第12章船舶电力系统概述

船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室第12章船舶电力系统概述§12.1概述§12.2配电装置§12.3万能式自动空气断路器§12.4船舶电网§12.5电网的保护及保护装置§12.6同步发电机的保护及保护装置§12.7轴带发电机装置§12.8船舶中压电力系统船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室内容简介本章主要介绍了船舶电力系统的组成、特点和基本功能，对配电装置中的重要设备和部件（包括配电板，应急配电板，蓄电池，充放电板，岸电箱和万能式自动空气断路器）作了详情的叙述，此外，对船舶轴带发电机主要类型及工作原理作了简单介绍。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室§12.1概述12.1.1系统的组成及特点1)船舶电力系统的组成电源装置配电装置电力网负载船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室将机械能、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。(1)电源装置柴油机发电机船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室(2)配电装置对电源和用电设备保护、监测、分配、转换、控制的装置。按用途可分为主配电板、应急配电板、充发电板、区配电板、分配电板和岸电箱等几种。按形状分可分为垂直立式、台式、桌式和控制台式四种。按外壳结构可分为防护式、防滴式和防水式。(3)船舶电力网是全船电缆电线的总称，包括动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和弱电电网。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室电加热器、电风扇、电视机。1）各种电力拖动设备舵机、锚机、起货机、油泵及水泵等。2）船舶电气照明设备照明灯具，信号灯等。3）船舶通信导航设备无线电收发报机、声光报警装置、电车钟、舵角指示器、电罗经、雷达等。4）其他设备(3)负载:用电设备船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室（3）船舶是一个工作环境恶劣的场所。（1）船舶电力系统是一个独立的电力系统。（2）船舶电网的输电距离短，线路阻抗低，各处短路电流大。2)船舶电力系统的特点船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室我国采用50Hz，日本、美国等采用60Hz的频率标准。早期采用直流(调压容易，配电简单，调速平滑；但可靠性，经济性可维护性缺陷多)，由于电力电子技术发展，除少数特殊船舶，几乎所有大中型船舶均采用交流电力系统。2)额定电压等级交流船舶电网多数为380V或为440V。某些(电推)船舶上采用的6KV、3.3KV的电力系统。3)额定频率12.1.1系统的组成及特点1)电流种类(电制)船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室12.1.2发电机容量及台数确定的原则1)船舶的运行工况（5）应急工况货轮和油轮的典型运行工况大致划分如下：（1）航行工况（2）进出港工况（3）装卸货工况（4）停泊工况船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室2)确定电站容量的基本原则电站容量应能满足船舶在各种运行况下的用电量，并有适当的裕量，确保连续可靠的供电。但从经济性考虑，冗余功率又不能太大。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室3)发电机组容量和数量的选择原则（3）一般船舶电站设置2至3台(包括备用机组)同型号、同容量的机组，最多为4台(电力推进除外)。（1）应能满足船舶在各种运行工况下的用电量,并有适当的裕量,以保证连续可靠的供电。以实际用电量最大的运行工况为基础来确定。（2）裕量功率不能太大，以保证其经济性。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室(4)发电机组的总容量决定于电站的总容量，发电机组的单机容量和机组数量由以下几个基本原则确定：单机组容量(最高负荷80%确定为宜)船舶电站必须有备用机组(满足各种工况)各机组的使用寿命应与主机寿命相当维修管理方便船舶电站的实际容量综合考虑了船舶电动机的利用系数，负荷系数同时性系数等因素。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室12.1.4应急发电机容量的确定一般规范都规定客船和500总吨以上的货船应设有独立的应急电源。它可以是发电机(大应急)，也可以是蓄电池组(小应急)。作为应急电源使用的发电机称为应急发电机。应急发电机应具有独立的冷却和燃油供给单元，并设有满足规则要求的起动装置。当船舶发生火灾或其他灾害引起主电源供电实效时它能自动起动和自动向应急电网供电，尽快承担额定负载，最长时间不得超过45秒。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室确定应急发电机的容量通常基于下述设备所需的电功率，即：航行灯、信号灯、应急照明设备、应急报警和信号装置、火灾探测和报警装置及防火门的固定和释放系统；在紧急状态下所需要的船内通信设备、应急消防泵、自动喷水泵、应急舱底泵及其电动遥控设备、应急时使用的舵机、动力操作水密门及其指示器、报警器、其他需要应急发电机供电的用电设备一般应急发电机需对舵机之类较大的电动机负载供电，在确定容量时，应考虑到最大电动机起动时瞬态电压降的影响。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室§12.2配电装置12.2.1配电装置分类主配电板应急配电板蓄电池充放电板分配电板岸电箱和交流配电板船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室12.2.2主配电板的构成及功能由发电机控制屏、并车屏、负载屏和连接母线四部分组成。并车屏负载屏发电机控制屏船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室其下部分一般安装发电机的励磁控制装置；控制屏内装有逆功率继电器、仪用互感器。1)发电机控制屏用来控制、调节、监视和保护发电机组。每台发电机组均配有单独的控制屏。其上部分装有电流表及其转换开关、电压表及其转换开关、频率表、功率表、功率因数表；其中间部分安装发电机的主开关、原动机的调速开关、按钮等；船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室负载屏上装有装置式空气开关、电压表、电流表、转换开关、绝缘指示灯、兆欧表以及与岸电箱相连的岸电开关等。2)并车屏用作发电机组的并车整步操作。其面板上装有同步表、同步指示灯、转换开关、操纵按钮及指示灯等。有些并车屏里面还设有汇流排分段隔离开关、粗同步电抗器等。3.负载屏用来分配电能并对各馈电线路进行控制、监视和保护，并将电能供给各用电设备或分电箱。包括动力负载屏和照明负载屏。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室4)汇流排交流汇流排按从上到下(垂直排列)、从左到右、从前到后(水平布置)的顺序依次为A相(绿色)，B相(黄色)，C相(褐色或紫色)，中线为浅蓝色。直流汇流排按从上到下(垂直排列)、从左到右、从前到后(水平布置)的顺序为正极(红色)，负极(蓝色)，中线(绿色和黄色间隔)。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室12.2.3分配电板实际中,区配电板和分配电板统称为分配电板。区（分）配电板是向成组用电设备进行供电的开关和控制设备的组合装置。区配电板主要是控制其他区域配电板、分配电板或向正常工作电流大于16A的电气设备供电。分配电板一般只向单一性质负载供电,主要用作对额定电流不超过16A的最后分支电路进行电能分配。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室12.2.4应急配电板用来控制和监视应急发电机组的工作情况，并向船舶应急用电设备供电。应急配电板用于应急发电机控制和监视，并向应急用电设备供电。它与应急发电机组安装在同一舱室内，一般位于艇甲板上。应急配电板由应急发电机控制屏和应急配电屏组成，其上面安装的仪器仪表与主配电板基本相同。应急发电机总是单机运行，所以不需要并车屏、逆功率继电器和同步表。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室应急电网平时可由主配电板供电，当主发电机发生故障或检修时才由应急发电机组供电。主配电板连通应急配电板有供电联络开关,它与应急配电板的主开关之间设有电气联锁，以保证主发电机并向电网供电(即主网不失电)时，应急发电机组不工作。应急配电板的电源开关与主配电板接向应急配电板供电联络开关之间设有电气联锁。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室12.2.5充放电板船舶小应急照明，操纵仪器和无线电设备的电源均采用蓄电池，船舶设置充放电板对蓄电池进行充电、放电，实现向用电设备正常供电。（4）当主电网、应急电网都失电的情况下，能自动接通蓄电池的放电回路直接向小应急用户供电。（1）对船上安装的蓄电池组进行充电和放电；（2）控制和监视充电电源的工作情况；（3）将蓄电池组的电能分配给船上的低压用电设备；船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室12.2.6蓄电池1)蓄电池在船舶上的应用(1)作为应急电源或备用电源，一般商船都把蓄电池作为船舶小应急电源，在船舶主电网失电而应急发电机组尚未正常供电的时间内，蓄电池组则供电给小应急负载；(2)作为低压设备的电源（如供电给无线电收发报机、自动电话交换机和各种警报器）；(3)作为应急发电机组和救生艇上柴油机的起动电源，用作罗经的直流电源等。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室2)船用蓄电池的类别船用蓄电池有酸性蓄电池和碱性蓄电池两大类。酸性蓄电池也称为铅酸蓄电池，船用历史最久，常用于柴油机的起动和应急照明。碱性蓄电池包括镉-镍蓄电池、铁-镍蓄电池、锌-银蓄电池和镉-银蓄电池等，主要用于无线电通信设备。但价格较高，民用船舶较少采用。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室3)蓄电池的主要性能酸性电池的充放电曲线碱性电池的充放电曲线船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室4)蓄电池的结构及工作原理(1)酸性蓄电池酸性蓄电池的结构酸性蓄电池主要由容器、极板和隔板等几部分组正极的活性物质是二氧化铅（PbO2）负极的活性物质是海绵状纯铅（Pb）船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室酸性蓄电池的电解液为浓度在27％--37％的稀硫酸溶液，比重为1．28—1．31。酸性电池是利用铅、二氧化铅和硫酸的化学反应来储存电能和释放电能的，42442222SOPOHSOPPSOHOPbbbb放电充电正极电解液负极正极电解液负极船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室充电时电解液稀硫酸的比重会增加；放电时由于生成水，比重降低。实际工程中采用比重计来测量电解液的比重，从而估计出蓄电池电动势的大小。酸性蓄电池的电动势，主要与电解液比重d有关。比重高，电动势也高，E与d之间的关系可由经验公式来表示。dE84.0如在蓄电池充电完毕将外电路断开后，测得的比重为1.28时，则根据上式可估算出其电动势为2.12V。船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室(2)碱性蓄电池由容器、极板和活性物质构成碱性蓄电池可分为镉—镍(Cd-NJ)、铁-镍(Fe-Ni)、锌—银(Zn-Ag)、镉—银(Cd-Ag)等系列。船舶主要采用镉—镍、铁—镍蓄电池，下面以镉—镍碱性蓄电池为例作介绍。碱性蓄电池的电解液为20％的氢氧化钾(KOH)水溶液(或纯氢氧化钠溶液)，比重为1.2~1.27。蓄电池充电时将电能变为化学能储存起来，放电时将化学能变为电能输送给用电设备，两电极所发生的化学反应是可逆的。在充放电过程中总的化学反应方程式为：船舶电气设备及系统2019/8/3课件轮机学院电气及自动化教研室223)(22)()(22OHNKOHOHCOHNKOHCidid放电充电正极电解液负极正极电解液负极碱性蓄电池中每个电池