船舶电力系统概述

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,高级电工培训课程,第一讲,船舶电力系统概述,船舶电力系统概述,本讲主要介绍船舶电力系统的组成，各组成部,分的概念和特点，以及例举对应的船舶设备。,另外，在本讲中还相应描述船舶电力系统的特,点，电气设备正常工作的环境条件。,本讲中，还将描述船舶电力系统的主要电气参,数：电流、电压、频率，以及各自的特性和条件。,2,船舶电力系统概述,船舶电力系统的组成,船舶电力系统主要由,电源、配电装置、电力网,和负载四个部分组成。,因为电能的生产、输送、分配和使用是同时进,行的。所以这四个部分构成了一个完整的总体、缺,一不可。,问题：电能的生产、输送、分配、使用分别是由电力系统的哪一个部分完成的？,另外，由于叙述的对象不同，船舶电力系统还,存在另一种组成方式：即由电站、配电系统和负载,三个部分组成。这种组成方式将在后面的章节再做,解释。,船舶电力系统概述,电源,电源是将其他形式的能量转换成电能的装置。,船舶常用的电源有发电机组和蓄电池。,船舶电力系统概述,柴油机,发电机,船舶电力系统概述,（,1,）,发电机组,发电机组是船舶最基本的供电单元，我厂承接,的船舶一般使用柴油发电机组。,柴油发电机组一般由柴油机和发电机两部分组,成。它通过柴油机的运转做功，点燃柴油和压缩空,气的混合气体，产生热能，推动曲轴转动，带动发,电机的转子，从而产生电能，输出供负载使用。,每条船一般使用,23,台发电机组，以及,1,台应急,发电机组。应急发电机组必须可以在正常电力短缺,时自动启动，并通过自动转换开关连接到应急负荷。,7,船舶电力系统概述,（,2,）,蓄电池,蓄电池，俗称电瓶，又称可充电电池，泛指所,有在电量用到一定程度之后可以被再次充电、反复,使用的化学能电池的总称。,船用蓄电池主要有两种：一种是船舶起,动蓄电池，一种是船舶通信系统蓄电池。船,舶起动蓄电池适用于船舱柴油发动机组，是,船体运动的主要硬件设施，在发电机组起动,瞬间能放出强大的电流，触使发动机高速运转从而带动船舶。,而船舶通信系统蓄电池主要用于船上应急照明、信号灯、报,警系统、,UPS,计算机备用电源、船上医疗器械、电信设备等，,简单点说，就是作为发电机故障下或不作用情况对船舶电力,供应的一种后备装置。,8,船舶电力系统概述,9,2.,配电装置,主要用于控制、保护、测量、分配船舶电源产,生的电力，并对船舶正常航行或应急状况下所使用,的电力和照明负载进行配电的开关设备和控制设备,的组合装置。,船舶配电装置按照用途可以分为：,（,1,） 主配电板,对应主发电机。,（,2,） 应急配电板,对应应急发电机。,（,3,） 区配电板,对应各区域的配电。,（,4,） 充放电板,对应船舶蓄电池的充电、放电。,（,5,） 岸电箱,对应使用岸电时的配电。,船舶电力系统概述,3.,船舶电力网,船舶电力网是全船电缆、电线的总称，其作用,是将电能的产生者（各种电源）和电能的消费者,（各类电能用户，即负载）联系起来。,船舶电力网根据其所连接的负载性质，可分为,动力电网、照明电网、应急电网、小应急电网（,24V,直流）、弱点电网等。,船舶电力系统概述,4.,负载,负载是指连接在电路中的电源两端的电子元件。,船舶负载根据用途可以分为以下几类：,（,1,）各种船舶机械的电力拖动：如甲板机械,（舵机、锚机、绞缆机、起货机、舷梯绞车等）；,舱室辅机（各种油泵、水泵、空压机、冷冻机、辅,助风机和空调等）；电推及工程船舶的生产机械。,船舶电力系统概述,（,2,）电气照明,工作场所和生活舱室的各种照明灯具和信号灯具等。,（,3,）船舶通信和电航仪器,通讯设备有无线电收发报机、卫星通讯、无线,电话、电话、广播、声光报警装置、子母钟、舵角,指示仪器。电航仪器有雷达、卫星导航仪、定位仪、,电罗经、测深仪、计程仪等。,（,4,）其他用电设备：如电炊具、电热器、电风,扇、音像设备等附带生活设备。,船舶电力系统概述,电站和配电系统的概念。,关于船舶电力系统的另外一种组成方法认为，电,力系统由电站（供电系统）和配电系统及负载组成。,电站是指发电机组至主配电板发电机控制屏，,与前一种分法所不同的是，电站中包含了主配电板,的发电机控制屏，认为发电过程，到主配电板的发,电机控制屏才算作结束。配电系统则是指主配电板,的配电（负载）屏到负载的电源线为止，这一阶段属于,配电过程。和前一种组成法略有不同，这种分法，相当,于将配电板从发电机（负载）配电屏切开，一分为二。,船舶电力系统概述,并车屏,负载屏,发电机控制屏,二,.,船舶电力系统的特点,船舶电力系统的特点,（,1,）与陆上电力系统相比：,电源多为独立、单一电站；陆上电站种类更多，经常有多级电,站变电。,电站容量较小（总容量小于,3000kW,，单机小于,1000kW,），线路,阻抗低，短路电流大；陆上电站容量大（大型水电站可以达到,10,万至,100,万,kW,）,电力网输电距离很短，一般不超过,200,米；陆上可达,300,公里。,且船舶输电容量小，由于空间问题也无法采用架空线输电，输电,电压一般小于,500V,；而陆上输电电压可达,500kV,。,船舶配电装置一般比较简单、可靠，只采用低压电器开关及控,制保护装置，除照明配置容量较小的降压变压器外，没有其他复,杂的变压装置。,船舶电力系统概述,（,2,）船舶上大的用电负载（如空压机、消防泵,等），功率很大，这些负载起动时引起的电网电压,降较大，因而对船舶电力系统的稳定性提出了较高,要求，比如要求船用发电机的调压器动态性要好，,有强励磁能力，发电机有较大的承受过载能力等。,另外，由于船舶工况变动频繁，要求发电机并车装,置简单、可靠,。,（,3,）为了提高安全性，客船和中大型货船一般会,配置独立的应急电源，我厂承建的船舶一般使用应急发,电机组和应急配电系统。它可以在主电站发生故障时，,保证船舶安全航行所必须设备的用电。,船舶电力系统概述,（,4,）军舰为提高战斗力和生命力，一般设置主副,两个电站分区进行供电，主要设备都有主副两路实,行二路供电。,（,5,）船舶舱室一般空间较小，供配电系统周围的,舱壁、管路材料都是导电体，因此绝缘要求更高。,（,6,）电气设备之间有较大的电磁干扰，因此设备,抗干扰的要求更高。,船舶电力系统概述,电站和配电系统的概念。,关于船舶电力系统的另外一种组成方法认为，电,力系统由电站（供电系统）和配电系统及负载组成。,电站是指发电机组至主配电板发电机控制屏，,与前一种分法所不同的是，电站中包含了主配电板,的发电机控制屏，认为发电过程，到主配电板的发,电机控制屏才算作结束。配电系统则是指主配电板,的配电屏到负载的电源线为止，这一阶段属于配电,过程。和前一种组成法略有不同，这种分法，相当,于将配电板从发电机配电屏切开，一分为二。,船舶电力系统概述,适应环境温度,介质温度,空气温度（）,海水温度（）,电气设备安装处所,封闭处所内,高于,45 ,，低于,0 ,处所,露天甲板,热交换器入口,无限航区,0,45,按该处所温度,-25,45,32,除热带海域的有限航区,0,40,按该处所温度,-25,40,25,电子设备的环境空气温度的上限为,55 ,船舶电力系统概述,2.,船舶电气设备的环境条件,（,1,）温度：,适应倾斜和摇摆的要求,设备组件,横倾,横摇,纵倾,纵摇,应急设备，开关设备，电器及电子设备,22.5,22.5,10,10,上列以外的设备组件,15,22.5,5,7.5,适应电压频率变化,设备,参数,稳态（,%,）,瞬态,（,%,）,恢复时间（,s,）,一般设备,电压,-6,+10,20,1.5,频率,5,20,5,由蓄电池或半导体变流器供电,电压,20,船舶电力系统概,述,（,2,）倾斜和摇摆要求：,（,3,）电压频率变化：,（,4,）其他条件因素,小提示：设备为什么必须加支架，螺丝为什么必须加弹垫。,船舶电力系统概述,船舶电气设备必须适应：,.,振动和冲击；,.,倾斜和摇摆；,.,环境温度；,.,潮湿、盐雾、油雾、霉菌侵蚀；,.,电网电压和频率变化；,.,防护要求。,IP,防护,：,是对固体和液体入侵防,护,.,只存在与带电体接触危险环境,IP20,；,.,存在滴水和机械伤害的舱室环境,IP22,；,.,水和机械伤害危险较大的机器处所,IP34,；,.,水和机械伤害危险较大的舱室处所,IP44,，附具（附属器具）,IP55,；,.,喷水、粉尘、严重机械伤害危险为,IP55,和,IP56,；,.,大量水浸入危险的露天甲板为,IP56,；,.,爆炸危险除防爆功能外，还应满足相应处所的防护等级。,船舶电力系统概,述,电气设备外壳的,IP,防护等级表,IP,等级,简 要 说 明,定 义,第,1,位数字,0,无防护,没有专门防护,1,防,50,mm,的固体,人体大面积部分如手,(,对有意识接触无防护,),直径,50,mm,的固体,2,防,12,mm,的固体,手指或类似物,长度不超过,80,mm,直径超过,12,mm,的固体,3,防,2.5,mm,的固体,直径或厚度大于,2.5,mm,的工具、电线等,直径,2.5,mm,的固体,4,防,1.0,mm,的固体,直径大于,1,mm,的线或片状物,直径超过,1,mm,的固体,5,防尘,并不防止全部灰尘进入,但进入量不妨碍设备正常运转,6,尘密,无灰尘进入,第,2,位数字,0,无防护,没有专门防护,1,防滴,垂直滴水应无有害影响,2,15,防滴,设备与垂直线成,15,角时,滴水应无有害影响,3,防淋水,与垂直线成,60,角范围的淋水应无有害影响,4,防溅,任何方向溅水应无有害影响,5,防冲水,任何方向冲水应无有害影响,6,防猛烈海浪,猛烈海浪或强烈冲水时进入机壳水量应无有害影响,7,防浸水,沉浸在规定压力的水中经规定时间后,进入水量应无有害影响,8,防潜水,能长期潜水,完全密封,进水量不产生有害影响,电流有直流和交流两种。早期船舶多,采用直流电力系统。我国舰船在,60-70,年代完成了向交流电制过渡，目前主要,使用交流电制。然而舰船电力系统的电,流种类，仍然会受到舰船能源类型或某,种条件的限制，例如，采用蓄电池组为,能源的常规潜艇，就很难推行交流电制；,有较高调速要求的电力推进电力系统也,往往采用直流电制。,船舶电力系统概述,三,.,船舶电力系统的电气参数,1.,电流种类,交流电站与直流电站相比，前者设备成本和维护保,养方面的费用及工作量比后者少得多；因为交流电动机,没有整流子，结构简单、体积小、重量轻、运行可靠。,鼠笼式电动机可以直接起动，控制设备少。此外，交流,动力网络与照明网络之间可通过变压器实现电气隔离。,使绝缘电阻低的照明电网基本上不影响动力电网。交流,电制也有利于船舶电气化程度的提高和系统容量的增长。,直流电站的优点是调压并车简单，电动机起动时冲击小。,可实现大范圈平滑调速,(,这对电动起货机尤为有利,),，蓄,电池组充电无须整流器等。然而，由于电力电子技术的,发展，直流电制的优点越来越不明显，交流电制在国内,外各种船舶中占了主要地位。,船舶电力系统概述,2.,电压,确定电力系统及其负载的电压等级，是电力系统设,计的一项重要内容。从减少导体电流的角度来看。提高,电压是有利的，可以减小电器元件的导电截面，节约有,色金属。如以电器在电压为,127V,时的重量为,1,，则当电,压为,220V,、,380V,和,500V,时，电器的重量分别近似地等,于,0.58,、,0.33,和,0.25,。,另一方面，电压的提高增加了电器灭弧的困难，为,此对电气设备的绝缘和安全方面提出了更高的要求，需,要加大灭弧间隙，这样又使电器的重量、尺寸增大，故,在电压高于,600V,时，其重量、尺寸减小很少。,船舶电力系统概述,目前世界各国对电压等级的考虑，主要与本国陆上电制的参数能统,一。我国发电设备具有,230V(,单相,),、,400V(,三相,),的额定电压。欧盟从,1992,年起规定低压发电设备的额定电压只允许使用,230V/400V,。由于船,舶容量的增加，提高电压是必然趋势。在一些大型船舶、工锉船舶及舰,船上，电站容量已达,20000-40000kW,以上，单机功率达,3000-5000kW,这时仍采用,400V,电压等级已成为不可能。因为当三相,400V,和,Cos,=0.8,，,发电机额定相电流为,5700A,时，就需要截面为,3X240mm2,的电缆,18,根并,联运行，这是不合理的。此外，这样大的电流使开关保护电器复杂化。,综上所述船舶电站额定电压有向中压发展的趋势。国际电工委员会,建议采用,3.3kV,电压；英美等国因为陆上有,3.3,，,6.6kV,电压等级，所以,这些国家在巨型船舶上采用,3.3,，,6.6kV,；德国允许最高工作电源电压为,11000V,。这是充分估计了船舶电压发展趋势的最高电压。我国电力 推,进系统最高允许电压规定直流为,1000V,，交流为,6300V,。英国“伊丽莎,白皇后二世”号客轮,(3,台,5500kW,主发电机,),和我国,500t,浮吊船上已采用,了,3.3kV,电压。我厂目前建造的,7WT,半潜船就使用了,2200V,的中压发电,机，并且即将承建的,Red Box,极地重载运输船和中海,3.01,万吨也将使用,中压。,船舶电力系统概述,3.,频率,船舶交流电力系统现行额定频率有工频和中频两种。,工频是船舶动力电气设备使用的频率，按各国传统习惯，,有,50Hz,和,60Hz,两种。我国船舶与陆用电源一致，使用,用,50Hz,的标准频率。美国、韩国等采用,60Hz,。有些国,家和地区如巴西、日本等采用,50Hz,和,60Hz,两种频率。,另外，在一定范围内提高频率。可提高自动化系统动作,的快速性。降低电气设备自动化元件的重量和尺寸。因此，,船舶电力系统有采用中频或局部设备由中频发电机供电的可,能。近年来，国外有些军舰已开始采用,400Hz,频率供电，我,国舰船规范也推荐优先采用,400Hz,频率。,船舶电力系统概述,中频的好处在于以下几点：,减少电气设备重量。,用静止整流器对直流用电设备供电时，滤波要求低。,因短路电流近似与短路电路电抗成反比，电抗随着频率,而增大。因此可限制短路电流，并改善设置安全工作条件。,动态性能好。,电动机在高频轻载时,功率因素高，因而消耗电能少。,当然，电流、电压和频率等因素的选择，应遵循以下原则：,可以使用的标准设备（设备多为流水线生产，应满足通用设备供应商提供的参数）,可接用的岸电（根据岸电所在地区的参数）,船舶电力系统概述,本讲到此结束,祝大家工作顺利！,