船舶电气设备及系统

课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第十二章第十二章 船舶电力系统的组成船舶电力系统的组成第一节第一节 船舶电力系统船舶电力系统课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 本章主要介绍了船舶电力系统的组成、特点和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（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，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。工作原理作了简单介绍。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第一节第一节 一、一、船舶电力系统的组成船舶电力系统的组成船舶电源装置船舶电源装置船舶配电装置船舶配电装置船舶电力网船舶电力网负载负载控制电器控制电器电工测量用仪器、仪表电工测量用仪器、仪表返回图图12-1 典型船舶电力系统简图典型船舶电力系统简图船舶电气设备与系统 2022-1-22课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室图图12-1 典型船舶电力系统简图典型船舶电力系统简图返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系将机械能、化学能等能源转变为电能的装置。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。船舶电源主要是指发电机和蓄电池。1. 船舶电源装置船舶电源装置柴油机柴油机发电机发电机课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2. 配电装置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，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。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、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。动力分配电板、照明分配电板和蓄电池充放电板等。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3. 船舶电力网船舶电力网是全船电缆电线的总称是全船电缆电线的总称 ，作，作用是将各种电源与负载按一用是将各种电源与负载按一定关系连接起来。根据其所定关系连接起来。根据其所接负载的性质，可分为动力接负载的性质，可分为动力电网、低压电网、照明电网、电网、低压电网、照明电网、应急电网和小应急电网等。应急电网和小应急电网等。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系车床、钻床、电焊机和盘车机等。车床、钻床、电焊机和盘车机等。 动力装置用辅机动力装置用辅机滑油泵、海水冷却泵、淡水泵、鼓风机等。滑油泵、海水冷却泵、淡水泵、鼓风机等。 甲板机械甲板机械锚机、绞缆机、舵机、起货机、舷梯机和起艇机等。锚机、绞缆机、舵机、起货机、舷梯机和起艇机等。 舱室辅机舱室辅机生活用水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服生活用水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等。务的辅机等。 机修机械机修机械4. 负载负载 :用电设备，用电设备， 按系统可分为以下几类：按系统可分为以下几类：课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 冷藏通风冷藏通风空调装置、伙食冷库等用的辅机和通风机等。空调装置、伙食冷库等用的辅机和通风机等。 厨房设备厨房设备电灶、电烤炉等厨房机械用辅机和电茶炉等。电灶、电烤炉等厨房机械用辅机和电茶炉等。 照明设备照明设备机舱照明、住舱照明、甲板照明等照明设备，还机舱照明、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。包括航行灯、信号灯以及电风扇等。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 弱电设备弱电设备无线电通信、导航和船内通信设备等。无线电通信、导航和船内通信设备等。 自动化设备及其他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进电动机、生产机械和专用设备等。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系主要有各种类型的控制箱、接触器、继电器、各种控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。制器和主令电器等。5. 控制电器控制电器6. 电工测量用仪器、仪表电工测量用仪器、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。检修的直流稳压电源和自耦变压器、示波器等。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 几乎所有大中型船舶均采用交流电力系统。几乎所有大中型船舶均采用交流电力系统。2. 2. 额定电压等级额定电压等级世界各国对电压等级的选用与本国陆上电制参数一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。致，使船舶电气设备具有通用性。二、船舶电力系统的基本参数二、船舶电力系统的基本参数1. 1. 电流种类电流种类( (电制电制) ) 我国钢质海船入级规范规定：非电力推进船舶的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限制电压为500 V，动力负载、具有固定敷设电缆的电，动力负载、具有固定敷设电缆的电热装置等的额定电压为热装置等的额定电压为380 V，照明、生活居室的电热，照明、生活居室的电热器限制电压为器限制电压为250 V，额定电压为，额定电压为220 V。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3. 3. 额定频率等级额定频率等级我国采用我国采用50Hz50Hz，西欧各国、美国采用，西欧各国、美国采用60Hz60Hz的频率标准。的频率标准。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）（1 1）工作条件比较复杂，工作环境比较恶劣工作条件比较复杂，工作环境比较恶劣（2 2）与用电设备之间的距离很短，相互影响大与用电设备之间的距离很短，相互影响大（3 3）船舶电站容量相对较小船舶电站容量相对较小。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第二节第二节 船舶电站容量和发电机组台数的选择船舶电站容量和发电机组台数的选择一、确定电站容量和发电机台数的基本原则一、确定电站容量和发电机台数的基本原则（5 5）应急工况）应急工况货轮和油轮的典型运行工况大致划分如下：货轮和油轮的典型运行工况大致划分如下：（1 1）航行工况）航行工况（2 2）进出港工况）进出港工况（3 3）装卸货工况）装卸货工况（4 4）停泊工况）停泊工况1. 1. 船舶的运行工况船舶的运行工况返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2. 2. 确定电站容量的基本原则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，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。济性考虑，冗余功率又不能太大。 课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3. 3. 发电机组容量和数量的选择原则发电机组容量和数量的选择原则 发电机组的总容量决定于电站的总容量，发电机组的单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：机容量和机组数量由以下几个基本原则确定：单机组容量单机组容量船舶电站必须有备用机组船舶电站必须有备用机组各机组的使用寿命应与主机寿命相当各机组的使用寿命应与主机寿命相当维修管理方便维修管理方便课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系二、二、 应急发电机容量的确定应急发电机容量的确定 一般规范都规定客船和一般规范都规定客船和500500总吨以上的货船应设有独立的总吨以上的货船应设有独立的应急电源。它可以是发电机，也可以是蓄电池组。作为应急电源。它可以是发电机，也可以是蓄电池组。作为应急电源使用的发电机称为应急发电机。应急电源使用的发电机称为应急发电机。1目的和原则目的和原则课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系一般应急发电机需对舵机之类较大的电动机负载供电一般应急发电机需对舵机之类较大的电动机负载供电 确定应急发电机的容量通常基于下述设备所需的电功率，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；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、报警器以及其他的舵机、动力操作水密门及其指示器、报警器以及其他需要应急发电机供电的用电设备需要应急发电机供电的用电设备 。2容量确定容量确定课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系三、电站容量的计算三、电站容量的计算电站容量的计算方法有许多种，海上运输船舶一般都采电站容量的计算方法有许多种，海上运输船舶一般都采用三类负荷法。三类负荷法是一种在电力设备具有较充用三类负荷法。三类负荷法是一种在电力设备具有较充分的数据前提下进行全船电力负荷计算的方法。分的数据前提下进行全船电力负荷计算的方法。1负荷分类负荷分类在计算全船电力负荷时，可将负荷按使用情况分为以下在计算全船电力负荷时，可将负荷按使用情况分为以下三类三类：（1）第）第类负荷：连续使用的负荷类负荷：连续使用的负荷；课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（2 2）第）第类负荷：短时或重复短时使用的负荷；类负荷：短时或重复短时使用的负荷；（3 3）第）第类负荷：偶尔短时使用的负荷以及按操作规程类负荷：偶尔短时使用的负荷以及按操作规程 可以在电站尖峰负荷时间以外使用的负荷。可以在电站尖峰负荷时间以外使用的负荷。三类负荷的分法与船舶运行工况有关，如在航行工况中三类负荷的分法与船舶运行工况有关，如在航行工况中连续使用的负荷属于第连续使用的负荷属于第类负荷；使用若干小时，停止类负荷；使用若干小时，停止使用若干小时的负荷属于第使用若干小时的负荷属于第类负荷。在靠离码头工况类负荷。在靠离码头工况中，虽然起锚机的工作时间较短，但在此工况中，它一中，虽然起锚机的工作时间较短，但在此工况中，它一直使用，因此也算做第直使用，因此也算做第类负荷。类负荷。 表表12-1 万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类船舶电气设备与系统 2022-1-22课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室表表12-1 12-1 万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类第第类负荷类负荷第第类负荷类负荷第第类负荷类负荷第第类负荷类负荷第第类负荷类负荷第第类类负负荷荷舵机舵机起货机起货机起锚机起锚机绞缆机绞缆机主机淡水泵主机淡水泵主机海水泵主机海水泵主机滑油泵主机滑油泵主机喷油嘴冷却主机喷油嘴冷却泵泵排气涡轮滑油泵排气涡轮滑油泵主机燃油循环泵主机燃油循环泵透平发电机凝水透平发电机凝水泵泵锅炉燃油泵锅炉燃油泵锅炉鼓风机锅炉鼓风机消防总用泵消防总用泵燃油分油机燃油分油机轻柴油分油机轻柴油分油机滑油分油机滑油分油机燃油驳运泵燃油驳运泵轻柴油输送泵轻柴油输送泵滑油输送泵滑油输送泵舱底泵舱底泵压载泵压载泵日用淡水泵日用淡水泵卫生水泵卫生水泵饮水泵饮水泵热水循环泵热水循环泵蒸发器凝水泵蒸发器凝水泵蒸发器给水泵蒸发器给水泵主机盘车机主机盘车机机舱起吊机机舱起吊机车床车床砂轮砂轮钻床钻床电焊机电焊机救生艇吊艇机救生艇吊艇机舷梯起吊机舷梯起吊机探造灯探造灯消防泵消防泵货油泵货油泵冷藏货舱压缩机冷藏货舱压缩机冷却泵冷却泵货舱通风机货舱通风机机舱通风机机舱通风机CO2CO2室抽风机室抽风机冷藏机舱抽风机冷藏机舱抽风机冷藏机舱送风机冷藏机舱送风机厨房送风机厨房送风机厨房抽风机厨房抽风机浴室、厕所抽风浴室、厕所抽风机机照明设备照明设备助航、通讯用变助航、通讯用变流机流机主空气压缩主空气压缩机机油灶鼓风机油灶鼓风机空调压缩机空调压缩机空调淡水泵空调淡水泵空调送风机空调送风机伙食冷库压伙食冷库压缩机缩机电动锅炉给电动锅炉给水泵水泵充电机组充电机组无线电无线电雷达雷达返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2电动机负荷系数的计算电动机负荷系数的计算（1）电动机利用系数）电动机利用系数11K1K 121PPK 121PPK PP通常电动机的额定功率应略大于机械设备的额定功率通常电动机的额定功率应略大于机械设备的额定功率课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（2 2）机械负荷系数）机械负荷系数K K2 2232PPKP P3 3电机拖动的机械设备电机拖动的机械设备（3 3）电动机负荷系数）电动机负荷系数K K3 321133KKPPK课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（4 4）电动机以额定功率运行时从电网吸收的功率）电动机以额定功率运行时从电网吸收的功率ePP14e（5 5）电动机实际消耗的功率）电动机实际消耗的功率P P5 5431335PKPKPPP P2 2课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（6 6）无功功率）无功功率Q Q5 5tgPQ55为电动机的功率因数角。为电动机的功率因数角。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3 3系数的确定系数的确定（1 1）负荷系数的确定）负荷系数的确定一般机械的轴功率可由产品样本查得，机械负荷系数可根一般机械的轴功率可由产品样本查得，机械负荷系数可根据轮机专业或舾装专业提供的设备实际使用数据来确定。据轮机专业或舾装专业提供的设备实际使用数据来确定。（2 2）同时系数的确定）同时系数的确定对第对第类负荷来说，考虑到各辅机和用电设备最大负荷的类负荷来说，考虑到各辅机和用电设备最大负荷的不同时性，同时系数选不同时性，同时系数选0.80.9课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系对第对第类负荷来说，可按该负荷平均使用时间与工作周期之类负荷来说，可按该负荷平均使用时间与工作周期之比来估算：比来估算：用电设备一个工作周期期内的平均工作时间用电设备在一个工作周0K4负荷表的编制负荷表的编制 （1）根据轮机、舾装等专业提供的数据选择电动机和电气设）根据轮机、舾装等专业提供的数据选择电动机和电气设备，并计算各电动机和电气设备的额定所需功率；备，并计算各电动机和电气设备的额定所需功率；（2）根据船舶类型选择所需计算工况，确定各工况下所需使）根据船舶类型选择所需计算工况，确定各工况下所需使 用的电动机、电气设备和使用情况，并进行分类；用的电动机、电气设备和使用情况，并进行分类；课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（3）确定负荷系数，并计算各用电设备的实际使用功率；）确定负荷系数，并计算各用电设备的实际使用功率；（4）计算每一工况下各类负荷的总功率，按其同时系数计算）计算每一工况下各类负荷的总功率，按其同时系数计算 总负荷。在交流电制中，还需要计算无功功率和平均功总负荷。在交流电制中，还需要计算无功功率和平均功 率因数；率因数；（5）考虑）考虑5%的网络损耗，得出发电站的功率；的网络损耗，得出发电站的功率；（6）根据上述计算，选择发电机组，并核算各工况下发电机）根据上述计算，选择发电机组，并核算各工况下发电机 的负荷百分率，一般来说发电机应有的负荷百分率，一般来说发电机应有1020%的储备功的储备功 率。率。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第三节第三节 船舶配电装置船舶配电装置主要功能：主要功能：（1）正常运行时，手动或自动接通或切断电源至用电设备间的）正常运行时，手动或自动接通或切断电源至用电设备间的 供电网络，对电网供电或停止供电。供电网络，对电网供电或停止供电。（2）测量和监视电力系统的各种电气参数（电压、频率、电流、）测量和监视电力系统的各种电气参数（电压、频率、电流、 功率、功率因数、绝缘电阻等）。功率、功率因数、绝缘电阻等）。（3）调整电力系统的各电气参数值（例如电压、频率的调整）。）调整电力系统的各电气参数值（例如电压、频率的调整）。返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（4）当电力系统发生故障或不能正常运行时，保护电路将）当电力系统发生故障或不能正常运行时，保护电路将 自动地切断故障电路或发出报警信号。自动地切断故障电路或发出报警信号。（5）对电路状态、开关状态以及偏离正常的工作状态进行）对电路状态、开关状态以及偏离正常的工作状态进行 信号显示。信号显示。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系一、一、 主配电板主配电板并车屏并车屏负载屏负载屏发电机控制屏发电机控制屏课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图12-4 某轮主配电板的板面布置图某轮主配电板的板面布置图课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系控制屏内还装有逆功率继电器和仪用互感器等。控制屏内还装有逆功率继电器和仪用互感器等。1. 发电机控制屏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。均配有单独的控制屏。其上部分装有测量仪表、转换开关、指示灯、主要电源其上部分装有测量仪表、转换开关、指示灯、主要电源开关、原动机的调速开关和按钮等开关、原动机的调速开关和按钮等 ；下部一般安装有发电机主开关，有的船舶也装有发电机下部一般安装有发电机主开关，有的船舶也装有发电机励磁控制装置。励磁控制装置。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系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（指示灯、兆欧表以及与岸电箱相连的岸电开关（如图如图12-5 ）等。）等。2. 并车屏并车屏并车屏用于交流发电机组的并联运行、解列等操作。主要由频率表并车屏用于交流发电机组的并联运行、解列等操作。主要由频率表（电网和待并机）、同步表与同步指示灯及其转换开关、调速开关、（电网和待并机）、同步表与同步指示灯及其转换开关、调速开关、合（分）闸按钮、投切顺序选择和转换开关等组成。合（分）闸按钮、投切顺序选择和转换开关等组成。3.负载屏负载屏负载屏的主要功能是对各馈电线路进行控制、监视和保护，通过装负载屏的主要功能是对各馈电线路进行控制、监视和保护，通过装在负载屏上的馈电开关将电能供给船上各用电设备或分配电板。它在负载屏上的馈电开关将电能供给船上各用电设备或分配电板。它包括动力负载屏和照明负载屏。包括动力负载屏和照明负载屏。船舶电气设备与系统 2022-1-22课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1 11LLLlKT41lKlKST42T43TV21A21111213 21 22 23313233F43-45F41/45Q29U t t2 2 t t3 3，即，即各级保护装置动作时间的整定值应从用电设备到发电各级保护装置动作时间的整定值应从用电设备到发电机处逐级增大，如按电流原则整定，则应有机处逐级增大，如按电流原则整定，则应有I I1 1II2 2II3 3。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图12-21 12-21 船舶电网短路保护示意船舶电网短路保护示意返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2电网的过载保护电网的过载保护船舶电网大多为幅射型馈线式配电网络，馈线的截面积船舶电网大多为幅射型馈线式配电网络，馈线的截面积又都与发电机及用电设备的容量相配合的。由于发电机又都与发电机及用电设备的容量相配合的。由于发电机和用电设备的过载保护装置同时保护了电网，电网中不和用电设备的过载保护装置同时保护了电网，电网中不设专门的过载保护装置。须指出的是，舵机电动机和它设专门的过载保护装置。须指出的是，舵机电动机和它的供电线路根据规范要求均不设过载保护，只设短路保的供电线路根据规范要求均不设过载保护，只设短路保护和过载报警装置。护和过载报警装置。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3 3单相接地及电网的绝缘监测单相接地及电网的绝缘监测单相接地监视单相接地监视船舶配电板上大多装有绝缘指示灯（亦称地气灯）以监船舶配电板上大多装有绝缘指示灯（亦称地气灯）以监视电网的单相接地。视电网的单相接地。图图12-22是地气灯的电气工作原理图。是地气灯的电气工作原理图。电网绝缘监测电网绝缘监测配电板兆欧表安装在主配电板上，它能在线随时监测船配电板兆欧表安装在主配电板上，它能在线随时监测船舶电网的绝缘电阻。兆欧表其工作原理如舶电网的绝缘电阻。兆欧表其工作原理如图图12-23所示。所示。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图121222 22 绝缘指示灯电路图绝缘指示灯电路图返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图12-23 12-23 兆欧表原理图兆欧表原理图返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系4 4岸电的相序和断相保护岸电的相序和断相保护相序及断相保护由负序继电器完成。相序及断相保护由负序继电器完成。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系五、万能式自动空气断路器五、万能式自动空气断路器国内外制造的船用发电机主开关的型式很多国内外制造的船用发电机主开关的型式很多, 结构不尽相结构不尽相同，但基本原理大同小异，一般都是由触头单片、灭弧同，但基本原理大同小异，一般都是由触头单片、灭弧装置、自动脱扣机构，操作机构和保护装置组成。其结装置、自动脱扣机构，操作机构和保护装置组成。其结构框图见构框图见图图12-24。1触头和灭弧系统触头和灭弧系统自动空气断路器大多是采用灭弧栅进行灭弧。自动空气断路器大多是采用灭弧栅进行灭弧。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2. 自由脱扣机构自由脱扣机构自由脱扣机构的作用是使触头保持完好闭合或迅速断开。自由脱扣机构的作用是使触头保持完好闭合或迅速断开。图图12-2512-25所示是一个四连杆机构，它是触头系统和操作传所示是一个四连杆机构，它是触头系统和操作传动装置之间的联系机构。动装置之间的联系机构。 3. 操作机构操作机构操作机构用于控制自由脱扣机构的动作，实现触头闭合操作机构用于控制自由脱扣机构的动作，实现触头闭合或断开。或断开。 （1 1）手动操作）手动操作各种类型的自动空气断路器都有手动合闸操作手柄，通各种类型的自动空气断路器都有手动合闸操作手柄，通常有转动和上下扳动两种型式。常有转动和上下扳动两种型式。 课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（2）电磁或电动合闸）电磁或电动合闸DW-94型电动合闸主开关采用电动操作时，其合闸操作型电动合闸主开关采用电动操作时，其合闸操作线路原理如线路原理如图图12-26所示。所示。DW-95、DW-98型电动合闸采用电磁操作，其合闸操作型电动合闸采用电磁操作，其合闸操作线路原理图如线路原理图如图图12-27所示。所示。AH型采用电磁铁直推式合闸，线路原理图如型采用电磁铁直推式合闸，线路原理图如图图12-28所所示。示。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系万能式自动空气断路器通常设有电流脱扣器、失压脱扣万能式自动空气断路器通常设有电流脱扣器、失压脱扣器及分励脱扣器，通过它们对自由脱扣机构的作用来实器及分励脱扣器，通过它们对自由脱扣机构的作用来实现对主电路的短路、过载、失压、欠压等保护及遥控分现对主电路的短路、过载、失压、欠压等保护及遥控分励操作。其原理示意图如励操作。其原理示意图如图图12-29所示。所示。（3）保护元件：）保护元件：课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图12-24 12-24 万能式自动空气断路器的框图万能式自动空气断路器的框图返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系(a)(a)合闸位置合闸位置 (b)(b)分闸位置分闸位置 (c)(c)为准备合闸位置为准备合闸位置图图12-25 12-25 自由脱扣机构示意图自由脱扣机构示意图返回船舶电气设备与系统 2022-1-22课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室图图12-26 12-26 电动合闸原理图电动合闸原理图返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图12-27 DW9812-27 DW98电磁合闸控制线路电磁合闸控制线路图图12-28 AH12-28 AH型电磁合闸原理图型电磁合闸原理图返回船舶电气设备与系统 2022-1-22课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室图图12-29 12-29 脱扣器原理示意图脱扣器原理示意图返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第六节第六节 船舶轴带发电机系统船舶轴带发电机系统一、轴带发电机的特点一、轴带发电机的特点动力来源于船舶主机的发电机称为轴带发电机（动力来源于船舶主机的发电机称为轴带发电机（Shaft Generator简称简称SG），由轴带发电机向船上电网馈送电），由轴带发电机向船上电网馈送电能的系统称为轴带发电系统。图能的系统称为轴带发电系统。图12-30表示轴带发电机表示轴带发电机（SG）和船舶主机（）和船舶主机（ME）之间的关系。）之间的关系。图图12-30 12-30 轴带发电机和船舶主机之间的关系图轴带发电机和船舶主机之间的关系图 返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 1. 轴带发电机的优点轴带发电机的优点 （1）能有效利用主机能源）能有效利用主机能源 （2）利于能量综合利用。）利于能量综合利用。 （3）能减少润滑油消耗及副机维护保养费用。）能减少润滑油消耗及副机维护保养费用。 （4）节约费用，节省空间。）节约费用，节省空间。 2. 轴带发电装置的类型轴带发电装置的类型根据螺旋桨型式不同，轴带发电机可分为根据螺旋桨型式不同，轴带发电机可分为定距桨定距桨（FPP）和和变距桨（变距桨（CPP）轴带发电两种装置。轴带发电两种装置。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 3. 轴带发电机的功率输出特性轴带发电机的功率输出特性变转速的轴带发电机允许输出的功率，因受电枢电流和变转速的轴带发电机允许输出的功率，因受电枢电流和励磁电流额定值的限制，在不同的转速范围内是有所不励磁电流额定值的限制，在不同的转速范围内是有所不同的，其典型功率输出特性如同的，其典型功率输出特性如图图12-31所示。所示。船舶电气设备与系统 2022-1-22课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室图图12-31 12-31 轴带发电机的功率输出特性轴带发电机的功率输出特性返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系二、轴带发电机系统的组成原理二、轴带发电机系统的组成原理1. 轴带发电机系统的组成轴带发电机系统的组成图图12-32是定距桨晶闸管变流器轴带发电机系统的结构是定距桨晶闸管变流器轴带发电机系统的结构框图。系统主要由三大部分组成：框图。系统主要由三大部分组成：主回路有功通道主回路有功通道无功通道无功通道控制器控制器 2. 系统基本工作原理系统基本工作原理课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 3. 轴带发电机的运行操作轴带发电机的运行操作（1）轴带发电机系统起动程序）轴带发电机系统起动程序 图图12-33表示的是轴带发电机自动起动程序框图。表示的是轴带发电机自动起动程序框图。（2）轴带发电机与辅助发电机并联和转换）轴带发电机与辅助发电机并联和转换 如果是手动并车，其整步合闸、负载转移和辅助柴油发如果是手动并车，其整步合闸、负载转移和辅助柴油发 电机的解列与一般的手动准同步并车操作相同。这一切电机的解列与一般的手动准同步并车操作相同。这一切 操作通常是由自动并车装置完成。操作通常是由自动并车装置完成。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（3）停机条件）停机条件 导致停机的条件如下：导致停机的条件如下： 按停机按钮；按停机按钮； 电源故障；电源故障； 运行故障（短路、过载、欠压、转速过低、运行故障（短路、过载、欠压、转速过低、 频率过高等）；频率过高等）； 系统中任一电机绕组过热等。系统中任一电机绕组过热等。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（4）正常停机的操作程序）正常停机的操作程序当船舶需要转入机动工况（如进港等）时，因主机将进行当船舶需要转入机动工况（如进港等）时，因主机将进行减速、倒车、停车等操纵，轴带发电机应停止工作。减速、倒车、停车等操纵，轴带发电机应停止工作。起动柴油辅助发电机组，并切除次要负载。起动柴油辅助发电机组，并切除次要负载。完成辅助发电机的手动或自动并车及转移负荷之后才能操完成辅助发电机的手动或自动并车及转移负荷之后才能操纵主机减速或倒车。纵主机减速或倒车。当主机转速降低到额定转速的当主机转速降低到额定转速的40以下时，轴带发电机励以下时，轴带发电机励磁终止，主开关跳闸。逆变器停止触发，轴带发电机终止磁终止，主开关跳闸。逆变器停止触发，轴带发电机终止发电。发电。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（5）轴带发电机运行中存在的问题）轴带发电机运行中存在的问题 船舶在整个运输过程中必然会遇到移泊、紧急停车和船舶在整个运输过程中必然会遇到移泊、紧急停车和紧急倒车等情况。这些均涉及到轴带发电机和辅助柴紧急倒车等情况。这些均涉及到轴带发电机和辅助柴油发电机带电转换和并联运行问题。油发电机带电转换和并联运行问题。4.轴带发电机的布置形式轴带发电机的布置形式 轴带发电机可以布置在柴油机自由端或是齿轮端，采用传轴带发电机可以布置在柴油机自由端或是齿轮端，采用传动齿轮进行传动，轴带发电机除了作为发电机外，有的船动齿轮进行传动，轴带发电机除了作为发电机外，有的船舶紧急情况下还可作为电动机。舶紧急情况下还可作为电动机。船舶电气设备与系统 2022-1-22课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室图图12-32 12-32 轴带发电机系统的结构框图轴带发电机系统的结构框图返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图12-33 12-33 轴带发电机自动起动程序框图轴带发电机自动起动程序框图返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系三、轴带发电机的工作模式三、轴带发电机的工作模式 1 1工作模式工作模式（1 1）PTIPTI模式模式 PTIPTI即即POWER TAKE INPOWER TAKE IN的缩写。此时轴带发电机作为电动的缩写。此时轴带发电机作为电动 机从另一台发电机的电盘中获取电能，它把电能转换成机从另一台发电机的电盘中获取电能，它把电能转换成 机械能，推动船舶前进。机械能，推动船舶前进。（2 2）PTOPTO模式模式 PTOPTO即即POWER TAKE OFFPOWER TAKE OFF的缩写。此时主机作为船舶的原动的缩写。此时主机作为船舶的原动 机，通过减速齿轮箱变速不仅起推进作用，同时通过轴机，通过减速齿轮箱变速不仅起推进作用，同时通过轴 带发电机把机械能转变为电能向船上供电。带发电机把机械能转变为电能向船上供电。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（3 3）BOOSTERBOOSTER模式模式 BOOSTERBOOSTER模式即增强制式，这时两台主机仅起推进作用，模式即增强制式，这时两台主机仅起推进作用， 两台轴带发电机由两台主发电机通过电盘供电，由减速两台轴带发电机由两台主发电机通过电盘供电，由减速 齿轮箱变速，与主机同步，一起推动船舶。在这种情况齿轮箱变速，与主机同步，一起推动船舶。在这种情况 下，船舶可以获得高于设计的主机负荷，通过轴带发电下，船舶可以获得高于设计的主机负荷，通过轴带发电 机增加和提高船舶的推进能力。机增加和提高船舶的推进能力。后推进装置和系统控制如后推进装置和系统控制如图图12-3412-34所示。该系统中轴带发所示。该系统中轴带发电机可以用电机可以用PTIPTI、PTOPTO和和BOOSTERBOOSTER的控制模式对离合器进行的控制模式对离合器进行控制。控制。船舶电气设备与系统 2022-1-22课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室图图12-34 12-34 后推进装置和系统控制后推进装置和系统控制返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2 2控制模式的实现控制模式的实现 轴带发电机的控制模式是通过轴带发电机的控制模式是通过PLCPLC对离合器的控制来完对离合器的控制来完成的。海上多用途工作船采用成的。海上多用途工作船采用VERCVERC系统实现对可调浆的系统实现对可调浆的控制，同时通过控制，同时通过I/OI/O端口与主机控制系统、电站系统、端口与主机控制系统、电站系统、集中监测系统、操纵杆、集中监测系统、操纵杆、DPDP等连接。轴带发电机的等连接。轴带发电机的PTIPTI、PTOPTO和和BOOSTERBOOSTER控制模式的转换是由各系统相互作用完控制模式的转换是由各系统相互作用完成的，主要由可调浆控制系统、电站控制系统和主机三成的，主要由可调浆控制系统、电站控制系统和主机三大系统完成的。大系统完成的。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第七节第七节 船舶中压电力系统船舶中压电力系统有关中压电力系统的定义，世界各处以及在不同领域的有关中压电力系统的定义，世界各处以及在不同领域的标准不是完全一致的。常用的标准不是完全一致的。常用的IEEEIEEE标准标准100100规定中压交流规定中压交流电力系统的定义是指额定电压大于电力系统的定义是指额定电压大于1000V1000V，小于，小于10000V10000V的的电力系统；在此之上，还有高压和超高压。对于额定频电力系统；在此之上，还有高压和超高压。对于额定频率为率为60Hz60Hz的电力系统，中压的额定值有的电力系统，中压的额定值有2.3kV2.3kV、4.16kV4.16kV、6.6kV6.6kV等等级；而额定频率为等等级；而额定频率为50Hz50Hz的电力系统，中压的额的电力系统，中压的额定值有定值有 3.3kV 3.3kV 、6.0kV 6.0kV 、10kV10kV等级。等级。返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系一、一、“泰安口泰安口”半潜式电力推进船中压电力系统的结构半潜式电力推进船中压电力系统的结构图图12-35是该船的电力系统单线原理图。是该船的电力系统单线原理图。图图12-35中，电网由三个层次组成：一是中，电网由三个层次组成：一是6.6 KV的中压主的中压主系统，二是系统，二是450V的辅助低压系统，三是的辅助低压系统，三是450V的应急系统。的应急系统。二、二、“泰安口泰安口”半潜式电力推进船电力系统的运行模式半潜式电力推进船电力系统的运行模式“泰安口泰安口”半潜式电力推进船电力系统可以提供如表格半潜式电力推进船电力系统可以提供如表格12-4中所示的几种运行模式（表中所涉及的设备的连接关系，中所示的几种运行模式（表中所涉及的设备的连接关系，请参见图请参见图12-36）。）。船舶电气设备与系统 2022-1-22课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室图图12-35 “12-35 “泰安口泰安口”半潜式半潜式电力推进船的电力系统单线电力推进船的电力系统单线原理图原理图返回课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系三、中压电力系统的隔离开关和接地开关三、中压电力系统的隔离开关和接地开关中压电气设备，例如变压器、电流互感器、电压互感器、断路器都中压电气设备，例如变压器、电流互感器、电压互感器、断路器都安装在完全封闭的开关柜中。输电电缆采用的是绝缘性能极高的材安装在完全封闭的开关柜中。输电电缆采用的是绝缘性能极高的材料制成的。料制成的。 中压电力系统为了保证在维修时操作人员的人身安全，系统在中压中压电力系统为了保证在维修时操作人员的人身安全，系统在中压主发电机断路器与中压汇流排连接点之间、在中压汇流排连接断路主发电机断路器与中压汇流排连接点之间、在中压汇流排连接断路器的两端、在旋转变流机组的断路器与中压汇流排连接点之间，都器的两端、在旋转变流机组的断路器与中压汇流排连接点之间，都串联了隔离开关。隔离开关是具有可见断开点的开关，但是没有灭串联了隔离开关。隔离开关是具有可见断开点的开关，但是没有灭弧装置，因此不能带负荷分合闸。在使用时，和断路器的分合闸操弧装置，因此不能带负荷分合闸。在使用时，和断路器的分合闸操作顺序有先后规定，有时也与断路器有机械或者电气的连锁。作顺序有先后规定，有时也与断路器有机械或者电气的连锁。课 件船舶电气设备与系统 2022-1-22轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系为了确保维修人员正在接触的线路无电，中压供配电线路为了确保维修人员正在接触的线路无电，中压供配电线路上还安装了多处接地开关。接地开关（三相）的一端与母上还安装了多处接地开关。接地开关（三相）的一端与母线相连，另一端与接地点可靠相连，与隔离开关相同，接线相连，另一端与接地点可靠相连，与隔离开关相同，接地开关也没有灭弧装置，不可以带负载分合闸。在停电维地开关也没有灭弧装置，不可以带负载分合闸。在停电维修某一段线路和设备时，合上相应的接地开关，能保证被修某一段线路和设备时，合上相应的接地开关，能保证被维修线路和设备可靠的接地，防止线路上电荷积累，或者维修线路和设备可靠的接地，防止线路上电荷积累，或者在断路器意外合闸时，由于线路三相接地，短路电流会使在断路器意外合闸时，由于线路三相接地，短路电流会使断路器立即跳闸。断路器立即跳闸。