船舶电力系统的组成.ppt

《船舶电力系统的组成.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《船舶电力系统的组成.ppt（121页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第十二章船舶电力系统的组成,第一节 船舶电力系统 第二节 船舶电源第三节 船舶配电装置 第四节 船舶电力网 第五节 船舶电力系统的继电保护 第六节 船舶轴带发电机系统 第七节 船舶中压电力系统,第1章第2页,1.1 概述,1.1.1 船舶电力系统的组成及特点,1)船舶电力系统的组成,电源装置电能产生（发电）配电装置电能分配（配电）电力网电能传输（输电）负载电能消耗（用电）,按照一定方式连接的整体,第十二章船舶电力系统的组成,船舶电力系统简图,ABB,电源装置,电源装置,配电装置,电力网,负载,电源装置：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。主电源-柴油发电机组

2、 2-4台 应急电源应急柴油发电机 1台 小应急电源蓄电池,1）船舶电力系统的组成,配电装置：对电源和用电设备进行保护、监测、分配、转换、控制的装置。构成：主配电屏（发电机控制屏、并车屏）应急配电屏负荷屏（照明、动力分配屏）蓄电池充放电屏,全船电缆电线的总称分类：动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和弱电电网等。形式：三相绝缘系统 电缆用多股软线：防火、防油、防机械冲击,船舶电力网,全船所有用电设备。动力系统（各类电动机，三相380伏）甲板机械：锚机、舵机、起货机、绞缆机、舷梯起吊机等机舱机械：为主机、副机、锅炉服务各类的辅机（各种泵）冷库、舱室空调等制冷设备照明系统（220伏）照明电器（舱

3、室、生活场所的各类照明灯具）生活用电器电航仪器设备,负载,1）船舶电力系统的特点,电站容量相比陆上要小得多。单机容量一般不超过1000KW，装机总功率不超过5000KW.（船小于10万吨）第四代集装箱船大大超过5000kw中海850（8500箱）14.6兆瓦发电机类型船舶发电机的原动机多为柴油机：起动快、机动性强,（与陆上电力系统相比较）,配电装置特点：船舶电网电压低、输电距离短，故障时冲击电流大，要求有完善的保护系统船舶电力系统的负载特点：单负载（电动机）功率大，容易造成电网电压频率的波动。供配电的方式特点：根据负荷需要投入相应台数的发电机组 正常航行时：1台 进出港、风浪、装卸货：2台,船

4、舶电力系统的特点,1.2 船舶电力系统的基本参数,电流种类(电制)直流电制交流电制（工作量小）电动机和电器工作的可靠性 电气设备重量、尺寸、价格的比较 船舶机械电力拖动需要的特性的保证 线制：三相三线，中性点不接地,电流种类（电制）、额定电压、额定频率,船舶电力系统的基本参数,额定电压、频率等级 额定电压、频率关系到电气设备的重量、体积。与本国陆上电制参数一致，使船舶电气设备具有通用性。*例如美国和日本采用450V、60Hz的电制，*我国和前苏联等均采用400V、50Hz的电制。额定频率：我国采用50Hz，欧美采用60Hz。船舶电网：中、低压。我国：24V、110V、220V、380V、1KV

5、、3KV、6KV,1.3 发电机容量及台数确定的原则,*船舶电站容量和发电机组数量是从满足船舶用电的需求，并保证船舶的安全性和经济性而确定的。*船舶电站容量既不等于全船所有用电设备的标称电功率的总和，也不等于船舶某一运行工况下所用全部用电设备标称电功率的总和。总功率是通过船舶在各种运行工作情况下的电力负荷计算来确定的。并考虑到电网损耗、同时系数等，最后才能确定发电机组的功率和数量。,发电机容量及台数确定的原则,船舶的运行工况航行工况（货轮的全速满载航行时间约占船舶运行周期的 41，油轮占64）进出港工况（船舶进出港低速航行、靠离码头等机动时间约 占运行周期的1）离靠码头状态（起锚到主机起动为止

6、的整个备航阶段）装卸货工况（货轮装卸所载货物期间约占运行周期的18，油轮占7）停泊工况（货轮的无装卸作业停泊时间约占运行周期的 40，油轮占28）应急工况（发生进水、火灾等海损引起主发电机失效而启 用应急发电机的工况),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。,发电机组容量和数量的选择原则*单机组容量以最高负荷率为80来确定为宜*船舶电站必须有备用机组，其容量要能满足船舶各运行 工况的用电需求 确定单机组容量和机组数量时，要考虑各机组的使用寿命应与主机寿命相当,发电机容量及台数确定的原则,总之：

7、船舶电站的实际容量和数量的选择综合考虑了船舶发动机的利用系数、负荷系数、同时性系数等因素。,方法：若以高效率经济运行为原则，针对电站容量和各工况的用电量及其相对运行周期等具体情况，可选择：小功率多机组、大功率少机组、不同功率的机组。一般设置2至3台(包括备用机组)同型号、同容量的机组，最多为4台。有些船舶在无作业停泊期间用电量少，常设一台小容量的系泊发电机。,发电机容量及台数确定的原则,1.4 应急发电机容量的确定,目的和原则 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。(发电机蓄电池组)主电源供电失效时向重要负载提供电能,应急发电机应该具有独立的冷却装置和燃油供给单元，并设有满

8、足规则要求的起动装置。起动并供电的最长时间不得超过45S。应急发电机的容量应确保海上人命安全公约(SOLAS)和 主管机关有关规定的供电范围和供电时间,应急发电机容量的确定,容量确定*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;应急时所需的船内通信设备、应急消防泵、自动喷水泵、应急舱底泵及其电动遥控设备、应急时使用的舵机等。*不同种类、吨位的船舶，其应急发电机供电的电气设备范围也略有不同。,2.船舶电源的分类,2.1两个大分类：1、发电机组2、蓄电池*燃料电池（未成熟）,2.2同步发电机组：

9、由柴油机等作为原动机进行拖动发电的点电机组。,2.3 轴带发电机装置,船舶轴带发电装置是由船舶主机驱动发电机供电的装置，它利用主机富裕功率来达到节能的目的。,发电机以重油HFO代替柴油DO，降低燃油费用 轻柴油的价格约为重油的一倍,最近几年来新造的定期集装箱船、矿砂船、散装液货船大多数安装了轴带发电机系统。,2.3 轴带发电机装置,其主要优点体现在以下几个面：节省燃料和燃料费用。由于主机燃用劣质燃料油作为燃料，热效率高、经济性好。降低辅助柴油机组的运行时间和消耗，减少了相应的维修工作量和维修费用。减少滑油消耗。船舶在航行中不使用辅助柴油发动机组，也就减少其消耗的滑油。有利于机舱的布置。由于辅助

10、柴油发动机组总的工作时间缩短，故可选用较高速的柴油发动机组。使用轴带发电机时，往往会减少一台辅机，机舱的空间节省了。改善机舱工作环境。降低机舱的噪音，同时也减少了机舱的热源。,轴带发电机系统也存在一些缺点：,船舶在港作业时，不能用轴带发电机供电，仍需要辅助柴油发动机组供电。对于交流电制的船舶，若非恒定转速的主机，则必须采取特殊措施，保证电网的频率的恒定，故使整个系统变得较为复杂。一次投资(即造船成本)较大，虽然可以从营运成本降低的好处中得到补偿，但是这个补偿是和轴带发电机的功率有关(功率越大越好)，还与时间的利用率(即船舶在一年中航行的时间)有关。,船舶轴带发电机的主要类型,频率变动型轴带发电

11、机装置，它包括变距桨普通式和定距桨普通式频率稳定型轴带发电机装置，它又分为；定速类，包括涡轮连轴节式，油压驱动式，油类多板离合器式无级调速齿轮箱式；晶闸管逆变器式；跨轴式；旋转变流机类，包括直流式和交流式；感应恒频式，分为旋转式，静止式，晶闸管逆变器式。复合轴带发电机装置，它包括：高经济轴带发电机装置，超经济轴带发电机装置，带发电机电动装置；多功能齿轮箱式轴带发电机组合装置；废气涡轮轴带发电组合装置，,轴带发电机系统的类型,变距螺旋桨+轴带发电机装置 CPP+S/G主机转速维持不变，航行中靠改变螺距以改变推力。轴带发电机转速不变，恒频输出。定距桨+定速装置+轴带发电机FPP+CS+S/G电磁滑

12、差离合器恒速轴带发电机系统定距桨+轴带发电机+恒频装置FPP+S/G+CF晶闸管逆变器式轴带发电机系统轴带异步发电机系统AG,S/G系统,G,柴油机,主机,汇流排,S/G,主轴,返回,CPP+S/G系统,G,柴油机,主机,汇流排,S/G,主轴,返回,FPP+CS+S/G系统,G,柴油机,主机,汇流排,S/G,主轴,CS,返回,1，不停电转换在转速下降到60%以前，必须启动柴油发电机，并网运行，避免全船停电；需8-10秒主机自“全速停车”指令发出至转速下降到60%应不低于10秒额定功率输出特性：图12-5,SG系统的几个问题,SG系统的几个问题,2，谐波危害晶闸管变流装置产生谐波，如送入电网，会

13、引起电机效率下降、温度上升；对其它设备产生干扰。需要抑制谐波：电抗器、同步补偿机。3，短路电流当负载侧发生短路故障时，根据规范，发电机应能提供3倍额定电流以上的短路电流，并持续3秒。使用晶闸管变流装置的轴带发电机系统 在发生短路故障时通过同步补偿机提供短路电流。,轴带发电机系统,轴带发电机系统结构,汇流排,If,返回,G,M,=,=,=,控制器,船舶轴带发电机系统原理,轴带发电机系统变流主电路,可控整流电路将交流电转换为直流电逆变电路将直流电转换为恒定电压、频率的交流电,船舶轴带发电机系统原理,可控整流电路：,采用三相桥式全控晶闸管整流电路：整流输出电压：,Ud=2.34Ugcos,船舶轴带发

14、电机系统原理,整流输出电压的调节:,改变发电机的励磁电流,以改变发电机输出电压大小可使晶闸管控制角限制到小限度,保持最佳功率因数和效率,节省发电机容量。,改变晶闸管控制角,Ud=2.34Ugcos,船舶轴带发电机系统原理,主电路中的晶闸管逆变装置采用三相桥式全控晶闸管逆变电路虽然船舶电网的频率随负载变化而波动(稳定需要),但逆变器只控制逆变角,不改变频率(频率由SC控制)属于有源逆变,U,f,三相桥式全控晶闸管逆变电路与三相桥式全控晶闸管整流电路工作原理相同,Ud=2.34Ugcos,逆变电路直流侧电压：,船舶轴带发电机系统原理,同步补偿机SC的作用,供给晶闸管逆变器和全船用电设备所需的无功功

15、率 同步补偿器及其自动调压器自动维持电网电压恒定G电压的变动是由无功负荷引起的,通过AVR调整励磁,以调整电压,满足无功负荷的需要.,同步补偿机的作用,限制谐波电流,改善电压波形逆变器输出的电流波形有很大谐波,同步补偿机和交流电抗器共同起了交流滤波的作用,供给持续短路电流电力系统发生短路故障时,需要进行“选择性切断”,发电装置应具有提供足够大短路电流的能力.,同步补偿机的作用,具有频率检测和调整的功能 正常运行时,变流装置提供负载有功功率,同步补偿机同步旋转,转子储存动能.负载的负荷变化时,同步补偿机临时补充负荷变化:,负荷增加时,补偿机输出动能,n 减小,电网f 减小,负荷减小时,补偿机增加

16、动能,n 增大,电网f 增大,根据电网f 的变化,轴带发电机控制系统调整变流装置的功率输出,以平衡负载的负荷变化,船舶轴带发电机系统,2.3，轴带发电机系统输出功率的控制,功率输出特性:,转速%,输出功率%,0.4,0.1,0.75,0.5,1,0,船舶轴带发电机系统,变流装置的输出功率的控制:直流中间环节:,P,直流回路的等效电路：,Id,Ud,Ud,R,船舶轴带发电机系统,变流装置的输出功率的控制:,直流电流:,轴带发电机输出功率:,P=UdId=UdId,船舶轴带发电机系统,输出功率的两类控制规律:,自动调节主整流器控制角a的控制系统,n=75-100%nN时,b保持恒定,调节a,改变U

17、d,Id恒定,输出功率恒定,n=45-75%nN时,a已达极限值,保持恒定,调节b,使b随n的减小而增加,改变Ud,输出功率线性下降,船舶轴带发电机系统,自动调节励磁整流器控制角af的控制系统,n=75-100%nN时,b恒定,调节af,改变Ud 使输出功率恒定.a保持极小值,便于故障时封锁脉冲.,n=45-75%nN时,af,a已达极限值,调节b,使b随n的减小而增加,改变Ud,输出功率线性下降,2.6 蓄电池,蓄电池在船舶上的应用 1，作为船舶小应急电源*临时应急照明（客轮 18小时）（货轮 30分钟）2，低压设备的工作电源：*报警装置（机舱报警、火警、逃生）自动电话机、发报机等应急发电机

18、组的起动电源,2.6 蓄电池,船用蓄电池的类别：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。体积大，维护不方便 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。体积小，动力足，维护方便，但价格较高，民用船舶较少采用。,船用蓄电池共有三组：1、驾驶室下一层或半层，和应急发电机同一层（机舱报警、临时照明 2、应急发电机启动用 3、驾驶室顶上（报务用）,2.6 蓄电池,蓄电池的主要性能 蓄电池的主要性能指标包括开路电压、工作电压、电池容量、使用温度、寿命和储存期等。酸性蓄电池中每个小电池的电动势为2.0V-2.1V。放电时，电压

19、逐渐下降，到达某一电压(称放电终止电压)时，则急剧下降，当低至放电终止电压时不再放电。10h放电率的每个小电池放电终止电压为1.8V。充电时，电压变化在2.05V-2.8V范围内，充电终期电压每个小电池为2.5V-2.8V。碱性蓄电池中每个小电池的电动势为1.3V左右，在额定放电率时平均放电电压为1.2V。根据不同结构型式，充放电特性是不同的。,2.4 蓄电池,蓄电池的结构及工作原理 酸性蓄电池(铅酸蓄电池)结构及工作原理,组成：阳极板(过氧化铅 PbO2)阴极板(海绵状铅 Pb)电解液(稀硫酸)硫酸(H2SO4)+水(H2O)电池外壳隔离板其它(液口栓.盖子等),铅酸蓄电池,酸性电池是利用铅

20、、二氧化铅和硫酸的化学反应来储存电能和释放电能的，其工作原理由下面的化学反应方程式表示。,酸性蓄电池的电解液为浓度在27-37的稀疏酸溶液，比重为128131。,铅酸蓄电池,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，即：E=0.84+d 如：测得的比重为1.28时，则可估算出其电动势为2.12V。,铅酸蓄电池,气体的产生与通风换气：充电中产生的气体为氧与氢的混合气，氢气具爆炸性，若空气中氢气达3.8%以上，且

21、又近火源，则会发生爆炸。充电场所必须通风良好，注意远离火源，避免触电。纯水之补充 重复充/放电时，电解液面会缓缓下降，因此定期检视电解液液位，随时补充,铅酸蓄电池维护,碱性蓄电池,碱性蓄电池具有体积小、机械强度高、工作电压平稳、能大电流放电、使用寿命较长和易于携带等特点，近年来在远洋船上的应用增多。缺点是碱性蓄电池比酸性蓄电池的额定电压低，提供相同的供电电压，碱性蓄电池通常在数量上要比酸性蓄电池多出67，成本较高。,镉-镍蓄电池,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。,电解液在充放电过程中只作电流的传导体，不参与化学反应，其浓度不变，因

22、而不能根据比重来判断充放电的程度碱性蓄电池中每个电池的电动势为1.25V。放电时，电压变化在1.2-1V范围内，低于0.7V就不应再放电。充电时，电压变化在1.4-1.8V范围内。,蓄电池的容量,蓄电池储存电能能力的物理量，单位为安培小时(AH)。,额定容量被定义为在电解液温度为25C，以10h放电电流连续放电至终比电压时所输出的容量。例如200Ah容量的酸性蓄电池是指能以20A的电流放电10h。,酸性蓄电池通常以10h的放电电流为标准放电电流(即经过10h使蓄电池放完电的放电电流)碱性蓄电池一般是以8h作为标准放电电流。,船用蓄电池的充放电方式,充电的方法恒电流充电以恒电流充电至放电结束；恒

23、电压充电给蓄电池加以恒定电压进行充电（由于充电初期通过电流大，应根据该电流选定整流器的容量）；恒电流恒电压充电在充电初期通以适当的恒定大电流，达到某一电压时，保持恒定电压进行连续充电；连续补充充电给无负载的蓄电池自行放电进行补充充电的方法；分段充电按2段3段变化恒电压或恒电流充电电流进行充电。,船用蓄电池的充放电方式,充电种类初次充电使用铅酸蓄电池时，初次向电池内加入电解液进行充电，充电的第一阶段电流为额定容量的0.07，充到单格电压上升到2.4V为止，第二阶段电流为额定容量的0.04，充到单格电压上升到2.5 V，且相对密度和电压在3小时内稳定。正常充电对已经放过电的蓄电池，为了使其恢复到原

24、来规定容量而进行的充电，充电分两阶段进行，第一阶段按标准充电制的电流（额定容量的0.1）充电6至7小时，第二阶段用第一阶段充电电流的一半充电2至3小时。均衡充电多个小电池组合使用的蓄电池在长时间使用后，各小电池往往产生相对密度、容量和不均衡现象，为此需要每月进行一次均衡充电，其方法是先进行正常充电；静置1小时后，用初次充电第二阶段的电流充到有剧烈气泡产生为止；再静置1小时，反复上述充电过程，直到电压和相对密度保持稳定才完成。,目前，船舶上采用的充放电方式有:交互充放电方式浮充方式交互充放电和浮充相组合的方式,蓄电池充放电方式,各种充放电方式的特点如表1-1所示。,组合充电方式主电路,3.配电装

25、置,接受和分配电能，并对电网实现保护的设备。,3.1 配电装置分类,船用配电装置种类：*面向主发电机的控制和监测的主配电板，*面向应急发电机控制和监测的应急配电板，*面向蓄电池组控制和监测的蓄电池充放电板。*区域分配电板、岸电箱和交流配电板等。,3.2 主配电板的构成及功能,船舶主配电板是船舶电力系统的中枢，担负着对主发电机和用电设备的控制、保护、监测和配电等多种功能。,发电机控制屏并车屏负载屏连接母线,主配电板一般由四部分组成：,第1章第62页,并车屏,负载屏,发电机控制屏,主配电屏面板,A,KW,Hz,V,Generator Panel,Hz,V,Main Panel,GT,SI,Main

26、SW.,V,M,Feed Panel,Pump control,Select SW,Select SW,meters,Lamp,Breaker,MainSW.,button,Button,3.2 主配电板的构成及功能,发电机控制屏 包含有原动机控制：起动/停止/保护/油门控制；发电机主开关及操纵器件（合闸/分闸）；指示灯和仪表；发电机励磁控制发电机保护环节（逆功率/过流/短路/欠压/欠频/.）,3.2 主配电板的构成及功能,并车屏 并车屏用于交流发电机组的并联运行、解列等操作。包含有：同步表，同步指示灯、投切顺序选择和转换开关，操纵按钮及状态显示指示灯等。手动/自动并车装置有的还设有汇流排分段

27、隔离开关、粗同步并车电抗器等。,3.2 主配电板的构成及功能,负载屏 屏2*包括动力负载屏和照明负载屏通常安装有装置式自动空气开关、电压表、电流表及转换开关、绝缘指示灯、兆欧表以及与岸电箱相联的岸电开关。,主配电板,发电机控制屏,发电机控制屏2,并车屏,主配电屏,负载屏,负载屏2,配电板汇流排一些接线规范 配电板上主汇流排及连接部件是铜质的，连接处作了防腐或防氧化处理。汇流排能承受短路时的机械冲击力，其最大允许温升为45。,交流汇流排和裸线的各相以颜色区分:第1相.绿色 第2相.黄色 第3相.褐色或紫色 接地线.绿色和黄色间隔 中性线.浅蓝色,3.3 分配电板,分配电板是由过载保护电器组成的集

28、合体，对额定电流不超过16A的电气设备进行供电的开关板，也称为分电箱，主要有动力分配电板和照明分配电板两种。区域分配电板由主配电板或应急配电板馈电，是对耗电大于16A的电器设备进行供电的开关板。,主配电板,3.4 应急配电板,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。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 应急发电机单机运行，不需要并车屏、逆功率继电器和同步表。,应急电网平时由主配电板供电，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

29、)时，应急发电机组不工作。,3.5 充放电板,船舶小应急照明采用蓄电池船舶设置充放电板对蓄电池进行充电、放电,电源部分 目前交流船舶大都采用整流装置把交流电变为直流电。充放电回路 当主应急电网都失电时，接触器KM1线圈失电，常闭触头闭合，直接向小应急用电设备供电，其余用电设备分别利用开关送电。设有防止逆流的逆电流继电器或二极管,电路图,蓄电池充放电板,3.6 岸电箱,临时修理中期修理 1.5-2年大修 4-4.5年,停泊码头进坞修理时,接岸电的基本条件：电压相同频率相同相序相同,岸电箱,G,M,岸电箱,岸电,船舶电网,接岸电箱时应注意：岸电的PEN线需可靠的接船体相序指示器,V,HZ,船体接线

30、柱,岸电三相电源,船电主配电板汇流排,如果红灯亮，逆序继电器吸合，主开关不能合闸,接地线,三相交流岸电箱上常采用指示灯组成相序指示器。其接线方式有多种，如图12-12所示。选用两个指示灯时，亮的指示灯表示超前相，暗的指示灯表示滞后相；采用一个指示灯时，亮时表示超前相。,A超前B 120度，B超前C 120度,4.万能式自动空气断路器,自动空气断路器又称自动开关。常用：框架式即万能式自动开关(如国产DW型)装置式(如国产DZ型)自动开关,船用万能式空气断路器用于发电机的主开关，是发电机投入电网的接入部件。在非正常运行情况下(过载，电网短路，发电机欠压等)它能自动从电网上断开发电机。因此它既是开关

31、电器，又是保护电器。装置式自动空气开关，一般用作支路、负载屏、照明屏等的开关电器，不同型号产品具有不同的保护功能，一般都具有短路保护和过载保护。,国内外制造的船用发电机主开关的型式很多,结构不尽相同，但基本原理大同小异，一般都是由触头单片、灭弧装置、自动脱扣机构，操作机构和保护装置组成。,触头和灭弧系统,触头在切断时电流很大会产生电弧，因此必须具有完善的触头系统：由主触头、副触头和弧触头组成。主触头承担电路的正常工作电流，弧触头是为了防止主触头断开电路时产生的电弧烧坏主触头而设置的。合闸时弧触头先接通，然后依次是副触头和主触头。分闸时，主触头先断开，然后是副触头和弧触头，断开电路产生的电弧在弧

32、触头熄灭。,灭弧系统 参考第8章P116,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。,脱扣器原理,操作机构,操作机构用于控制自由脱扣机构的动作，实现使得触头闭合或断开。手柄式连杆式电磁式电动式合闸前都必须先将储能弹簧储能、使自由脱扣机构处于“再扣”位置，然后利用储能弹簧释放能量实现合闸。使用弹簧加载以闭合和断开断路器可由在现场的制动操作装置执行的，通过安装有关的附件，也可以用电气遥控操作。,手动操作 电磁或电动合闸 保护元件,电磁或电动合闸,当发电机建立电压后，失压脱扣线圈获电，操作电动机M通电转动，使弹簧储能，直至凸轮将储能开关中的常开触点闭合，常闭触点断开，此时黄色指

33、示灯亮，表明储能弹簧已储能，自由脱扣机构己处于“再扣”位置。合闸时，按下合闸按钮.电动机再次转动，使储能弹簧释放，主开关合闸，此时绿色指示灯亮，表示合闸完毕。,保护元件,万能式自动开关通过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励操作。,电流脱扣器欠压脱扣器分励脱扣器失压脱扣器,保护元件,电流脱扣器:电磁式和半导体式,用作发电机的短路和过载保护，一般具有反时限延时动作、定时限动作和瞬时动作三种动作特性。欠压脱扣器:一般由一个瞬时动作的电压继电器组成，当线路电压低于规定的整定值时，由于电磁吸力的不足引起，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

34、波动产生误动作，可采用延时，延时时间一般为1s-3s。,脱扣器原理,保护元件,分励脱扣器:主要用于远距离控制自动开关的断开，当按下分励脱扣按钮时，继电器吸合，通过自由脱扣机构将自动开关断开。(用于遥控远距离跳闸,有电时跳闸)失压脱扣器:(失压线圈)(没电时跳闸),脱扣器原理,失压脱扣器:开关合闸前必须有电合闸过程中始终有电一旦断电,立即跳闸,同步发电机的逆功率保护由逆功率继电器承担。它既反映有功功率的大小，又反映有功功率的方向。当同步发电机出现逆功率并达到或超过保护动作整定值时，逆功率继电器延时动作，将发电机主开关切除，使该电机退出并联运行。逆功率继电器有感应式、电子式等多种类型，我国船舶电站

35、大多采用GG-21型感应式逆功率继电器。,逆功率继电器,相许保护,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舶电网的绝缘电阻。配电板式兆欧表由测量机构（表头）和附加装置（整流电源）组成。当电网绝缘电阻下降时，漏电电流增大，表头指针偏转就大，如一相接地，表头指针偏转最大，绝缘电阻指示值为零。表头上可直接读出电网的绝缘电阻值，配电板兆欧表可以通过转换开关分别测量动力电网和照明电网的绝缘电阻值。船舶要求该值大于1M。,5.船舶电网,船舶电网即船舶电力网，系指介于船舶电源和用电设备之间的传输、分配电能的传输线路的总称。,船舶电网的分类,主电网 由主发电机通过主配电板供电的网络，包括

36、动力电网和照明电网分别供电给动力负载和照明负载。应急电网 由应急发电机通过应急配电板供电。小应急电网 由蓄电池通过蓄电池充放电板用以传输、分配临时应急电能的网络。蓄电池的容量能满足连续供电30分钟。,根据负载的性质和用途不同,一次系统：由主配电板直接向区配电板、分配电板和负载 供电的网络 二次系统：由区配电板或分配电板向负载供电的网络,动力网络：为动力设备供电的网络 照明网络：向照明设备、电风扇及小容量电热设备供电的 网络 弱电网络：为各导航、通信无线电设备和监测报警系统等 供电的网络,船舶电网的结线方式,500V以下电网的结线方式,放射式放射式结线的每一馈电线均由主配电板直接引出，并且各自独

37、立的，它只向一个分配电板或一个用电设备供电。优点：从总配电板引出的各馈电线路都安装有自动开关，便于集中控制 缺点：电缆耗量多，主配电板的尺寸增大，一旦馈电线路发生故障，则该路的电气设备或分配电板将失电，可靠性较差。,环式 按环式结线的网络，其主馈电线是一个环形闭合同路，它经过串接在主馈电线路上的各个分线盒供电给用电设备或分配电板。优点是：每一个用电设备均可以从线路的两个方向获得供电，当一路主馈电线路出现故障，另一路仍可以保持供电；减少了主馈电电缆的数量和长度及主配电板的尺寸。其缺点是不便于在主配电板上对各馈电线路实行集中控制。,500V以上船舶电网的结线方式,重要负载的馈电方式,船舶重要负载是

38、指与船舶航行、货物的保存、船舶及人身安全有关的设备。重要负载包括：主机滑油泵，冷却水泵，燃油输送泵，燃油分油机，空压机，循环水泵，锅炉给水泵和风机，舵机，锚机，主机控制装置，导航及通讯设备和各种报警装置,重要负载的馈电方式,主配电板直接供电方式，如舵机、锚机、消防泵、消防自动喷淋系统、无线电电源板、电罗经、航行灯控制箱、苏伊士运河灯等。两路独立馈电线供电。某些重要的负载如舵机、航行灯控制箱等。采用自动分级卸载装置。但发电机出现过载时，自动分级卸卸掉次要负载，从而使发电机恢复正常工作状态。分段汇流排供电方式。它的供电方式参见图1-16，当某一段汇流排上的线路发生故障又未能及时排除时汇流排上的自动

39、开关动作将两段汇流排分开，保证重要设备的另一半尚能继续工作。,对重要负载要求工作可靠，因此在配电时通常采取：,当某一段汇流排上的线路发生故障又未能及时排除时汇流排上的自动开关动作将两段汇流排分开，保证重要设备的另一半尚能继续工作。,主电网与应急电网的连接方式,正常条件下联络开关闭合，重要负载经应急配电板由主电源供电，当主电源出现故障、主汇流排失电时，联络开关自动断开，应急电源则自动投入应急电网向这些重要设备供电。船舶电网这种连接方式是将应急电网视为主电网的一个组成部分。,船舶电网的线制,交流船舶力系统的线制：中心点接地的三相四线 中心点接地的三相三线 三相三线绝缘电力系统三相三线绝缘电力系统方

40、式安全可靠，既使在照明系统的绝缘降低的情况下也不会影响动力系统，为目前大多数交流船舶所采用。,1、750KW以下，三相四线,第1章第107页,2、750KW以上，三相绝缘系统,B,C,PE 接零保护不走单相电流只起保护作用,A,船舶电缆,导电芯线电气绝缘层防护套,船舶电缆的构造：,导电芯线,绝缘层,防护铠甲,注：选择电缆时，必须根据使用条件，保证电缆实际通过的电流低于其允许电流。电缆的允许电流取决于电缆的绝缘材料，并以最高允许温度为基准决定的。选择电缆的型号和截面须根据实际用途、额定电流、敷设场所的温度和环境条件、以及用电设备的工作制等决定。,表12-4 绝缘材料最高允许工作温度,6.电网的保

41、护及保护装置,船舶电气系统的保护：船舶发电机外部短路保护过载、欠压、逆功率保护船舶电网的过载、短路保护，电网的绝缘监测；接用岸电时的相序保护,6.电网的保护及保护装置,船舶中采用继电器保护装置来实现。船舶在电力系统发生故障时，要求继电器保护装置的工作具有可靠性、选择性、准确性，既能适时切除故障以防止故障蔓延，又要尽量缩小停电区域，使非故障部分能继续正常运行，减轻损害程度。,6.1 船舶电网的保护,1电网的短路保护,船舶电网的短路保护要求良好的选择性，当发生短路故障时，仅允许切除有故障的线路部分。通常对各级保护装置的动作整定值按时间原则或电流原则予以整定。如图12-26，若按时间原则整定，则应有

42、t1t2t3，即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I1I2I3。,电网的短路保护,按时间原则整定，则应有t1t2t3，即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 按电流原则整定，则应有I1I2I3，即各级保护装置动作电流的整定值应从用电设备到发电机处逐级增大。短路保护装置通常采用万能式自动空气开关，装置式自动空气开关及熔断器等。器装置式自动空气开关装有电磁脱扣器，大量应用于各种配电装置，熔断器一般用作电网的末级保护。在船舶电网中，发电机和用电设备的短路保护装置通常设在靠近电源侧的出线端。,电网的短路保护(图12-26),电网的

43、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，电网中不设专门的过载保护装置。注：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，只设短路保护和过载报警装置。,6.2 同步发电机的保护及保护装置,船舶同步发电机是船舶电站的重要组成部分，它是保证船舶安全航行的重要设备。因此，必须设置必要的继电保护装置。根据我国入级规范规定，船舶低压同步发电机组主要设置外部短路保护、过载保护、欠压保护和逆功率保护等。,发电机的外部短路保护,大多在500V以下，一般不考虑装设专门的发电机内部保护装置。发电机的外部短

44、路将产生巨大的短路电流，对电力系统设备有巨大的破坏作用，电网电压急剧下降，会使电动机停转，甚至发电机跳闸，引起全船失电。发电机外部短路保护的原则是既要保护发电机，又要尽可能不中断供电，为兼顾保护的快速性和选择性，通常采用时间原则和电流原则相结合的方法。规范规定：对于船舶发电机的外部短路保护，一般应设有短路短延时和短路瞬间动作保护。短路短延时保护的起动电流整定为3-5s，作用于发电机跳闸；短路瞬时保护的起动电流整定为5-10倍的发电机额定电流，瞬时动作于发电机跳闸。船舶发电机的外部短路保护装置中，一般设有两套电流保护装置，根据短路电流的大小，实行短延时或瞬时动作保护。船舶发电机的外部短路保护由万

45、能式自动空气断路器中的过电流脱扣器承担,发电机的过载保护,同步发电机的过载，主要是指发电机的输出功率和电流超过了它的额定值。缘由：发电机的容量不能满足负载的需要 并联运行的发电机组负载分配不均匀而造成的后果：发电机的长期过载，会使发电机过热，引起其绝缘损坏或老化，并会影响原动机的使用寿命。目的：一方面要保护发电机不受损害，另一方面要能避开允许的短暂过载，尽量确保不中断供电。从发电机本身来说，它能在滞后功率因数0.5条件下，承载150%额定电流2min，保持额定电压近似不变，说明允许有一定时限的过载。发电机过载保护装置的启动电流可以整定在额定电流的1.1-1.5倍的范围内。船舶同步发电机的过载保

46、护也是由万能式自动空气开关中的过电流脱扣器或综合保护装置中的过电流继电器来实现，只是其动作整定值不同。,发电机的欠压保护,缘由：发电机外部短路故障未能切除 调压器失灵或发生严重欠频时发电机欠压保护保护装置应在发电机电压低于一定值时，使发电机主开关不能合闸或脱离电网，发电机外部的短路必然会引起电压下降，故欠压保护可作为短路保护的后备保护。当电力系统中有大容量电机起动或突加较大负载时，会引起电网电压的短暂跌落。这是正常现象，欠压保护装置应在数值或时间整定上避开这种情况。我国入级规范规定：对带时限的发电机欠压保护，当发电机端电压低于其额定电压值的70%80%时，延时1.53s动作；对不带时限的发电机

47、欠压保护，当发电机端电压低于其额定电压的40%75%时，瞬时动作。欠压保护由万能式自动空气开关中的失压脱扣器或综合保护装置中的失压继电器来承担。,发电机的逆功率保护,同步发电机不是发出有功功率，而是从电网吸收有功率此时将处于电动机运行状态的发电机切除，这种保护叫逆功率保护。缘由：发电机并车操作不当 并联运行机组中某一台发电机的原动机发生故障后果：并联运行中的其它发电机有可能过载而跳闸，造成全船失电的危险。发电机并车时在允许范围内的短时逆功率有助于发电机拉入同步，此时逆功率保护应不起作用。因此要求逆功率保护具有一定的时限，最好具有反时限特性。我国入级规范规定：并联运行的同步发电机应设有延时110s动作的逆功率保护。逆功率整定值按原动机类型不同而整定：原动机为柴油机时，发电机额定功率的8%15%；原动机为涡轮机时，发电机额定功率的2%6%。当供电压下降至额定电压的50%时，逆功率保护不应失效，但其动作值可以有所改变。,