1、 第六章 船舶電力系統 §61 船舶電力系統概述一、 船舶電力系統的組成及特點 1船舶電力系統的組成 船舶電力系統是由電源裝置、配電裝置、電力網和負載組成并按照一定方式連接的整體，是船上電能產生、傳輸、分配和消耗等全部裝置和網絡的總稱。其結構簡圖如圖61所示。 圖61典型船舶系統簡圖 1）電源裝置。將機械能、化學能等能源轉變為電能的裝置。船舶電源主要是指發電機和蓄電池。 2）配電裝置。對電源和用電設備進行保護、監測、分配、轉換、控制的裝置。 3）船舶電力網。是全船電纜電線的總稱，也是電能的生產者(各種電源)和電能的消耗者(各類用電設備)的中間傳遞環節。船舶電力網根據其所連接的負載性質

2、和類別可以分為動力電網、照明電網、應急電網、低壓電網和弱電電網等。 4）負載。即用電設備。船舶負載有：甲板機械、船舶舵機、動力裝置用輔機(為主機和主鍋爐等服務的輔機，如主機滑油泵、海水冷卻泵、淡水冷卻泵和鼓風機等)、艙室輔機(生活水泵、消防泵、艙底泵以及為輔鍋爐服務的輔機等)、電力推進設備(主電力推進裝置、首尾側推裝置等)、機修機械(車床、鉆床、電焊機等)、冷藏通風(冷藏集裝箱、空調裝置、伙食冷庫和通風機等)、照明設備、船舶通信導航設備(無線電通信設備、導航和船內通信設備)等。 2船舶電力系統的特點 根據船用負載的特點，船舶電力系統的電站容量、連接方式、電壓等級、配電裝置等與陸上電力系統有著很

3、大的差別。從驅動發電機的原動機形式分類，船舶發電機組有柴油發電機組、蒸汽發電機組、汽輪發電機組、軸帶發電機組等。 船舶電站單機容量一般不超過l 000kW，裝機總功率不超過5 000 kW(電力推進船和特 種船除外)，相比陸上要小得多。船舶電力系統大多采用多臺同容量同類型的發電機組聯合供配電的方式，以方便管理維護。正常航行時僅有1臺或2臺發電機向電網供電，但是要求船舶發電機組有較高品質的調速和調壓裝置來滿足負載變化、在突發局部故障時也能保障船舶安全運行。船舶電網的輸電距離短，線路阻抗低，各處短路電流大。短路電流所產生的電磁機械應力和熱效應易使開關、匯流排等設備遭受損傷和破壞。因此，船舶輸電電纜

4、采用沿艙壁或艙 頂走線，電纜的分支和轉接均在配電板(箱)或專設的分線盒內完成，不允許外部有連接點。二、 船舶電力系統的基本參數 船舶電力系統的基本參數是指電流種類(電制)、額定電壓和額定頻率的等級。 1電流種類(電制)早期船舶采用直流電制，主要基于直流發電機調壓容易、直流配電裝置簡潔、直流電動機調速平滑等優點。但直流電制在可靠性、經濟性、可維修性方面的缺陷甚多，而電力電子技術的發展突破了交流電力系統的調壓、調頻、并聯運行等一系列難點，使交流電制占據了主要地位。除了采用直流電力系統或交直流混合電力系統的特殊工程船舶外，幾乎所有大中型船舶均采用交流電力系統。 2額定電壓等級 船舶電力系統額定電壓等

5、級的選用直接關系到電力系統中所有電氣設備的重量和尺寸， 提高電壓利于減少導線中的電流、提高設備功率、減小艙容，利于提高經濟性，隨之對電氣設備的絕緣和安全方面的要求也更高。世界各國對電壓等級的選用與本國陸上電制參數一致，使船舶電氣設備具有通用性。例如美國和日本采用450V、60Hz的電制，而我國和前蘇聯等均采用400V、50Hz的電制。隨著船舶發展大型化，目前采用電力推進的商船、滾裝船和一些工程船舶電站的容量都比較大(高達幾萬千瓦)，出現了6 kV、33 kV以上中壓等級的船舶電站。 我國用電設備的額定電壓有24V、110V、220V、380V、1kV、3kV、6kV、10kV等。根據電源電壓的

6、額定值比同級電力系統用電設備的額定電壓高5左右的原則，發電機的額定電壓為115V、230V、400V、1.05kV、3.15 kV、6.3kV、10.5kV等。我國(鋼質海船入級與建造規范規定：非電力推進船舶的限制電壓為500V，動力負載、具有固定敷設電纜的電熱裝置等的額定電壓為380V，照明、生活居室的電熱器限制電壓為250V，額定電壓為220V。 3額定頻率 交流船舶電力系統的額定頻率一般沿用各國陸地上的頻率標準，我國采用50 Hz，西歐、美國采用60Hz。這里不包括弱電設備所需的特殊頻率以及海上平臺等特殊設備的電源頻率。三、 發電機容量及臺數確定的原則 船舶電站容量和發電機組數量是從滿足

7、船舶用電的需求，并保證船舶的安全性和經濟性而確定的。船舶電站容量既不等于全船所有用電設備的標稱電功率的總和，也不等于船舶某一運行工況下所用全部用電設備標稱電功率的總和。因為船舶在不同運行工況下投入運行的用電設備不同，用電量也不同；即便在同一運行工況下各用電設備的運行時間長短不同，負荷變化的情況也不同；每一用電設備實際所需的電功率大多小于其標稱電功率。電站發電機組數量的選擇和單機容量的確定既與電站容量有關，也與各工況的用電量大小和相對運行周期的長短有關。 1船舶的運行工況 船舶營運中有航行工況(貨船的全速滿載航行時間約占船舶運行周期的41，油船占64)、進出港工況(船舶進出港低速航行、靠離碼頭等

8、機動時間約占運行周期的1)、裝卸貨工況(貨船裝卸所載貨物期間約占運行周期的18，油船占7)、停泊工況(貨船的無裝卸作業停泊時間約占運行周期的40，油船占28)、應急工況(發生進水、火災等海損引起主發電機失效而啟用應急發電機的工況)。 2確定電站容量的基本原則 電站容量應能滿足船舶在各種運行工況下的用電量，并有適當的裕量，確保連續可靠的供電。但從經濟性考慮，冗余功率又不能太大。 3發電機組容量和數量的選擇原則 發電機組的總容量決定于電站的總容量，確定發電機組的單機容量和機組數量的基本原則是：單機組容量以最高負荷率為80來確定為宜；船舶電站必須有備用機組，其容量要能滿足船舶各運行工況的用電需求；確

9、定單機組容量和機組數量時，要考慮各機組的使用壽命應與主機壽命相當，維修管理方便。 若以高效率經濟運行為原則，針對電站容量和各工況的用電量及其相對運行周期等具體情況，可選擇小功率多機組，或大功率少機組，或不同功率的機組。一般船舶電站設置2至3臺(包括備用機組)同型號、同容量的機組，最多為4臺。有些船舶在無作業停泊期間用電量少，常設1臺小容量的系泊發電機。船舶電站的實際容量綜合考慮了船舶電動機的利用系數、負荷系數、同時性系數等因素。四、 應急發電機容量的確定 1目的和原則 一般規范都規定客船和500總噸以上的貨船應設有獨立的應急電源。它可以是發電機，也可以是蓄電池組。作為應急電源使用的發電機稱為應

10、急發電機。 應急發電機應該具有獨立的冷卻裝置和燃油供給單元，并設有滿足規則要求的起動裝置。當船舶發生火災或其他災害引起主電源供電失效時它應能自動起動和自動連接于應急配電板，盡快地承載額定負載，最長時間不得超過45s。應急發電機的容量應確保海上人命安全公約(SOLAS)和主管機關有關規定的供電范圍和供電時間，并應考慮到這些用電設備可能同時工作。 2容量確定 不同種類、噸位的船舶，其應急發電機供電的電氣設備范圍也略有不同。確定應急發電機的容量通常基于下述設備所需的電功率，即：航行燈、信號燈、應急照明設備、應急報警和信號裝置、火災探測和報警裝置及防火門的固定和釋放系統；在緊急狀態下所需要的船內通信設

11、備、應急消防泵、自動噴水泵、應急艙底泵及其電動遙控設備、應急時使用的舵機、動力操作水密門及其指示器、報警器，以及其他需要應急發電機供電的用電設備，如船員或船員提升至甲板上以便逃脫的電梯應急裝置、應急用無線電設備和導航設備等。 一般應急發電機需對舵機之類較大的電動機負載供電，在確定其容量時，應考慮到最大電動機起動時瞬態電壓降的影響。§62 船舶配電裝置 配電裝置是接收和分配電能，并對電網實現保護的設備。有些配電裝置(例如主配電板、應急配電板和蓄電池充放電板等)還具有對電源裝置、用電設備進行測量、保護和控制的功能。一、 配電裝置分類 船用配電裝置種類很多，如面向主發電機的控制和監測的主配

12、電板，面向應急發電機控制和監測的應急配電板，面向蓄電池組控制和監測的蓄電池充放電板。此外還有區域分配電板、岸電箱和交流配電板等。二、主配電板的構成及功能 船舶主配電板是船舶電力系統的中樞，擔負著對主發電機和用電設備的控制、保護、監測和配電等多種功能。一般由發電機控制屏、并車屏、負載屏和連接母線四部分組成。 1發電機控制屏。包含有發電機主開關及操縱器件、指示燈和儀表、發電機勵磁控制和保護環節等。每臺發電機組均配有單獨的控制屏，用于控制、調節、保護、監測發電機。控制屏面板大體分上、中、下三部分，上部裝有電壓表、電流表及轉換開關、頻率表、功率表、功率因數表以及原動機的調速開關和按鈕等；中部安裝有發電

13、機主開關；下部一般安裝有發電機勵磁控制裝置，控制屏內還裝有逆功率繼電器和儀用互感器等。 2并車屏。包含有同步表、同步指示燈、投切順序選擇和轉換開關、操縱按鈕及狀態顯示指示燈等。有的還設有匯流排分段隔離開關、粗同步并車電抗器、自動并車裝置等。并車屏用于交流發電機組的并聯運行、解列等操作。 3負載屏。包括動力負載屏和照明負載屏，通常安裝有裝置式自動空氣開關、電壓表、電流表及轉換開關、絕緣指示燈、兆歐表以及與岸電箱相連的岸電開關。它們是用于分配電能并完成對各饋電線路進行控制、監視和保護等。各用電設備或分電箱的電能通過裝置空氣開關供給。有些動力負載屏上還裝有重要泵的組合起動裝置。 4匯流排。配電板上主

14、匯流排及連接部件是銅質的，連接處作了防腐或防氧化處理。匯流排能承受短路時的機械沖擊力，其最大允許溫升為45。 交流匯流排按從上到下(垂直排列)、從左到右、從前到后(水平布置)的順序依次為A相、B相、C相。匯流排的顏色依次為綠色、黃色、褐色或紫色，中線為淺藍色(若有接地線則接地線為黃綠相間顏色)。直流匯流排按從上到下(垂直排列)、從左到右、從前到后(水平布置)的順序依次為正極、中線、負極。其正極顏色為紅色，負極為藍色，中線為綠色和黃色相間色。三、分配電板 分配電板是由過載保護電器組成的集合體，對額定電流不超過16A的電氣設備進行供電的開關板，也稱為分電箱，主要有動力分配電板和照明分配電板兩種。

15、區域分配電板由主配電板或應急配電板饋電，是對耗電大于16A的電氣設備進行供電的開關板。四、應急配電板 應急配電板用于應急發電機的控制和監視，并向應急用電設備供電。它與應急發電機組安裝在同一艙室內，一般位于艇甲板上。應急配電板由應急發電機控制屏和應急配電屏組成，其上面安裝的儀器儀表與主配電板基本相同。應急發電機總是單機運行，所以不需要并車屏、逆功率繼電器和同步表。 應急電網平時可由主配電板供電，惟當主發電機發生故障或檢修時才由應急發電機組供電。主配電板連通應急配電板有供電聯絡開關，它與應急配電板的主開關之間設有電氣連鎖，以保證主發電機向電網供電(即主網不失電)時，應急發電機組不工作。一旦主發電機

16、開關跳閘，經應急發電機組的自動起動裝置確認后，自動起動應急發電機組，并合閘向應急電網供電。平時需要檢查和試驗應急發電機組時，可把應急發電機工作方式選擇開關置于試驗位置，使應急發電機脫離電網。有些采用自動管理的應急電站，只有在應急發電機工作后應急電網才允許轉換為由應急發電機供電，以免與主電網發生沖擊。五、 充放電板 船舶小應急照明、操縱儀器和無線電設備的電源均采用蓄電池，船舶設置充放電板對蓄電池進行充電、放電，實現向用電設備正常供電。常用充放電板的接線原理如圖62所示，主要由兩個部分組成。 1電源部分 目前采用交流電的船舶大都采用整流裝置把交流電變為直流電。圖中SA1為整流電源開關，SA2為整流

17、后的電源開關，電源回路中設置有熔斷器、電壓表和電流表。新造交流電制船舶已采用晶閘管整流器，組成三相或單相可控整流裝置。 2充放電回路在每一個充電回路應設有防止逆流的逆電流繼電器或二極管，圖62中，因電源是硅整流器，本身有防止逆流作用，故充電回路不再設置逆電流繼電器。當主、應急電網都失電時，接觸器KMl線圈失電，常閉觸頭閉合，直接向小應急用電設備供電，其余用電設備分別利用開關送電。 圖62 用整流器充電的充放電板原理圖六、蓄電池 1蓄電池在船舶上的應用 蓄電池是任何類型的機動船舶都無法離開的可靠電源設備，其用途之一是作為應急電源或備用電源，一般商船都把蓄電池作為船舶小應急電源，在船舶主電網失電而

18、應急發電機組尚未正常供電的時間內，蓄電池組則供電給小應急 負載；用途之二是作為低壓設備的電源(如供電給無線電收發報機、自動電話交換機和各種警報器)。此外，蓄電池也用作應急發電機組和救生艇上柴油機的起動電源，以及羅經的直流電源等。 2船用蓄電池的類別 船用蓄電池有酸性蓄電池和堿性蓄電池兩大類。酸性蓄電池也稱為鉛酸蓄電池，船用歷史最久，常用于柴油機的起動和應急照明。堿性蓄電池包括鎘鎳蓄電池、鐵鎳蓄電池、鋅銀蓄電池和鎘銀蓄電池等，主要用于無線電通信設備。但價格較高，民用船舶較少采用。 3蓄電池的主要性能 蓄電池的主要性能指標包括開路電壓、工作、電壓、電池容量、使用溫度、壽命和儲存期等。酸性蓄電池中每

19、個小電池的電動勢為2.02.1V。放電時，電壓逐漸下降，到達某一電壓(稱放電終止電壓)時，則急劇下降，當低至放電終止電壓時不再放電。10h放電率的每個小電池放電終止電壓為1.8 V。充電時，電壓變化在2.052.8V范圍，充電終期電壓每個小電池為2.52.8 V。充電設備的電壓應考慮能調節到每個小電池2.8V的數值。 堿性蓄電池中每個小電池的電動勢為1.3 V左右，在額定放電率時平均放電電壓為1.2V。根據不同結構形式，充放電特性是不同的。 4蓄電池的結構及工作原理1）酸性蓄電池酸性蓄電池的結構如圖63所示，主要由容器、極板和隔板三部分組成。 盛裝電解液和支撐極板的容器，具有防止酸液泄漏、耐腐

20、蝕和堅固等特性。鉛酸蓄電池容器有玻璃槽、鉛襯槽、塑料槽、硬橡膠槽等，船上多數使用后兩種。 船用酸性電池的極板常采用鉛銻合金制成柵格式，柵格中壓人活性物質，正極的活性物質是二氧化鉛(PbO2)，負極的活性物質是海綿狀純鉛(Pb)。為增加容量，蓄電池的正極板和負極板制成許多片，分別并聯在一起接成兩組，構成蓄電池的正負極。隔板用橡膠、塑料或木板等絕緣材料制成。為保證電解液的自由流通，同時又不致使極板脫落的活性物質經隔板與相鄰隔板相通，隔板上開有大小適中的孔。 酸性蓄電池的電解液的質量分數為27一37的稀疏酸溶液，相對密度為1.281.31。酸性電池是利用鉛、二氧化鉛和硫酸的化學反應來儲存電能和釋放電

21、能的，其工作原理由下面的化學反應方程式表示： PbO2+2H2SO4+Pb=PbSO4+2H2O+PbSO4 (正極) (電解液) (正極)(電解液)(負極)圖63酸性蓄電池的結構圖 當蓄電池的正負極板插入硫酸溶液時，極板之間將產生2V左右的電動勢，一旦外電路接通則形成放電電流，同時在電池內部正負極板與硫酸發生化學反應，逐漸變成硫酸鉛，當正、負極板都變成同樣的硫酸鉛后，蓄電池便不能再放電了，必須通過充電來恢復成原來的PbO2和Pb。顯然蓄電池的充電和放電是可逆的。由式(61)可知，充電時電解液稀硫酸的相對密度會增加；放電時由于生成水，相對密度降低。實際工程中采用比重計來測量電解液的相對密度，從

22、而估計出蓄電池電動勢的大小。酸性蓄電池的電動勢，主要與電解液相對密度d有關。相對密度高，電動勢也高，E與d之間的關系可由經驗公式來表示，即 E=0.84+d (61) 如在蓄電池充電完畢將外電路斷開后，測得的相對密度為1.28時，則根據上式可估算出其電動勢為2.12V。 2）堿性蓄電池 堿性蓄電池具有體積小、機械強度高、工作電壓平穩、能大電流放電、使用壽命較長和易于攜帶等特點，近年來在遠洋船上的應用增多。缺點是堿性蓄電池比酸性蓄電池的額定電壓低，提供相同的供電電壓，堿性蓄電池通常在數量上要比酸性蓄電池多出67，成本較高。堿性蓄電池可分為鎘鎳(CdNi)、鐵鎳(FeNi)、鋅銀(ZnAg)、鎘銀

23、(CdAg)等系列。船舶主要采用鎘鎳、鐵鎳蓄電池，下面以鎘鎳堿性蓄電池為例作介紹。 堿性蓄電池主要由容器、極板和活性物質構成。容器用鍍鎳鋼板制成，直接與電解液或一組極板接觸，所以堿性蓄電池的外殼帶電：正極由氧化鎳粉、石墨粉組成，石墨粉主要用來增強導電性，不參與化學反應；負極由氧化鎘和氧化鐵粉組成，摻人氧化鐵粉的目的是使氧化鎘粉具有較強的擴散性，防止氧化鎘結塊，增加極板的容量；正負極上的這些活性物質分別包在穿孔的鋼帶中，加壓成型后構成電池的正負極，兩極之間用耐堿的硬橡膠隔開。堿性蓄電池電解液的質量分數為20的氫氧化鉀(KOH)水溶液(或純氫氧化鈉溶液)，相對密度為1.21.27。蓄電池充電時將電

24、能變為化學能儲存起來，放電時將化學能變為電能輸送給用電設備，兩電極所發生的化學反應是可逆的。在充放電過程中總的化學反應方程式 Cd+2KOH+2Ni(OH)3=Cd(OH)2+2KOH+2Ni(OH)2 (62)(負極)(電解液)(正極) (負極) (電解液) (正極) 從上式可知，電解液在充放電過程中只作電流的傳導體，不參與化學反應，其濃度不變，因而不能根據相對密度來判斷充放電的程度，只能采取測量電壓的方法來判斷堿性蓄電池的充放電的程度。堿性蓄電池中每個電池的電動勢為1.25V。放電時，電壓變化在121V范圍內，電流增大時可達到0.7V，低于0.7V就不應再放電。充電時，電壓變化在1.41.

25、8V范圍內。 3）蓄電池的容量 容量是描述蓄電池儲存電能能力的物理量，單位為安培小時(A·h)。它用充足電的蓄電池放電到規定終了電壓(一般為額定電壓的90)時所放出的能量來表示，以放電電流I與放電時間t的乘積描述，即Q=I·t(A·h)。 酸性蓄電池通常以10h的放電電流為標準放電電流(即經過10h使蓄電池放完電的放電電流)，因此，額定容量被定義為在電解液溫度為25，以10h放電電流連續放電至終止電壓時所輸出的容量。例如200A·h容量的酸性蓄電池是指能以20A的電流放電10h。 蓄電池的容量與放電電流的大小及電解液的溫度有關，因此如果超過標準放電電流進

26、行放電，不但會降低容量，而且會嚴重影響蓄電池的壽命。關于堿性蓄電池一般是以8h作為標準放電電流。5船用蓄電池的充放電方式 1）充電的方法和種類 蓄電池的充電方法和類型有多種，應根據蓄電池的用途和經濟性來選用。 （1）充電方法 恒電流充電以恒電流充電至放電結束； 恒電壓充電給蓄電池加以恒定電壓進行充電(由于充電初期通過電流大，應根據該電流選定整流器的容量)； 恒電流恒電壓充電在充電初期通以適當的恒定大電流，達到某一電壓時，保持恒定電壓進行連續充電； 連續補充充電給無負載的蓄電池自行放電進行補充充電的方法； 分段充電按2段3段變化恒電壓或恒電流充電電流進行充電。 （2）充電種類 初次充電使用鉛酸蓄

27、電池時，初次向電池內加入電解液進行充電，充電的第一階段電流為額定容量的0.07，充到單格電壓上升到2.4V為止；第二階段電流為額定容量的0.04，充到單格電壓上升到2.5V，且相對密度和電壓在3h內穩定。 正常充電對已經放過電的蓄電池，為了使其恢復到原來規定容量而進行的充電，充電分兩階段進行，第一階段按標準充電制的電流(額定容量的01)充電67h；第二階段用第一階段充電電流的一半充電23h。 均衡充電多個小電池組合使用的蓄電池在長時間使用后，各小電池往往產生相對密度、容量的不均衡現象，為此需要每月進行一次均衡充電，其方法是先進行正常充電；靜置1 h后，用初次充電第二階段的電流充到有劇烈氣泡產生

28、為止；再靜置1 h，反復上述充電過程，直到電壓和相對密度保持穩定才完成。 （3）蓄電池充放電方式目前，船舶上采用的充放電方式有交互充放電方式、浮充方式以及交互充放電和浮充相組合的方式。各種充放電方式的特點如表61所示。表61 各充放電方式比較方式主要特征 主要優缺點 交互充放電方式 1 兩組蓄電池的充電和放電相互互換；2 充電裝置僅接入一組蓄電池，另一組蓄電池接人負載；3 充電裝置不能與負載回路相接；4 一般采用連續補充充電方法1 在進行充電一放電轉換時，負載側出現瞬時斷電；2 兩組蓄電池分別獨立，一組故障時，另一組蓄電池仍可供電，可靠性高浮充方式1 蓄電池和負載并聯于充電裝置，浮充電壓保持恒

29、定；2 充電時，蓄電池僅通過補充充電的電流；3 由于充電回路都設有限流環節，當出現大電流負載時，將由蓄電池負擔部分負載，當電流負載消失后，蓄電池放電部分由充電裝置補充充電；4 停電時，蓄電池負擔全部負載；5失電恢復后，充電裝置負擔正常負載，并給蓄電池充電1由于浮充時由充電裝置給負載供電，停電時由蓄電池給負載供電，故無瞬電壓波動小；時斷電，2正常時蓄電池保持最合適的充電電流，處于良好的過充電狀態，因此延長蓄電池壽命；3充電裝置負擔正常負載電流和蓄電池充電電流，蓄電池負擔大電流和停電時負載，所以充電裝置和蓄電池容量減少交互充放電方式和浮充方式組合 根據需要，通常有下述兩種組合： 1 利用轉換開關，

30、將一組蓄電池接人快速充電裝置，另一組蓄電池與浮充充電裝置和負載并聯；2僅設置一個充電裝置，正常時2組蓄電池都與負載和充電裝置并聯，利用轉換開關，可對其中一組蓄電池進行均衡充電 1需2組充電裝置，蓄電池容量大；2兩組蓄電池可互為備用，可靠性高3充電裝置為1臺，蓄電池容量小；4可靠性高 6船用蓄電池的維護保養 1）酸性蓄電池 （1）電解液應每半個月檢查液面高度，每年進行化驗檢查。要及時補充電解液，注液孔螺帽應旋緊，以防電解液濺出。 （2）應保持蓄電池表面清潔，為防止極柱夾頭生銹，其表面應涂上一層凡士林油膜。 （3）蓄電池室應保持良好的通風，并嚴禁煙火。 （4）過充電酸性蓄電池在運行中往往因長時間充

31、電不足或過放電等原因造成極板硫化，這時要對蓄電池進行過充電，使蓄電池恢復到良好的運行狀態。過充電是指在正常充電后，再用10 h放電率的12或34的小電流進行充電1 h，然后停1 h，如此反復進行，直至剛一接通充電電源就發生強烈氣泡為止。 2）堿性蓄電池 （1）每半個月檢查一次電壓、電解液密度和高度，及時補充電解液。 （2）保持氣塞透氣或定期打開氣塞放氣。 （3）堿性蓄電池的外殼帶電(正極)，存放時須防金屬將負極與外殼接觸，引起短路。 （4）一般工作1012次充放電循環或每月進行一次過充電。 （5）每年或使用50100次時，應更換電解液。電解液的更換應在放電狀態下進行，必要時可用純水清洗，并及時

32、注入更換的電解液。六、 岸電箱 船舶停泊碼頭或進塢修理時，一般接用岸電電源。在碼頭上設置有與岸電連接的裝置，船舶一靠碼頭即可使用岸電。船上發電機組全部停機，既可減少靠岸時的值班人員，又便于對發電機組進行正常的維護或修理。 直流電制船舶進塢修理時，須接用直流岸電，船塢中可以安裝直流岸電箱，也可以不安裝直流岸電箱而將直流岸電電纜直接拉至機艙主配電板供電。由于碼頭上陸用電源多為交流電，考慮停泊碼頭時接用交流岸電的需要，設置了交流岸電箱。交流岸電的供電方式有兩種：1接用單相交流岸電，僅供船上照明電路使用，此時，配電板內照明匯流排與電力匯流排分開；2船上安裝一臺變流機組或整流裝置，將交流岸電變為直流電，

33、再供電給船上的停泊負載。交流電制船舶則無論進塢修理還是停泊碼頭，都應設置交流岸電箱以接用交流岸電。岸電箱的容量依據停泊負載來確定，各類船舶的停泊負載不同，通常包括：照明設備、日用設備(日用海水泵、日用淡水泵以及空壓機等)、冷藏空調設備、廚房設備、通風機、通信設備、修理機械和娛樂設備等。 設計岸電箱及接岸電的基本要求如下： 1）岸電箱應有下列設施 岸電箱內應設有能切斷所有絕緣極(相)的斷路器或開關加熔斷器；指示端電壓的指示燈或電表；用于連接軟電纜的合適接線端子；對岸電為中性點接地的交流三相系統，應設有接地接線柱，以便將船體接至岸上的接地裝置或岸上電網的零點；應有監視岸電極性(直流時)和相對船舶配

34、電系統的相序(三相交流時)是否相符的設施；標明船電系統的配電系統的形式、額定電壓和頻率(對于交流)的銘牌；有時根據船東要求還應裝設電度表。 2）接岸電箱時應注意的問題 岸電箱應安裝在便于連接來自外部電源軟電纜的場所，根據安裝的處所，選擇合適的外殼防護等級。岸電箱與主配電板間應以固定敷設的電纜連接，該電纜應有足夠的的定額。當岸電或(和)船電系統為中性點接地的交流三相系統時，應將船體與岸地相連接。利用船體作導電回路的船舶，在接岸電時，不能以陸地或海水作岸電回路，而應以絕緣的岸電相線將船體與岸電網絡的零點或接地的相線或接地的負極相連。岸電箱內應有連接此電纜的接線柱。 三相交流岸電箱上常采用指示燈組成

35、相序指示器。其接線方式有多種，如圖64所示。選用2個指示燈時，亮的指示燈表示超前相，暗的指示燈表示滯后相；采用1個指示燈時，燈亮表示超前相。 圖64 相序指示燈電路圖 2個指示燈HL的電阻應該相等，或指示燈HL的電阻和電阻R的阻值相等，并滿足uCR=1。根據計算所得的指示燈和電容的參數列入表62。 表62 相序指示器的參數電網電容器CPF 指示燈HL電阻Rk 110 V， 50 Hz67 110 V， 25 W36 220 V， 50 Hz 12220 V, 25 W380 V， 50 Hz01 XD4型 §63 船舶應急電源 一般規范都規定客船和500總噸以上的貨船應設有獨立的應急

36、電源。它可以是發電機，也可以是蓄電池組。作為應急電源使用的發電機稱為應急發電機。 應急發電機應該具有獨立的冷卻裝置和燃油供給單元，并設有滿足規則要求的起動裝置。當船舶發生火災或其他災害引起主電源供電失效時它應能自動起動和自動連接于應急配電板，盡快地承載額定負載，最長時間不得超過45s。應急發電機的容量應確保海上人命安全公約(SOLAS)和主管機關有關規定的供電范圍和供電時間，并應考慮到這些用電設備可能同時工作。 不同種類、噸位的船舶，其應急發電機供電的電氣設備范圍也略有不同。確定應急發電機的容量通常基于下述設備所需的電功率，即：航行燈、信號燈、應急照明設備、應急報警和信號裝置、火災探測和報警裝

37、置及防火門的固定和釋放系統；在緊急狀態下所需要的船內通信設備、應急消防泵、自動噴水泵、應急艙底泵及其電動遙控設備、應急時使用的舵機、動力操作水密門及其指示器、報警器，以及其他需要應急發電機供電的用電設備，如船員或船員提升至甲板上以便逃脫的電梯應急裝置、應急用無線電設備和導航設備等。 一般應急發電機需對舵機之類較大的電動機負載供電，在確定其容量時，應考慮到最大電動機起動時瞬態電壓降的影響。§64 發電機主開關船舶發電機主開關常采用萬能式自動空氣斷路器，自動空氣斷路器又稱自動開關。船舶常用的有：框架式即萬能式自動開關(如國產DW型)和裝置式(如國產DZ型)自動開關。 發電機的主開關，是發

38、電機投入電網的接人部件。在非正常運行情況下，如發生過載、電網短路、發電機欠壓等，它能自動從電網上斷開發電機。因此它既是開關電器，又是保護電器。裝置式自動空氣開關一般用作支路、負載屏、照明屏等的開關電器，不同型號產品具有不同的保護功能，一般都具有短路保護和過載保護功能。 國內外制造的船用發電機主開關的形式很多，結構不盡相同，但基本原理大同小異，一般都是由觸頭單片、滅弧裝置、自由脫扣機構、操作機構和保護裝置組成。其結構框圖見圖65。圖65萬能式自動空氣斷路器的框圖一、 觸頭和滅弧系統 觸頭在切斷時電流很大會產生電弧，因此必須具有完善的觸頭系統：由主觸頭、副觸頭和弧觸頭組成。主觸頭承擔電路的正常工作

39、電流，弧觸頭是為了防止主觸頭斷開電路時產生的電弧燒壞主觸頭而設置的。在合閘時弧觸頭先接通，然后依次是副觸頭和主觸頭。而分閘時，主觸頭先斷開，然后是副觸頭和弧觸頭，斷開電路產生的電弧在弧觸頭中熄滅。 自動空氣斷路器大多采用滅弧柵進行滅弧 。二、自由脫扣機構 自由脫扣機構的作用是使觸頭保持完好閉合或迅速斷開。圖66所示是一個四連桿機構，它是觸頭系統和操作傳動裝置之間的聯系機構。正常觸頭閉合狀態見圖66(a)所示，而圖66(b)為分閘位置。由于銜鐵動作，使頂桿向上逆動，撞擊連桿接點，四連桿剛性連接被破壞，脫扣機構動作，使主觸頭處于斷開狀態。圖66(c)為準備合閘位置。當脫扣后，需再次合閘時，應先將手

40、柄向下拉，使四連桿機構成剛性連接狀態，做好合閘準備，一旦需要合閘，只需將手柄往上推即可。(a)合閘位置 (b)分閘位置 (c)準備合閘位置 圖66 自由脫扣機構示意圖三、操作機構 操作機構用于控制自由脫扣機構的動作，實現觸頭閉合或斷開。自動空氣斷路器的操作傳動裝置常見的有手柄式、連桿式、電磁式、電動式等。但無論哪一種操作方式，合閘前都必須先將儲能彈簧儲能，使自由脫扣機構處于“再扣”位置，然后利用儲能彈簧釋放能量實現合閘。使用彈簧加載以閉合和斷開斷路器是由在現場的制動操作裝置執行的，通過安裝有關的附件，也可以用電氣遙控操作。 1手動操作 各種類型的自動空氣斷路器都有手動合閘操作手柄，通常有轉動和

41、上下扳動兩種形式。幾種常見的國產自動空氣斷路器的手動操作方法如下： 早期國產的DW94型自動空氣斷路器合閘時，先將手柄搖38圈左右，通過蝸輪、蝸桿傳動將儲能彈簧拉長儲能，自由脫扣機構“再扣”，然后再搖24圈，使儲能彈簧釋放，以實現合閘。 DW-95型和DW98型主開關合閘時，需先將手柄逆時針轉110°和90°，然后再順時針轉一定角度，使儲能彈簧儲能，自由脫扣機構“再扣”，再繼續順時針轉一定角度即實現合閘。 AH型主開關合閘時首先將手柄向下扳，使儲能彈簧儲能，自由脫扣機構“再扣”，再將手柄扳向上方，即實現合閘。 各類自動開關都有手動機械脫扣按鈕，分閘時，只要按下“分閘”按鈕即

42、可實現分閘操作。尚有一些自動開關，利用扳動手柄儲能，使用手動機械合閘按鈕合閘。 2電磁或電動合閘 DW94型電動合閘主開關采用電動操作時，其合閘操作線路原理如圖67所示。當發電機建立電壓后，紅色指示燈亮，失壓脫扣線圈獲電，操作電動機M通電轉動，使彈簧儲能，直至凸輪將儲能開關中的常開觸點閉合、常閉觸點斷開，此時黃色指示燈亮，表明儲能彈簧已儲能，自由脫扣機構已處于“再扣”位置。合閘時，按一下合閘按鈕SB1，電動機再次轉動，使儲能彈簧釋放，主開關合閘，此時綠色指示燈亮，表示合閘完畢。 圖67 DW94電動合閘原理圖DW95、DW98型電動合閘采用電磁操作，其合，閘操作線路原理圖如圖68所示。發電機建

43、立電壓1后，交流電壓經二極管VD整流向電容C充電。合閘時，按下按鈕SB，電容C就會對繼電器KA放電，使KA的常開觸點KA4和KA5閉合，接通合閘電磁鐵線圈KM，在電磁吸力的作用下儲能彈簧拉長儲能，自由脫扣機構已處于“再扣”位置。由于電容兩端的電壓很快下降，因此當下降到繼電器KA的釋放電壓時，KA的常開觸點KA4和KA5斷開，合閘電磁鐵線圈KM斷電，儲能彈簧釋放，自由脫扣機構動作實現合閘。合閘后，由于主開關副觸點斷開，此時再按下按鈕SB，不會再有合閘動作。圖68 DW98電磁合閘控制采用線圖 69 AH型電磁鐵合閘原理圖AH型采用電磁鐵直推式合閘，線路原理圖如圖69所示。發電機建立電壓后，按下電

44、磁控制開關，繼電器KA1通電，其常開觸點KAl閉合后繼電器KA2有電，其常開觸點KA2閉合，合閘線圈KM通電，快速將動銜鐵吸上，利用動銜鐵的質量和速度，通過電磁合閘柱銷，對四連桿機構產生一較大的沖擊，推動合閘機構合閘。合閘后，自動開關的輔助常開觸點DW閉合，繼電器KA3通電，其常閉觸點KA3斷開；繼電器KA1斷電，其常開觸點KA1斷開；控制繼電器KA2失電，觸點KA2斷開，從而使合閘線圈KM斷電，電磁吸力消失，合閘動銜鐵恢復原樣，為下次合閘作準備。 3保護元件 萬能式自動空氣斷路器通常設有電流脫扣器、失壓脫扣器及分勵脫扣器，通過它們對自由脫扣機構的作用來實現對主電路的短路、過載、失壓、欠壓等保

45、護及遙控分勵操作。其原理示意圖如圖610所示。 圖610脫扣器原理示意圖過電流脫扣器一般有電磁式和半導體式，它被用作發電機的短路和過載保護，一般具有反時限延時動作、定時限動作和瞬時動作三種動作特性。當短路故障和過載現象發生時，瞬時或經短延時或經長延時后接通電磁鐵使過電流脫扣器瞬時動作，開關自動跳閘。延時元件通常采用鐘表機構或利用RC充放電回路等來實現。如DW94型延時采用鐘表和齒輪擺式時間繼電器完成，DW95型、DW98型則采用電容充放電延時。欠壓脫扣器一般由一個瞬時動作的電壓繼電器組成，當線路電壓低于規定的整定值時，由于電磁吸力的不足引起繼電器釋放，通過自由脫扣機構使開關自動跳閘。為避免電網

46、電壓瞬時波動產生誤動作，可采用延時，延時時間一般為13s。 分勵脫扣器主要用于遠距離控制自動開關的斷開，當按下分勵脫扣按鈕時，繼電器吸合，通過自由脫扣機構將自動開關斷開。 §65 船舶電網及電纜船舶電網即船舶電力網，系指介于船舶電源和用電設備之間的傳輸、分配電能的傳輸線路。一、船舶電網的分類 船舶電網根據供電電源的不同可分為： 1主電網 由主發電機通過主配電板供電的網絡，包括動力電網和照明電網，分別供電給動力負載和照明負載。 2應急電網 由應急發電機通過應急配電板供電，或由蓄電池通過蓄電池充放電板供電的電路，它的供電范圍見表63。 表63 應急電源供電的電氣設備序號供電系統客船貨船總

47、噸國際航行國內航行5 0005005 0001航行燈及信號燈*僅對油 船2通道、出入口、扶梯、應急出口的照明*3登艇處的甲板和舷外放艇時所需的照明，救生筏、救生浮件儲放處的照明*4機艙、爐艙、主機操縱臺、鍋爐水位表及氣 (汽)壓表、總配電盤前后、應急發電機室、舵機艙等的照明*5駕駛室、海圖室、無線電室、消防設備控制站照明*6船員和旅客公共艙室、旅客超過16人居住艙室的照明*7白晝信號探照燈*建議* 大于150總噸的國際航行船舶8無線電測向儀*建議* 國際航行船舶9應急消防泵*10緊急集合報警裝置*建議 注： 1）“*”標記表示必須由應急電源供電； 2）表內2、3、4、5、6等項所列設備同樣也適

48、用于由臨時應急照明電源供電； 3）小應急電網。 由蓄電池通過蓄電池充放電板用以傳輸、分配臨時應急電能的網絡。對裝設應急發電機組但無自起動裝置的船舶，要求安裝臨時應急照明電網，而且蓄電池的容量能滿足連續供電30 min。 根據負載的性質和用途不同，船舶電網還有其他的分類。通常將由主配電板直接向區配電板、分配電板和負載供電的網絡稱為一次系統，由區配電板或分配電板向負載供電的網絡稱為二次系統。船舶電網中為動力設備供電的網絡稱為動力網絡，向照明設備、電風扇及小容量電熱設備供電的網絡稱為照明網絡，而為各導航、通信無線電設備和監測報警系統等供電的網絡稱為弱電網絡。二、 船舶電網的結線方式 1船舶電網的結線

49、方式 大多數船舶電壓等級在500V以下，采用兩種結線方式：放射式和環式，如圖611結線示意圖。 (a)放射式 (b)環式 圖611船舶電網結線方式1）放射式特點 放射式結線的每一饋電線均由主配電板直接引出，并且各自獨立，它只向一個分配電板或一個用電設備供電。其特點是：從總配電板引出的各饋電線路都安裝有自動開關，便于集中控制。但是由于用電設備很多，主配電板需要集中大量的電纜端頭和自動開關，不僅電纜耗量多，而且主配電板的尺寸也相應增大，一旦饋電線路發生故障，則該路的電氣設備或分配電板將失電，可靠性較差。2）環式特點 按環式結線的網絡，其主饋電線是一個環形閉合回路，它經過串接在主饋電線路上的各個分線

50、盒供電給用電設備或分配電板。其優點是：每一個用電設備均可以從線路的兩個方向獲得供電，當一路主饋電線路出現故障時，另一路仍可以保持供電；此外，減少了主饋電電纜的數量和長度及主配電板的尺寸。其缺點是不便于在主配電板上對各饋電線路實行集中控制。 目前，除了少數對供電可靠性要求特別高的商船和大型客船采用環狀電網外，絕大部分船舶采用放射式結線方式。 2重要負載的饋電方式 船舶重要負載是指那些與船舶航行、貨物的保存、船舶及人身安全有關的設備。這些重要負載包括：主機滑油泵、冷卻水泵、燃油輸送泵、燃油分油機、空壓機、循環水泵、鍋爐給水泵以及風機、舵機、錨機、主機控制裝置、導航及通信設備和各種報警裝置，對這些設

51、備要求工作可靠，因此在配電時通常采取： 1）主配電板直接供電方式。如用于舵機、錨機、消防泵、消防自動噴淋系統、無線電電源板、陀螺羅經、航行燈控制箱、蘇伊士運河燈等。 2）兩路獨立饋電線供電。如用于某些重要的負載如舵機、航行燈控制箱等。 3）采用自動分級卸載裝置。當發電機出現過載時，自動分級卸載裝置卸掉次要負載，從而使發電機恢復正常工作狀態。 4）分段匯流排供電方式。它的供電方式參見圖612，當某一段匯流排上的線路發生故障又未能及時排除時，匯流排上的自動開關動作將兩段匯流排分開，保證重要設備的另一半仍能繼續工作。 圖612分段匯流排供電方式 4主電網與應急電網的連接方式 船舶重要設備除在正常條件

52、下由主電網供電外，還須備有在應急情況下的應急電源供電。例如舵機、航行燈和通信之類設備都分別有獨立的饋電線與主電網及應急電網相連，通常有半數的電纜是不載流的，造成極大的浪費。實際上采用如圖617的連接方式，在正常條件下聯絡開關閉合，重要負載經應急配電板由主電源供電，當主電源出現故障、主匯流排失電時，聯絡開關自動斷開，應急電源則自動投入應急電網向這些重要設備供電。船舶電網這種連接方式是將應急電網視為主電網的一個組成部分。三、船舶電網的線制交流船舶的三相交流電力系統有中心點接地的三相四線、中心點接地的三相三線、三相三線絕緣電力系統等三種。最后一種方式安全可靠，即使在照明系統的絕緣電阻降低的情況下也不

53、會影響動力系統，為目前大多數交流船舶所采用。（a）三相三線 (b) 中心點接地的三相四線 (c) 中心點接地的三相三線 圖6-13 船舶電網線制四、 船舶電纜 船舶電纜和電線在結構和用途上都有區別。電線的芯線外層覆有保證電氣絕緣用的絕緣層，而電纜除了電氣絕緣層外還有用以防止 外界各種因素(火、油水、機械等)危害的防護套。船舶電網中采用的絕大部分是電纜，而電線僅用于電氣設備的內部接線和一部分生活艙室的照明線路。 船用電纜主要由導電芯線、電氣絕緣層和防護套三部分組成，其構造見圖6-14。 圖6-14 船用電纜構造 1導電芯線 導電芯線是電纜傳輸電能的部分，它是由不少于7根026247mm的圓形軟銅絲絞合而成的。