船舶电气与通讯-第二章-船舶电力系统

第二章第二章船舶电力系统船舶电力系统2.1船舶电力系统组成2.2船舶电力系统特征及基本要求2.3船舶电力系统的基本参数2.4船舶电力系统的类型2.5船舶电力系统中常用控制电器2.1船舶电力系统的组成•船舶电源装置•船舶配电装置•船舶电力网•负载•控制电器•电工测量用仪器、仪表图2-1典型船舶电力系统简图图2-1典型船舶电力系统简图将机械能、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。船舶电源按作用分为：主电源、应急电源、临时应急电源1.船舶电源装置柴油机发电机2.配电装置对电源即发电机发出的电能、电力网和电力负载进行保护，分配，转换，控制和检测的装置。根据供电范围和对象的不同可分为主配电板、应急配电板、动力分配电板、照明分配电板和蓄电池充放电板等。3.船舶电力网是全船电缆电线的总称，作用是将各种电源与负载按一定关系连接起来。根据其所接负载的性质，可分为动力电网、低压电网、照明电网、应急电网和小应急电网等。车床、钻床、电焊机和盘车机等。①动力装置用辅机滑油泵、海水冷却泵、淡水泵、鼓风机等。②甲板机械锚机、绞缆机、舵机、起货机、舷梯机和起艇机等。③舱室辅机生活用水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等。④机修机械4.负载:用电设备，按系统可分为以下几类：⑤冷藏通风空调装置、伙食冷库等用的辅机和通风机等。⑥厨房设备电灶、电烤炉等厨房机械用辅机和电茶炉等。⑦照明设备机舱照明、住舱照明、甲板照明等照明设备，还包括航行灯、信号灯以及电风扇等。⑧弱电设备无线电通信、导航和船内通信设备等。⑨自动化设备及其他自动化装置、蓄电池充放电设备、冷藏集装箱和艏侧推装置、电力推进船舶或特种工程船舶使用的推进电动机、生产机械和专用设备等。主要有各种类型的控制箱、接触器、继电器、各种控制器和主令电器等。5.控制电器6.电工测量用仪器、仪表船舶上常用的电工测量仪表有万用表、兆欧表、钳形电流表、交（直）流电压表、电流表、功率表、功率因数表、频率表、交流并车屏上的整步表、平时用于检修的直流稳压电源和自耦变压器、示波器等。　图2-11、船舶电站容量较小2.2船舶电力系统的特征及基本要求一、船舶电力系统的特征2、船舶电网线路短3、船舶电气设备工作环境恶劣　2.适应倾斜和摇摆的条件3.适应环境温度的条件4.耐受潮湿、盐雾、油雾和霉菌的条件二、电气设备船用条件1.适应振动冲击的条件5.满足外壳防护要求　船用电气设备应满足的振动冲击要求船用电气设备应满足的倾斜角(º)要求船用电气设备应满足的环境温度的要求船用电气设备应满足的外壳防护等级确定基本原则（1）世界各国对电压等级的选用与本国陆上电制参数一致，使船舶电气设备具有通用性。2.3船舶电力系统的基本参数基本参数包括：电流种类、额定电压、额定频率和线制（2）保持船舶电站基本参数统一。　（3）船舶电站参数与其可能协调工作其它船舶基本参数一致。　船舶电力系统分为：直流电力系统和交流电力系统。1.电流种类(电制)早期船舶多采用直流电力系统。上世纪50年代开始，交流电制逐渐取代直流电制，目前几乎所有大中型船舶均采用交流电力系统。（2）动力电网和照明电网之间的联系通过变压器，只有磁的关系，没有电的关系；（3）交流电气设备质量小、体积小、价格便宜。交流电制优点（1）采用船用交流同步发电机，结构简单，工作可靠；2.额定电压世界各国对电压等级的选用与本国陆上电制参数一致，使船舶电气设备具有通用性。（1）用电设备的额定电压电力线路在有电流通过时产生电压降，线路上各点电压略有不同。用电设备额定电压与同级电网额定电压相同　（2）发电机的额定电压电力线路允许的电压偏差为±5%，为使线路的平均电压维持在额定值，线路首端（电源端）的电压宜较线路额定电压高5%。　（3）电力变压器的额定电压电力变压器的一次绕组额定电压电力变压器的二次绕组额定电压　同一电压等级的额定电压，针对电源设备和用电设备其数值有所不同。　我国《钢质海船入级规范》规定：非电力推进船舶的限制电压为500V，动力负载、具有固定敷设电缆的电热装置等的额定电压为380V，照明、生活居室的电热器限制电压为250V，额定电压为220V。　常见电压等级为：交流380V/220V。发电机额定电压为400V；动力电力设备额定电压为380V；照明、生活居室的电热器额定电压为220V；照明变压器的一次/二次侧的额定电压为400V/230V3.额定频率等级我国采用50Hz，西欧各国、美国采用60Hz的频率标准。使用60Hz额定频率的发电机和电动机可以获得较高的同步转速，而使用50Hz额定频率具有较低的电磁损耗。4.线制我国船级社的相关规范规定船舶配电采用以下线制（1）直流：双线绝缘系统（下图a）、负极接地双线系统（下图b）、利用船体做负极回路的单线系统（下图c）a直流配电系统bc动力系统与照明系统采用变压器隔离,绝缘性能相对较好,安全可靠。三相三线绝缘系统（2）交流三相绝缘系统中性点接地的三相四线系统照明和动力系统由同一电源供电，无需采用变压器。相互影响大,可靠性降低,安全性差。中性点接地的三相四线系统中性点接地的三相三线系统利用船体作为中线形成回路，节省电缆,容易发生触电和短路故障。中性点接地三相系统2.4船舶电力系统的类型1、单主电站电力系统2、多主电站的交流电力系统3、交直流混合电力系统4、交流电力推进联合电力系统5、直流电力推进联合电力系统1、单主电站电力系统主电站常设置两台以上交流发电机组，常用于各种民用船舶和军辅船。除配置主发电机组，保证船舶正常运行工况下各种用电设备的供电外，还配有停泊发电机或应急发电机，用于保证船舶处于低负荷、应急或其他特殊工况下部分用电设备的供电。2、多主电站的交流电力系统船舶上设有两个及两个以上主电站的电力系统，这些电站分散布置在船舶比较安全的部位，保证电力系统具有较高的供电可靠性和生命力。这种系统常用于战斗舰艇、核动力船或其他对供电可靠性有较高要求的船舶上。3、交直流混合电力系统一种交流发电机组和直流蓄电池组混合构成的电力系统，主要用于潜艇等特种舰艇。它可以在蓄电池中储存电能，有较高的供电可靠性。根据船舶主要用电设备是交流还是直流，又可分为交流供电系统和直流供电系统。4、交流电力推进联合电力系统电力推进的船舶(如破冰船、工程船等)，常采用将船舶电力推进主机电源和船舶动力照明电源两者合一的电力系统，这样的电力系统具有更大的经济性和机动性5、直流电力推进联合电力系统常规潜艇早期应用较多的一种电力系统，既可由蓄电池供电，也可由推进发电机供电。2.5常用控制电器电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理量），自动或手动接通和断开电路，从而断续或连续地改变电路参数或状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节用的电气元件或设备。什么是电器低压电器：常指用于交流额定电压1200v、直流额定电压1500v及以下的电路中的电器产品2.52.5常用控制电器常用控制电器时间继电器热继电器按钮熔断器限位开关接触器组合按钮中间继电器一、主令电器主令电器是用作接通、分断及转换控制电路，以发出指令或用于程序控制的开关电器。主令电器可以切换控制线路的单极或多极电器，其触头容量小，不能切换主电路。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控制。主令电器主要包括按钮、万能转换开关、行程开关、主令控制器等。返回主令电器1．按钮开关（图2-2）2．万能转换开关（图2-3）3．限位开关（图2-4）4．主令控制器（图2-5）1.按钮开关按钮开关通常用来接通或断开控制电路，通过手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁起动器等，从而控制电动机或其他电气设备的运行。图2-2控制按钮结构示意图1-按钮2-复位弹簧3-常闭静触头4-动触头5-常开静触头2.万能转换开关万能转换开关是一种多档位、多段式、控制多回路的主令电器，当操作手柄转动时，带动开关内部的凸轮转动，从而使触点按规定顺序闭合或断开如图2-3所示。（a）结构图（b）示意图（c）触头闭合表图2-3万能转换开关3.限位开关限位开关又称行程开关，是一种将机器信号转换为电气信号，以控制运动部件位置或行程的自动控制电器。是一种常用的小电流主令电器。利用机械运动部件的碰撞或接近来控制其触头动作的开关电器。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。常用型式有按钮式和转臂式两种(a)按钮式；(b)转臂式；(c)电路符号图2-4行程开关返回3.主令控制器主令控制器是一种多位置多回路的控制开关，适合于频繁操作并要求有多种控制状态的场合，例如起货机、锚机和绞缆机的控制等。（a）结构示意图（b）电路符号图2-5主令控制器返回二、熔断器熔断器是一种最常见、最简单的保护电器，主要作短路保护，有时也可起过载保护作用。其主要组成为熔体和安装熔体的熔管（熔座）。串联在被保护电路或设备的前面。螺旋式熔断器瓷插式熔断器熔断器按结构可分为：开启式、半封闭式和封闭式三种。封闭式熔断器又分为无填料管式、有填料管式和有填料螺旋式等，如图2-6（a）、（b）所示，熔断器的保护特性如图2-6（c）所示，其电路符号图2-6（d）所示。图2-6熔断器返回（a）管式熔断器（b）螺旋式熔断器（c）保护特性（d）电路符号1．熔断器的结构和特征（1）插入式熔断器（2）螺旋式熔断器（3）管式快速熔断器插入式熔断器螺旋式熔断器管式快速熔断器2．熔断器的选用（1）电灯支路：熔体额定电流≥支路上所有电灯的工作电流之和。（2）单台直接起动电动机：熔体额定电流＝（1．5～2．5）×电动机额定电流（3）配电变压器低压侧：熔体额定电流＝（1～1．2）×变压器低压侧额定电流3．熔断器使用时的注意事项（1）根据各种电器设备用电情况（电压等级、电流等级、负载变化情况等），在更换熔体时，应按规定换上相同型号、材料、尺寸、电流等级的熔体。（2）按线路电压等级选用相应电压等级的熔断器，通常熔断器额定电压不应低于线路额定电压。（3）根据配电系统中可能出现的最大短路电流，选择具有相应分断能力的熔断器。（4）在电路中，各级熔断器应相应配合，通常要求前一级熔体比后一级熔体的额定电流大2～3倍，以免发生越级动作而扩大停电范围。（5）不能随便改变熔断器的工作方式，在熔体熔断后，应根据熔断管端头上所标明的规格，换上相应的新熔断管。不能用一根熔丝搭在熔管的两端，装入熔断器内继续使用。（6）作为电动机保护的熔断器，应按要求选择熔丝，而熔断器只能作电动机主回路的短路保护，不能作过载保护。（7）在下列线路中，不允许接入熔断器①接地线路中。②三相四线制的中性线路中。③直流电动机的励磁回路。三、接触器接触器是利用电磁吸力原理用于频繁地接通和切断大电流电路(即主电路)的开关电器。接触器按控制电流的种类可分为：交流接触器和直流接触器，两类接触器在触头系统、电磁机构、灭弧装置等方面均有所不同。按操作方式分有：按操作方式分有：●电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器；按灭弧介质分有：按灭弧介质分有：●空气电磁式接触器、油浸式接触器和真空接触器等；按主触头控制的电路种类分有：按主触头控制的电路种类分有：●交流接触器、直流接触器、切换电容接触器等；按电磁机构的励磁方式分有：按电磁机构的励磁方式分有：●直流励磁操作与交流励磁操作两种。1．交流接触器z图2-7是交流接触器的结构图和原理图。它主要是由电磁铁和触点组两部分组成。z按状态的不同，接触器的触点分为动合（常开）触点和动断（常闭）触点两种。接触器在线圈未通电时的状态称为释放状态；线圈通电、铁心吸合时的状态称为吸合状态。接触器处于释放状态时断开、而处于吸合状态时闭合的触点称为动合触点；反之称为动断触点。辅助触点既有动合触点，也有动断触点，通常接在由按钮和接触器线圈组成的控制电路中，以实现某些功能，这部分电路又称辅助电路。图2-8为接触器点动控制电路。图2-9为接触器连续运行控制电路。（a）结构图（b）原理图图2-7交流接