2个电压表（母线；发电机）
1个LCD电子触摸屏
2. 额定电压的选择 动力电网 440V、380V 照明电网 220V、110V 弱电电网 24V
3. 额定频率的选择
与陆上标准相同：50Hz、60Hz
第一节 船舶电力系统基本知识
• 四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择
掌握船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择能使管理 人员深入了解电站特点、发挥电站功能，使电力系统更安 全、可靠、经济运行。
M b)干线式
第一节 船舶电力系统基本知识
• 五、船舶电网
4. 船舶电网的保护
指的是系统发生过载、 短路时对电缆的保护。 ⑴. 船舶电网的过载保护
1、发电机与主配电板的供电网络，电缆按发电机容量选择，电缆过载即发电机 过载，这段电网由发电机过载保护装置实现。
2、各级配电板的电缆，是按总负荷和同时工作系数算得，个别负荷过载不会引 起该电缆过载，故不设过载保护装置。
船舶电站及自动化
蔡红辉
湖北交通职业技术学院
第一章 船舶电力系统与配电装置
第一节 船舶电力系统基本知识
• 一、 船 舶 电 力 系 统 的 组 成
第一节 船舶电力系统基本知识
• 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、电网、负载四部分组成。
电源∶ 电源是将机械能、化学能等能源转变成电能的装置。 船上常用的电源装置是：柴油发电机组和蓄电池。
短路保护的选择性
是指只切除故障部分电路。
ACB
G
t1 , I1
MCCB t2 , I21
MCCB t2 , I22
M
MCCB t3 , I31 M MCCB t3 , I32 M
按时间原则整定，则应有
图 1-5 船舶电网短路保护示意图
t1 > t2 > t3
选择性能得到保证。但可能损坏发电机，同时 对电网和负载冲击较大。