第2章-船舶电力系统设计概述

船舶电气航运与船舶工程学院船舶电气船舶电气航运与船舶工程学院第2章船舶电力系统设计概述§2-1.船舶电力系统设计概述§2-2.船舶电气设备的船用条件及要求船舶电气航运与船舶工程学院§2-1.船舶电力系统系统设计概述本节主要内容1.船舶电力系统的设计内容：主要了解设计的流程和阶段设计的任务和要求。2.船舶电力系统设计的具体任务：主要掌握设计具体设计的6个部分3.船舶电力系统的设计步骤：主要掌握设计的内容和设计的顺序。4.船舶电力系统设计的规范和标准主要了解国内外有关电力系统设计的规范和标准船舶电气航运与船舶工程学院船舶电力系统的设计：是根据设计任务书的要求，按总体设计意图，根据规范和标准，拟定电力系统的功能要求，选择设计方案和设备的选型。采用分阶段设计：初步设计（概念设计）总体概貌，总体设计成败的关键。技术设计（详细设计）图纸和资料被船检局审查后作为施工设计的依据。施工设计（生产设计）船舶建造的设计,生产细节的设计。一、船舶电力系统的设计内容1、初步设计——主要内容：初步估算全船的电力负荷，确定电力系统的主要组成、运行功能及重要设备的选型方案、主要电力设备的总体布置。设计提供的资料：电力负荷计算书、主配电板单线图、主要电力设备订货明细表、电力设备的布置方案及解决关键技术问题的报告等。船舶电气航运与船舶工程学院2、技术设计——主要内容：充实初步设计，在技术细节上更加完善，提供图纸和资料交船检局或相关部门审查后作为施工设计的依据。技术设计阶段需完成的图纸和资料全船电力负荷计算书电力系统图(一、二次)MSB电路图应急配电板电路图蓄电池充放电板电路图全船电气设备布置图主干电缆敷设图电气设备订货明细表全船电气系统和设备说明书试航试验大纲一次图是指包含有电力系统发电、输电设备以及主接线形式的图，也叫电力系统一次接线图。图中通常反映一次主接线形式，发电机、变压器的台数，接线形式，断路器、互感器、避雷器、熔断器的配置。二次图是指电力系统二次设备接线图，主要指二次设备的测量、保护接线图。船舶电气航运与船舶工程学院3、施工设计（生产设计）——主要内容：将技术设计实施为船舶建造的设计,主要为生产细节的设计。要求：①在做生产设计的过程中，要科学合理地规划船舶建造的整体方案，达到船机电一体化的要求。②减少船舶在生产过程中各专业的施工矛盾，有效加强生产过程中的材料管理，节约成本，提高的生产效力。设计提供的资料：①绘制全船施工所需全部图纸②电力设备型号和材料订货明细表③船厂自制件清单和图纸④电力设备重量重心计算表⑤编写电力系统操作、维护和使用技术条令等船舶行业采用多种先进的造船设计软件来辅助生产管理和生产设计图纸船舶电气航运与船舶工程学院4、船舶电力系统的设计要求①熟悉现行船舶设计规范，了解发展现状，设计合理，电力系统具有高可靠性。②所选电气设备具备三防（防盐雾、防油雾、防霉菌）并具有防火、防燃、防爆性能和耐冲击、振动、摇摆等性能，较高温度和大于95%的相对湿度能正常工作，选用体积小，重量轻的设备。③保证人身安全，防止触电。④防电磁干扰措施，保证在环境中正常工作。船舶电气航运与船舶工程学院二、船舶电力系统设计的具体任务1.决定船舶电网的电压、频率和船舶电力系统的配电方式等。2.选择电源装置。主发台数容量，应发容量，变压器蓄电池容量3.设计配电装置。主配电板、应急配电板，充放电板的结构的设计，开关选择等4.设计船舶电网。全船电网，设备布置，电缆选择。5.船舶电力系统短路电流的计算。6.船舶电力系统的保护设计。发电机，电网，变压器，电动机船舶电气航运与船舶工程学院三、船舶电力系统设计的步骤设计与多专业有密切联系，必须协调配合。总体来讲一般步骤为：1.根据要设计的船种，船型和主机及规范和船东要求决定电力系统参数2.根据轮机等专业的辅机明细进行全船电力负荷计算，确定发电机容量和台数。有应急发电机进行应急负荷计算，确定应急发电机容量。3.变压器供电的设备变压器容量计算确定台数4.蓄电池容量，充放电方式5.设计全船电网6.短路电流计算，大功率设备启动瞬态电压计算7.电力系统电压降计算，校核电缆是否满足电压降要求8.设备布置图设计，设备多的应绘制舱室布置图9.编制技术文件说明书、设备明细表试车试航大纲等流程图船舶电气航运与船舶工程学院四、船舶电力系统设计的规范和标准船舶电力系统采用标准化和规范化设计，是提高质量，保证安全的可靠保证，设计人员必须通晓船舶设计规范相应的标准，关心新规范和标准的发展，修改和更新，参照最新版本。1、国内规范和标准船舶规范由中国船级社CCS制定和发布表1-1船舶建造规范船舶专业标准（三级）★国家标准GB中华人民共和国国家标准国家质量监督检验检疫总局发布★行业标准CB中国船舶行业标准船舶主管部门制定发布★企业标准Q企业制定表1-2船舶电力系统有关现行标准船舶电气航运与船舶工程学院GB/T指推荐性国家标准GB/Z指国家指导性标准现行作废船舶电气航运与船舶工程学院船舶电气航运与船舶工程学院2、国外较先进标准由国际标准化组织ISO国际电工委员会IEC国际海事组织IMO等组织制定的标准先进国家的标准有：ANSI美国国家标准IEEE美国电气与电子工程学会DIN德国国家标准NF法国国家标准JIS日本国家标准主要的船级社：（ABS）美国船级社（BV）法国船级社（DNV）挪威船级社（LR）英国劳氏船级社（GL）德国劳氏船级社（NK）日本海事协会（RINA）意大利船级社（KR）韩国船级社船级社（或称验船协会、有时统称为验船机构）是一个建立和维护船舶和离岸设施的建造和操作的相关技术标准的机构。通常为民间组织。船舶电气航运与船舶工程学院§2-2.船舶电气设备的船用条件及要求本节主要内容主要是：1.船用条件；2.船舶电气设备的要求。船用条件是指船舶环境条件和工作条件。即船舶所处的气候环境、生物环境条件、化学活性物质、机械化学活性物质和机械环境条件船舶电气航运与船舶工程学院船舶电气设备工作条件比陆地恶劣得多，环境条件对电气设备的运行性能和工作寿命有严重影响。1.当环境温度高时，会造成电机出力不足，绝缘加速老化。相对湿度高则会使电气设备绝缘受潮、发胀、分层及变形等，使绝缘性能降低，并且会使金属部件加速腐蚀。2.空气中的盐雾、油雾的存在，霉菌的生长及灰尘粘结都能使电气设备绝缘下降、工作性能受到影响。3.当船舶营运时常常受到严重的冲击、振动、倾斜和摇摆时，也会造成电气设备损坏、接触不良或误动作。由此可见，船用电气设备必须满足“船用条件”的要求。船舶电气航运与船舶工程学院船用条件1、环境条件所有电气设备均应能在下列环境条件下正常工作。但适用于电子设备的环境空气温度上限为550C船舶电气航运与船舶工程学院2.船舶正常运营中所产生的振动和冲击。由于振动可使电气设备的固定或连接部件松脱，使部件结构损坏或失灵，因此这些部件要有防松脱的措施。对受振动影响较大的设备应有减振或隔振措施，并且具有坚固的耐振动和抗冲击的机械结构。3.潮湿空气、盐雾、油雾和霉菌。潮湿和盐雾在绝缘材料表面形成漏电薄膜，在湿热条件下霉菌分泌有机酸，加剧了表面的潮湿性。油雾和灰尘粘附于表面也增加了表面的漏电，而且阻碍散热使温升增高，潮湿的水分子渗入绝缘材料的裂缝和毛细孔中，使漏电流增大导致绝缘电阻的下降。船舶电气航运与船舶工程学院4.倾斜摇摆如表。①可能同时发生横向和首尾向倾斜；②装运液化气体和化学品的船舶，其应急电源还应在船舶进水以致于最终横倾达300的极限状态下能保持供电船舶电气航运与船舶工程学院5.适应船舶电网电压和频率的波动设备参数稳态(%)瞬态%恢复时间(s)一般交流设备电压+6～-10±201.5频率±5±105由直流发电机供电或经整流器供电的直流设备电压±10--电压周期性波动5--纹波电压10--由蓄电池供电的设备：充电期间接于蓄电池者充电期间不接于蓄电池者电压电压+30～-25+20～-25--船舶电气航运与船舶工程学院6.防护要求为了避免电气设备受到外部固体和液体异物的侵入而发生故障或损坏，为避免人身遭受触电和机械伤害，一般电气设备都应有防护壳罩。由于一些舱室机器密布，空间狭小低矮，存在着设备或人员遭受各种侵害的复杂环境，因此船用电气设备的防护等级类型也比较复杂多样。我国电气设备的防护等级采用国际电工委员会（IEC）推荐的国际防护IP等级标准。防护标志IP后面第一位数字表示防护固体异物侵入的等级，第二位数字表示防水液侵入的等级。两位数字的意义见下表船舶电气航运与船舶工程学院船舶电气航运与船舶工程学院船用电气设备根据安装处所的不同有不同的最低防护等级要求：①只存在与带电部分接触危险的干燥舱室为IP20级。②存在滴水和（或）中等机械伤害的机器舱室、控制室和配膳间等处所为IP22级，其附具（开关、分电箱等）为IP44级。③存在较大水和机械侵害危险的机器处所（如机舱花铁板以下）为IP34级，其附具为IP55级。船舶电气航运与船舶工程学院④存在较大水和机械侵害危险的压载泵舱、冷藏舱、厨房和洗衣间等处所为IP44级，其附具为IP55级。⑤存在喷水、货物粉尘、严重机械伤害、腐蚀性气体的双层底中的轴隧、管隧、干货舱等处所为IP55和IP56级。⑥存在大量水浸入危险的露天甲板为IP56级。7.电气设备的尺寸和质量满足尺寸小，质量轻要求由于船舶环境的限制，应在满足所需电气特性的前提下，尽量选用外形尺寸小的电气设备。在不影响设备性能和强度的前提下，尽量选用由轻质材料制造的电气设备，还应考虑运输，安装和检修的便利。船舶电气航运与船舶工程学院作业:思考题:P171-5船舶电气航运与船舶工程学院船舶电气航运与船舶工程学院电力一次系统图船舶电气航运与船舶工程学院电力二次系统图船舶电气航运与船舶工程学院船舶电气航运与船舶工程学院船舶电气航运与船舶工程学院船舶电气航运与船舶工程学院船舶电气航运与船舶工程学院机舱—电气设备布置图船舶电气航运与船舶工程学院主干电缆走向图船舶电气航运与船舶工程学院应急发电机安装图船舶电气航运与船舶工程学院船舶电气航运与船舶工程学院船舶电气航运与船舶工程学院船舶电气航运与船舶工程学院船舶电气航运与船舶工程学院船舶电气生产设计简介(1)系统设备的建模和布置工作：（如图1所示）首先，根据电气设备样本中所需要的设备工作图，利用软件的模块，对所需要的设备建模；其次，根据电气系统图，利用软件的模块，将设备模型放置到船体结构的模型中去。图1船舶电气航运与船舶工程学院(2)计算电装件通道宽度：按电气各系统电缆走向和数量来计算。(3)电装件建模及其通道布置：（如图2所示）首先，根据电装件标准，运用软件的模块，将电装件模型建好；其次，将建好的电装件模型，根据生产设计要求放置到船体结构的模型中去图2船舶电气航运与船舶工程学院(4)Cableway的建模：Cableway模型是电缆建模的一个重要通道。可以根据已完成的电装件通道模型，运用TribonM3-Modelling模块中的Cableway菜单，将Cableway模型建好。（如图3所示）图3-Cableway模型船舶电气航运与船舶工程学院(5)Cable的建模：根据设备之间的Cableway通道的连接，运用TribonM3-Modelling模块中的Cable菜单，将Cable的模型建好。图4-Cable的模型(6)电气生产设计图纸的出图船舶电气航运与船舶工程学院标准电缆托架船舶电气航运与船舶工程学院制作件电缆托架船舶电气航运与船舶工程学院BH型电缆框电装件通道由托架电缆框扁铁填料函等组成船舶电气航运与船舶工程学院船舶诸要素确定系统参数、辅机明细电力负荷计算确定电源组成确定发电机、变压器容量和台数选择配电电器电网设计电力设备布置规范、标准图样化、文件化船东要求短路电流计算瞬态电压计算电压降计算电缆修正设计的步骤流程