船舶电站第十二章船舶电力系统与配电装置.ppt

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1、第十二章 船舶电力系统与配电装置,12-1.船舶电力系统概述 12-2.自动空气断路器 12-3.船舶配电装置 12-4.发电机的保护,12-1.船舶电力系统概述,本节主要内容有六个部分 1.电力系统组成及特点； 2.电力系统基本参数； 3.电站容量与发电机组数量的确定 4.船舶电网 5.船舶电网绝缘监测 6.船用电缆,一、系统的组成及特点,配电装置：接受和分配电能的装置 由开关、母线、保护电器、自动化装置、测量装置等,船舶电力系统组成：,电源：发电机组和蓄电池。发电机组（柴油机，主电,源），蓄电池作为小应急电源。,组成。作用为分配、保护、监测、控制。 配电装置分为：主配电板、应急配电板、分配

2、电板、充放电板等,由电源、配电装置、电力网和负载组成。,船舶电力系统的特点： 主要3个。 1.独立系统，相对容量较小，易受影响； 2.输电距离短，短路破坏大； 3.船舶环境恶劣。,船舶电力网：电缆、电线总称。分为：动力、照明、,应急、低压和弱电等5种电网。将电源的电能送到负荷端的媒介。,额定频率：一般沿用陆地的频率标准，我国为：50Hz，一些国家如日本、美国等采用60Hz。,二、系统基本参数,基本参数有3个： 1.电流种类；2.电压；3.频率。,电流种类： 电制，指交流或是直流。,额定电压： 电压等级，电力、照明等。 我国：电力：400/380V；照明：230/220V。 注意：电源比负载高约

3、5 。,船舶电力系统的负载： 即用电设备，可分为4类。 1.电力拖动负载：包括甲板机械、舱室机械等； 2.照明负载：照明灯具，信号灯（重要设备）； 3.通讯导航设备：无线电、车钟、电罗经、雷达等； 4.其他设备：生活用电设备。,三.电站容量与发电机组数量,船舶工况：航行、进出港、装卸货、停泊、应急。,其中：用电量最大工况是进出港（过狭水道）工况，,或称“机动工况”。,基本原则：以用电最大工况为基础；留有适当裕量，,以确定电站总容量。, 具体为：单机容量和机组数由电站总容量决定；,电站总容量由各工况用电量及相对周期决定。,（一）、确定电站容量和选择发电机组数的基本原则,总原则： 满足需求，确保安

4、全，注意经济。,注意：电站总容量不能等于全船用电设备的总容量！,因为，所有设备并不是同时使用，同时使用的设备也,不一定会同时达到额定容量。, 因此，一般为：24台。,机组数确定注意：,1.单机容量以80%计；,2.考虑备用至少两台；,3.应与主机寿命相当；,4.维护管理方便（不能太多、一般最多4台）。,（二）、电站容量的计算,说明：设备并不一定同时使用，且不一定同时达到额定容量。 须求“用电最大工况”时设备的“真实用电需求量”。 具体方法是：计算出用电设备容量，再乘于相应的“系数”，即为设备“真实用电需求量” 。, 这些系数包括“利用系数” 、“机械负荷系数”、 “电动机负荷系数”和“同时系数

5、”。 这些系数通常 是经验值。,三类负荷：连续负荷为I类负荷； 短时、重复短时为II类负荷； 偶然短时为III类负荷。 III类负荷不考虑。,电动机利用系数：机械设备的额定功率与电动机额定功 率之比；,机械负荷系数：实际使用功率与机械额定功率之比；,电动机负荷系数：实际使用功率与电动机额定功率之比；,同时系数：考虑不同时工作。,实际确定用方法有 “三类负荷法”，“需要系数法”等。,四、船舶电网,主要根据供电电源分类： 1.主电网（包括动力和正常照明网络）； 动力电网：供电给电动机负载的电网，但一般600W以上的电热装置及大于1KW的探照灯也是由动力网络供电。 照明网络：由主配电板供电给照明变压

6、器经降压后再返回到主配电板中照明屏，通过照明屏上配电开关配电给各照明配电箱，最后由照明分配电箱配电给各路照明灯具。 2.应急电网（经应急配电板供电的网络，主电网正常时是其一部分）； 3.小应急电网（蓄电池对临时应急照明供电网络）； 4.弱电电网（助航通信、信号报警网络，弱 容量小、电流小、电压不一定小）。,（二）、船舶电网的分类,（三）、船舶电网的结线方式,重要负载的供电方式,主电网与应急电网的连接方式,（四）.船舶电网的保护,1、船舶电网的过载保护 船舶电网一般不单独设置过载保护装置： 供电网络：由发电机的过载保护兼管； 主配电板与负载之间的电缆：由装在出线端的用电设备过载保护装置兼管； 主

7、配电板与分配电板之间的电缆：一般不会出现过载，可由装置式自动空气开关作过载保护。 注意： 1）. 不单独设置过载保护 并非“不过载”，而是由设备的过载保护装置“ 兼管” ； 2）.舵机供电线路：不论舵机本身还是线路均不设置过载保护装置 。,保护原则：应具有选择性，把故障局限在最小范围。（P146） 动作值整定原则： 时间原则 和 电流原则。 按时间原则：各级开关或保护装置的动作时间整定值 朝发电机方向逐级增大；t1t2t3 .按电流原则：动作电流的整定值也是朝发电机方向逐渐递增。I1I2I3 保护装置：1.万能式自动断路器（发电机主开关） 2.装置式自动断路器（配电板或应急配电板用） 3.熔断

8、器（末级保护）。 实际做法及要求： 1.发电机至万能式自动开关短路可能性小，可不设； 2.主配电板至用电设备部分与用电设备共用一套； 3.主配电板至分配电板可采用装置式断路器或熔断器； 要求：为确保“选择性”，主汇流排至电动机的保护级数不超过4级，至照明负载保护级数不超过5级 。,2、船舶电网的短路保护,五、船舶电网绝缘检测,2、绝缘监测：地气灯难以获得具体的绝缘电阻，通常采用兆欧表（带电测量式或安装式兆欧表） 电网绝缘电阻不应低于2M。 动力和照明负载屏各一个。,1、接地灯：存在潜在性危害，要求进行检测并及时予于排除。 方法：常用绝缘指示（地气）灯 灯暗该相绝缘不好； 灯灭该相接地。,3、绝

9、缘监测报警装置p148 4、船舶电网接地故障的查找,3、绝缘监测报警装置p148 由电子电路组成的监测报警系统，可以连续监测船舶电网对地的绝缘状况，多与配电板式兆欧表合为一体，除显示电网的绝缘电阻值外，当绝缘电阻低于设定值时，即在配电板上发出声、光报警，并送至机舱集中报警系统。 注意：测试时，按下接地灯，因为灯泡接在了电网与地之间，所以配电板式兆欧表显示值将会很低，为防止误报警，要把兆欧表和监测报警装置的电源自动切断。,4、船舶电网接地故障的查找P148 以照明网络接地故障的查找 1）首先打开配电板式兆欧表测量照明网络，兆欧表指示此时为0。 2）在主配电板前，逐个拉掉照明配电开关，查看兆欧表指

10、示是否恢复正常值，若仍为0，说明接地点不在这一配电区域，故应合上这一配电开关。但要注意有些电源开关不能随意断电。 3）拉区域开关的次序为：船员居住区甲板照明区机舱照明区驾驶室通信、导航设施。 4）找到发生接地故障分配电开关后，切断该路供电，在该开关处挂检修牌，并关上兆欧表开关。 5）在分配电箱前，首先应将配电箱内保险丝全部拆下或将支路配电小开关全拉下， 这样各个支路间互相隔离，然后运用便携式兆欧表查找二次配电网络，逐个测量分支电路对地绝缘状况。 6）找到接地的分支电路后，除这一路分配电 开关或保险丝外，合上其余配电小开关或装上其余保险丝，在主配电板前合上这一路配电开关向其供电。 7）在查找具体

11、接地点时，应从中间接线盒断开，来测量判断是哪一小区域接地。 8）由于小区域中只有有限的几个供电点，一般不超过5个点，应逐个检查每个供电点。,六、船舶电缆,组成：导电芯线、电气绝缘层、防护套。,导电芯线：由七根及以上0.26mm 2.47mm软铜丝绞合而成0.8mm2400mm2等不同规格。船用电缆有：单芯、双芯、三芯、多芯等几种 。 电气绝缘层：保证芯线之间、及与外界之间的绝缘。 图中24。 防护套：图中的5，作用是保护电缆不受油水、盐雾、化学腐蚀和机械损伤 ，有的还具有阻燃性能。 铠装：图中的6，具有机械防护作用和电气屏蔽作用。船用电缆的铠装主要有：镀锡铜丝编织、镀锌钢丝编织、尼龙编织及金属

12、软管 四种。,船舶电缆牌号的选择,选择的任务： 1.型号；2.芯线截面。 型号选择：主要根据用途、环境条件、敷设方式、屏蔽要求等四个方面进行选择。 芯线截面选择：主要根据载流大小、用电设备工作制进行选择。选择时电缆最大允许载流量一般不小于该线路可能出现的最大电流。 具体注意8点（要求）：.发电机电缆；.电动机电缆；.分配电板电缆；.起货机电缆；.直流发电机的均压线p192；.交流电缆避免单芯；.考虑备用芯线；.不允许不同用途共用一条多芯电缆。,敷设时应注意： .敷设地点应避免受损或应采取措施； .不可敷设在船壳板上； .穿过舱、甲板时应不影响其防护性能； .远离磁罗经等设备； .便于检查； .

13、主、应急、备用馈电线之间应尽可能远离 ； .防止对无线电设备的干扰。,电缆的敷设,电缆和电线的区别：电线，是芯线外只有绝缘层；电缆，则是芯线外除了绝缘层还有防护套及铠装。,12-2 自动空气断路器,定义：是一种带有保护装置的开关电器。 绝缘介质：是空气。所以称为空气断路器。,框架式（万能式）自动空气断路器，平时作为接通和断开电路的开关电器；当电路出现故障时则进行过载、短路和失欠压保护，自动断开电路。所以，既是开关电器，又是保护电器。 组成： 5部分。 1.触头系统； 2.灭弧装置； 3.自由脱扣机构； 4.合闸 操作传动装置； 5.保护元件（脱扣器）。,图 12-2-1 框架式自动空气断路器,

14、触头：用来实现电路的接通与断开。由于其工作电流很大，且在短路故障时切断很大的电流，因此，具有完善的触头系统。 组成：每相由三对并联的触头。即主触头、副触头和弧触头。 但符号只画一个。 主触头：承担工作电流； 弧触头：承受机械冲击和电弧； 副触头：过渡（考虑到断开电路时，电流由主触头移到弧触头的瞬间，可能因压降太大产生电弧烧坏主触头而设置的）。,一、触头系统（又称接触系统）,通断顺序：通电时：弧触头副触头主触头； 断电时：主触头副触头弧触头。断开电路产生的电弧在弧触头熄灭。当弧触头失去作用时，副触头也可代替弧触头工作。 说明：1.主触头、副触头和弧触头动作时间有所区别，但大部分时间内状态是相同的

15、。2.除了主触头、副触头和弧触头外，还有小容量的辅助触头，用于控制其它电路。,大多采用“灭弧栅”进行灭弧。栅片为“人字形缺口”，相邻栅片的缺口互相错开，按一定的间隔距离交叉排列。 当断开电路产生电弧时，由于电磁力的作用，将电弧吸入栅片内，分割成许多较短的小段，从而实现迅速灭弧。使用时注意防潮。,二、灭弧装置,作用：使触头保持闭合或迅速断开。 工作原理：当保护动作时，,a. 闭合状态 b. 脱扣状态 c. 再扣状态,顶杆使四连杆刚性结构破坏，脱扣。再扣（复位）时即可合闸。 a. 为合闸位，四连杆机构处于稳定状态，中间的两节连杆在同一直线上； b. 脱扣位，合闸后分励线圈得电，衔铁向上顶动中间的两

16、节连杆，稳定状态被破坏，使脱钩机构动作，主触头分开； c.再扣位，脱扣后，向下拉动第四节连杆，使中间两节再次处在同一直线上，四连杆机构又处于刚性连接的稳定状态。如果要合闸，只要将手柄往上推即可。 注意：只有处于“脱扣”（或称复位）状态时，自动空气断路器才能合闸。,三、自由脱扣机构,图11-5-2,结构：,四、操作传动装置,作用：通过自由脱扣机构使触头闭合或断开。 分类：手柄式、连杆式、电磁式、电动式。 原理：.合闸前：都必须使储能弹簧储能，自由脱扣机构在“再扣”位置； .合闸时：储能弹簧释放能量 。 目的：合闸时不让主触头抖动，否则主触头将熔粘。,具体电路,手动操作：各种型号都有手动操作。 基

17、本形式：1.转动（DW系列）；2.上下扳动（AH系列）。,1.DW-94； 2.DW-98； 3.AH型,1,2,3,其它操作：电动：DW-94；电磁：DW-95/98；电磁铁直推式：AH。,一般有：短路、过载、失压、欠压等保护，都通过自由脱扣器使开关跳闸。 过流脱扣器：实现短路、过载保护。有反时限、定时限、和瞬时等动作特性。 反时限和定时限都需延时，有：机械式（钟表机构）、RC充放电回路等。,失压脱扣器：一般由瞬时动作的电压继电器组成。当线路电压低于某一整定值时，由于电磁吸力不足，继电器释放，通过自由脱扣机构使开关自动跳闸。为避免电网电压瞬时波动产生误动作，也可延时（13s）。 分励脱扣器：

18、用于远距离控制自动开关断开。有些空气断路器还具有其它保护功能，如：漏电、逆功率等。,五、保护元件（脱扣器）,又称为装置式自动空气断路器 作用：用于不太频繁接通或断开电路，在船舶上大多作为配电开关来使用。过载、短路、失压保护。 结构：简单。 1.触头系统； 2.灭弧装置； 3.自由脱扣机构；,二、塑壳式自动空气断路器,12-3.船舶配电装置,本节主要内容主要是： 1.配电板的种类； 2.各种配电板的作用、特点。 船舶配电板是对电源发出的电能进行集中控制并分配给各用电设备的一种装置。 按用途分为：主配电板、应急配电板、充放电板、区配电板、分配电板和岸电箱。 6种。,一、主配电板,主配电板由：发电机

19、控制屏、并车屏、负载屏和母线四部分组成。 都安装在机舱平台上，在自动化程度高的船上装在集控室内。 由多个金属结构的落地式箱柜组装而成，每箱柜称为一屏。 1.发电机控制屏：控制、调节、监视和保护发电机组用。上部：各种测量仪表 ；中部：主开关、调速开关；下部：自励恒压装置的相复励变压器、移相电抗器、励磁变阻器等；,检查待并机电压、和合闸电压（转换开关）,2.并车屏：,发电机进行并车、整步操作用。有频率表（电网、待并机右）同步表、同步指示灯（白色）、转换开关、操纵按钮（合闸）、调速开关、自动并车装置（箱里）。 在并车屏上，可以对任意一台发电机组进行调速、合闸、并车、解列等操作，有些还可遥控起、停发电

20、柴油机。,2.并车屏：,发电机进行并车、整步操作用。有频率表（电网、待并机右）同步表、同步指示灯（白色）、转换开关、操纵按钮（合闸）、调速开关、自动并车装置（箱里）。 在并车屏上，可以对任意一台发电机组进行调速、合闸、并车、解列等操作，有些还可遥控起、停发电柴油机。,分为：动力负载屏和照明负载屏。 分配电能并对各馈电线路进行控制、监视和保护。 有空气开关、电压电流表、绝缘指示灯、兆欧表(动力屏部分动力电网对地绝缘、照明屏部分就是对照明电网对地绝缘)、岸电开关等。 主配电（电板）盘直接供电 的设备：舵机、锚机、消防泵、航行灯、无线电电源板、电罗经、电航仪器电源箱、苏伊士运河灯等部分重要负载，还有

21、空压机、锅炉鼓风机等大容量负载。其中舵机和航行灯采用两路供电、一路经应急电盘。,3.负载屏,注意排列顺序和颜色。 顺序： 交：从上到下、从左到右、从前到后依次为A、B、C相。 直：同交流的排列依次为正极、中线、负极。 颜色： 交流：A绿、B黄、C紫（或褐色）、中线浅蓝 ； 直流：正红、负蓝、中线：绿黄相间。,4.汇流排,二、应急配电板,作用：应急配电板用来控制、监视应急发电机组，并向应急电设备供电。 组成：它有控制屏和负载屏，没有并车屏和逆功继电器（因为单机运行）。 连接：通过联络开关与主配电板连接。正常时，应急配电板由主配电板供电，主电网失电后联络开关自动断开，由应急发电机供电。 注意：1.

22、没有并车屏和逆功继电器； 2.正常时，是主电网的一部分； 应急时，单独向应急电网供电。,主配电板、应急配电板、岸电之间的电气联锁,功能：1.对蓄电池进行充放电；2.控制、监视充电工作；3.分配低压用电设备；4.主、应急失电后，能自动向小应急供电。,功能：向成组用电设备进行供电，分配电板16A 。 区域配电板（大船）主要是针对某个区域配电 而分配电板（小船） 区配电板跟主配电板差不多。比如说主配电板在机舱，而船中或者船首也有很多大型设备，有必要在那个地方在在设置一个配电板，也就是区域配电板，跟主配电板长的一样 .,功能：主要是坞修时通过岸电箱接至船舶主配电板或应急配电板。,三、充放电板,四、区配

23、电板、分配电板,五、岸电箱,五. 船舶接用岸电装置,1.相序指示灯（测定器） 2.逆序继电器 主要掌握船舶接岸电的要求，相序指示器和逆序继电器的原理。 接岸电的要求：基本参数一致，相序正确且不缺相，船舶主发电机全部脱开不工作。 换接岸电操作：1）岸 接岸电注意事项：,一、相序指示器,L1白色（或绿色）相序正确时亮。 L2红色，相序正确时暗淡。 图11-12-1，A相接电容，B相接L1，C相接L2。,原理：三相不对称，中性点偏移，灯两端电压变化。,当相序不一致时，只需将岸电接线任意两相调换连接即可。,各相电压为：UP。电工学 中证明，中点偏移到0， 当RC=RB=XC时，相序一致时有： Uc0=

24、0.4UP，UBO=1. 49UP 即接B相 灯L1亮。从相量图 可看出B相到新的中点0 电压较高。,负序电压滤过器：检测相序，发现负序，则不允许开关闭合。,二、逆序继电器,作用：逆序继电器又称为“负序继电器”，作为一 种保护装置，当岸电与船舶电网相序不一致时，禁止 岸电开关合闸。同时还有缺相保护功能。,组成：由负序电压滤过器与电压继电器组合而成。,图11-12-2，原理图,图11-12-2负序继电器原理图,原理：当相序正确时，电压滤过器中mn两点电压为0，岸电开关的失压脱扣器不动作，相序错误或缺相，则KA失电，最终使失压脱扣器动作跳开。,负序,正序,图11-12-3,相量图：,12-4.发电

25、机的保护,本节主要内容主要是： 1.了解船舶发电机保护的目的； 2.知道发电机保护的种类； 3.掌握具体保护的要求。 保护目的：发电机是重要设备，是船舶安全航行的保障。一般设有：外部短路保护、过载保护、欠压保护和逆功率保护。,一、过载保护,定义：发电机输出功率或电流超过其额定值。 保护原则：保护发电机不受损坏，尽量不中断供电，且应避开短暂过载。 自动分级卸载装置：（也属过载保护）卸次要负载、延时动作。 钢质海船建造规范规定： 无自动分级卸载时：出现1.251.35倍额定电流后，延时1530s跳闸； 有自动分级卸载时：出现1.5倍额定电流后，延时1020s跳闸。 保护装置 由空气断路器的“过电流

26、脱扣器”或综合保护装置中的晶体管过电流继电器 实现保护。,短路的原因：.维护保养不周；.绝缘老化；.机械损伤；.误操作等。 保护原则：既要保护发电机，又要保证供电的可靠性。 对保护装置的要求：可靠性、选择性、快速性和灵敏性 由时间原则 和 电流原则 实现选择性 。 分类及整定值： .一般短路：22.5倍的额定电流，0.20.6s短延时跳闸； .特大短路：5 10倍的额定电流，瞬时动作。 保护装置（元件）： 由主开关过流脱扣器或综合保护装置的晶体管过电流继电器实现。,二、外部短路保护,1）电压下降电动机电磁转矩下降（电磁转矩与电压的平方成正比）转子转速下降（电动机）而电动机同步不变（相对的转速变

27、大）切割速度加快感应电动势大（电动机），电流也大相对切割，电流大（电动机定子） 2）发生欠压回到正常时势必导致发电机If激增，烧毁发电机的转子励磁绕组。 危害： 不能正常工作，电动机过电流。 保护： 已经并网的发电机：脱开；未并网的发电机：不能并网。 钢质海船建造规范规定： 电压为额定值的70% 80%时：延时1.5 3s动作； 电压为额定值的35% 70%时：瞬时动作。 措施（保护元件）：空气断路器的失压脱扣器或综合保护装置中的晶体管低压继电器。 特点：既保护了发电机，又保护了电动机。,三、欠压保护,四、逆功率保护,逆功率原因：主要是操作不当或原动机故障。 危害： 增加电网负担，可能损坏原动

28、机（发电机变成电动机）。 整定值：逆功率大小为额定功率的8%15%，延时310s动作。 保护装置（元件）： 通常采用“逆功率继电器”作为保护元件。 逆功率继电器： 反映有功功率大小和方向。 类型：感应式、整流式等。,感应式原理图,感应式接线图,逆功率保护线路,电压互感器绕组接U型铁芯， 电流互感器绕组接M型铁芯。铝盘受到磁场力，转动，带动轴转动，带动传动齿轮，带动动触头动作。,第十一章 各节要点,各节要点： 第一节：电力系统组成（定义）；特点；基本参数（3个）。 第二节：选择原则（容量、机组数）；计算方法（常见2种） 。 第三节：特点；类型（直、交流）；变距桨系统（特点）；定距桨系统（恒频方法

29、） 。 第四节：配电板的种类、作用、组成与特点 。 第五节：组成（五部分）；各部分（具体组成、功能和原理） 。 第六节：保护的种类；保护原则；具体实现措施。 第七节：并联运行四条件实际要求，不满足的结果，调节方法。 第八节：准同步并车方法，原理；粗同步原理，（短时制元件） 。 第九节：自动准同步装置的组成原理；工作过程。 第十节：应急电源的种类；应急发电机起动控制系统的功能。 第十一节：作用；结构；容量；维护保养（含，判别充电结果） 。 第十二节：接岸电应满足的条件；检测保护装置的功能。,总结回顾,1.船舶电力系统如何组成？有什么特点？ 2.船舶电站容量与发电机组数量是根据什么原则确定的？ 3.轴带发电机装置有什么特点和类型？ 4.船舶配电板由什么组成？有哪些作用和特点？ 5.万能式空气断路器组成原理是什么？ 6.对发电机采取什么保护？保护原则是什么？ 7.船舶同步发电机并联运行条件是什么？若不满足有何后果？ 8.手动与自动并车的方法与整步原理如何？ 9.船舶应急电源有哪几种？应急发电机组起动控制系统应具有什么功能？船舶蓄电池装置的作用是什么？如何进行维护保养？ 10.接岸电应满足什么条件？检测保护装置应具有什么功能？ 本章要点多、分布广，是重点章。 侧重：组成、原理、原则、规定、方法和特点。,