1、船 舶 电 力 系 统 设 计2船舶电力系统设计教程3前 言随着现代船舶电气自动化程度的日益提高，使得船舶对电力供应的依赖性也越来越强。因此电力系统已成为现代船舶不可缺少的重要系统之一。4船舶电力系统不仅要在最恶劣的情况下保证不中断对船舶重要设备的供电，又要在工况变化复杂的条件下，维持较高的供电品质，这样就给船舶电力系统的设计带来很大的挑战。为了满足供电要求，船舶不但要配备性能优良、工作可靠的发电设备，而且更应该注重整个船舶电力系统的总体的研究和设计。只有把整个电力系统看作一个整体，综合分析系统中各个环节相互作用和相互依赖的关系，从船舶总体要求的角度出发，合理选择电力系统的配套方案，周密加以协
2、调，并对可能存在的问题采取具有针对性的措施，才能使船舶可靠运行。这就是船舶电力系统设计最主要的任务。5船舶电力系统是船舶电气系统的之一，其电气系统主要包括以下几大部分：1、船舶电力系统电源装置、配电和电力保护；2、电力拖动系统船舶辅助机械电力拖动、起锚缆机电力拖动和起重机等；3、舵机电力拖动系统；4、照明系统照明系统和航引信号灯系统等；5、电力推进系统电力推进系统主电路、励磁系统单元及控制和保护；6、船内通信系统电话操纵信号设备、广播和收音系统等；6 7、无线电通信和导航系统如无线电通信及雷达，计程器，测探仪和自动驾驶仪等船舶导航设备；8、机舱自动化如机舱监视报警，主机遥控和自动电站等；9、特
3、种船舶专用设备电气系统如渔业加工船、海洋调查船、汽车渡船和控泥船等所用设备的电气系统。7第一章 概述8第一章第一章 概概 述述在这一章中，主要介绍船舶电力系统的组成、设计内容、设计程序以及设计应遵巡的规范和标准。第一节第一节 系统组成系统组成船舶电力系统，是指由一个或几个在统一监控之下运行的船舶电源及与电源相连接的船舶电网组成的、以向负载供电的整体。换言之，船舶电力系统是由电源装置，配电装置和负载三部分组成。是船上电能产生、传输、分配和消耗的整体。如图1所示。9MM电 源 装 置配 电 装 置负 载图 1 船 舶 电 力 系 统 示 意 图1 电 源 2 配 电 板 3 输 电 电 缆 4 变
4、 换器 5 负 载1234513333333322555510电源装置主要是主发电机（支流或交流）和主配电板。为便于管理。发电机通常集中布置在一个或几个舱室中。住发发电机的控制和监测等功能均由主配电板完成，具有船舶电站的特性。（发电机组的控制，配电板及辅助装置称之为电站）。1112配电装置（网）与电网密切相联的。其主要任务是依据各用电设备（负载）的性质和容量，选择合理的供电方式、合适的配电开关和供电电缆。即配电装置中一般包括供电电缆、配电开关和相关的电气器械等。另外，配电装置中通常还包括一些电力变换器，如变压器、变频器和整流器等，作为电网的二次电源供特殊负载使用。保护装置。对用电设备（负载）加
5、以保护，同时对系统进行协调保护，以提高供电电网的连续性和电力系统的生命力。13第二节第二节 设计内容设计内容1设计过程一般船舶电力系统的设计是采用分阶段的方法来完成。主要分为以下三个阶段。如图2所示。(1)初步设计初步设计主要确定总体概貌，解决方案中存在的各种技术关键问题。由于初步设计从根本上确定了以后各阶段的设计方向和轮廓，因此又对总体设计的成败起关键的作用。这一阶段的主要内容是初步估算全船的电力负荷，确定电力系统的主要组成、运行功能以及重要设备的选型意见，并落实主要电力设备的总体布置等。14船舶诸要素规范、规则船东要求确定系统参数、辅机明细电力负荷计算确定电源组成确定发电机、变压器容量和台
6、数短路电流计算瞬态电压降计算选择配电电器电力网设计电力设备布置电压降计算图纸化、文件化电缆修正图2 船舶电力系统设计步骤图15（2）技术设计技术设计是初步设计和施工设计两个阶段之间必要的衔接和过渡。主要是充实初步设计方案，使之在技术细节上得以进一步肯定和落实，并协调电力电网中所有的技术问题，落实主要的电力设备。（3）施工设计施工设计是将技术设计付诸实实施而进行的面向建造的设计，因而偏重于生产细节设计。这个阶段需要绘制施工所需的全部图纸，提供电力设备型号和材料的订货明细等。162具体设计任务主要有以下五个：（1）决定船舶电力电网的电压，频率和配电系统；（2）选择电源装置。如发电机台数和容量的选择
7、，应急发电机容量的选择，电力和照明变压器容量的选择和蓄电池容量的选择等。（3）设计配电装置。如主配电板、应急配电板和蓄电池充放电板的结构设计以及配电开关的选择等。（4）设计船舶电力网。如供电系统和全船配电系统的设计，电力设备的布置和电缆的选择等。（5）船舶电力系统的保护设计。如发电机的保护，电力照明变压器的保护，电动机的保护和系统保护的协调等。17第三节第三节 船舶电力系统的设计步骤船舶电力系统的设计步骤电力系统的设计总体上较为复杂，但一般可归纳为以下几点：（1）根据所要设计的船种、船型和主机以及设计规范和船东设计任务书的要求，决定电力系统参数。（2）根据轮机专业等业已确定的辅机装置明细，进行
8、全船电力负载计算，确定发电机的容量和台数。有应急发电机的还要进行应急负载计算，并确定应急发电机的容量。（3）一般船舶，除发电机作为电源装置外，通常还要通过变压器供电给相应等级的用电设备（如照明，通讯等），所以还要进行变压器容量的计算，并确定台数。18第三节第三节 船舶电力系统的设计步骤船舶电力系统的设计步骤（4）一般船舶设有蓄电池组，以供电给临时应急照明或船内通讯设备等，因此必须考虑蓄电池组的容量和充放电方式。（5）电源装置确定后，根据船用电器的特点和性质，并根据各具体设备提出的安装位置和要求，进行全船供电系统和电力网络的设计，以及各辅机控制线路设计。（6）为进行电力系统短路电流计算和大电动机
9、起动和发电机瞬态电压降计算。（7）电力网的电压降计算，校核所选用的电缆是否满足系统电压降的要求，以保证用电设备电源电压合乎要求。19第三节第三节 船舶电力系统的设计步骤船舶电力系统的设计步骤（8）电力系统图设计后可进行电力设备布置图设计。对电气设备较多的舱室（驾驶室，机舱集控室）和有特殊要求的舱室（蓄电池室）应绘制其舱室布置图。（9）编制技术文件。如设计说明书、设备明细表和备品备件明细表以及试车试航大纲等。上面只是简略的说明了船舶电力系统设计的工作内容和展开设计工作的先后顺序。对不同的船舶，在设计阶段内容会有所增减。由于电力系统是整个船舶电气系统设计的组成部分，因此和其它相关专业有着密切联系，
10、所以设计时应充分考虑与有关专业的联系，否则会影响设计质量，甚至造成返工，其结果将事倍功半。20第四节第四节 设计应遵循的规范和标准设计应遵循的规范和标准 产品的标准化、通用化和系统化是现代化生产的一个重要标志，同样船舶电力系统采用标准化和规范化的设计，对提高船舶电气系统的设计质量，保障使用的安全性和可靠性都起着很重要的作用，因此电力系统的设计人员必须通晓有关船舶规范和标准的要求，关心其新的规定和发展动态。我国在建国以来，在船舶研究、设计和建造方面也制定了一系列的规范和标准，逐步形成来了一个完整的标准体系，下面分别简单介绍国内外有关船舶的规范和标准。21第四节第四节 设计应遵循的规范和标准设计应
11、遵循的规范和标准 1国内规范和标准我国现行的船舶规范和标准主要包括以下三个部分：国防科工委（国防科学技术工业委员会）批准发布的中华人民共和国国家军标准（GJB）。与电力系统有关的如下：GJB1384 船舶电气规范；GJB14.184 轮机规范，水面舰船；GJB17486 舰用交流柴油发电机组通用技术条件；GJB7585 舰用三相同步发电机通用技术条件；GJB37.185 船舶自动控制规范，动力装置；GJB583 舰用低压电器基本标准。上述标准和规范是对军用船舶研究、设计和建造技术的要求和规则。除主管部门批准外，军用船舶设计不应与其相抵触。22第四节第四节 设计应遵循的规范和标准设计应遵循的规范
12、和标准（2）中华人民共和国船舶检验局制定和发布的规范和技术规则主要是对民用船舶及其设备的基本要求。违反这些规范是船舶入级所不允许的。电力系统有关的如：钢质海船建造规范；长江船舶电气设备规范；除特殊和专门要求外，上述二部分规范和标准在原则上是一致的，可相互参考与借鉴。23第四节第四节 设计应遵循的规范和标准设计应遵循的规范和标准（3）船舶专业标准此标准又分为国家标准、部标准和企业标准三级a.国家标准是由国家计量局发布的在全国范围内统一使用的标准（JB）如：GJB75581 电机基本技术要求GB149779 低压电器基本标准b.部标准是由主管部门制订，发布个专业范围内的全国性技术标准，如船舶专业部
13、标准（CB），机械专业部标（JB）等。c.企业标准是由企业制订和实施的技术标准。一般来讲，这些规范和标准间隔一定时间就需修改或更新，设计时应参考最新版本。24第四节第四节 设计应遵循的规范和标准设计应遵循的规范和标准 2国外较先进标准国外先进标准是国际上有权威的区域性标准，一般是世界主要经济发达国家的标准和著名的社团标准。在船舶电方面有参考价值的先进国家标准有：美国国家标准 ANSI英国国家标准 BS德国国家标准 DIN法国标准 NF日本国家标准 JIS其中美国国家标准基本上选自著名社团标准，如美国电气与电子工程师学会标准（IEEE）等，这些标准比较简捷，能及时的反映工业社会的要求和动向，内容
14、更详细、具体，具有一定的先进性。25第四节第四节 设计应遵循的规范和标准设计应遵循的规范和标准 另外为了船舶及其设备和系统的入级检验，还必须遵守各船级社的规范。世界上主要的船级社有：英国劳氏船级社 LR美国船级社 ABS法国船级社 BV德国劳氏船级社 GL挪威船级社 NV（DNV）日本海事协会 NK前苏联的船舶登记局 PC中国船级社 CCS26第五节第五节 船舶电力系统的发展概况船舶电力系统的发展概况20世纪初 开始用电作照明20世纪40年代 商船全用上直流电50年代后，大量采用交流电制！部分采用中压降低成本60年代后开始电站自动化27第五节第五节 船舶电力系统的发展概况船舶电力系统的发展概况
15、1、电站自动化的四点优势（1）维持船舶电力网系统供电的连续性和提高可靠性，增强船舶运行的生命力；（2）提高船舶电站供电质量，使各用电负载处于良好的工作状态；（3）大大改善了船员劳条件，减轻值班强度，使船工能有更多的时间和精力从事设备的维护工作；船员级别的分类：船长 大副 二副 轮机长（老鬼）电机长 水手长。（4）减少船员，提高劳动效率，提高船舶运行的经济指标。28第五节第五节 船舶电力系统的发展概况船舶电力系统的发展概况2、电站自动化发展过程60年代：单元自动装置70年代：电子计算机控制的超自动化29第五节第五节 船舶电力系统的发展概况船舶电力系统的发展概况3、船舶电站全自动化的功能有（1）柴
16、油辅机起动前的预润滑；（2）柴油辅机起动前的暖机；（3）柴油发电机的自动启动；（4）自动切换；（5）发电机自动并车；（6）发电机自动调频、调载和自动转移负载；（7）根据功率的要求，自动控制机组的起停；（8）重载询问；（9）自动分级卸载；（10）柴油辅机和电气故障的自动保护；（11）故障时自动停车；（12）自动监视。30第二章第二章 电源设计电源设计本章主要介绍船舶电力系统电制的选择、电力负荷的计算及电站发电机组的选择。31第一节第一节 电制的选择电制的选择船舶电力系统的电制，即对系统电流的种类，限制，额定电压和额定频率进行选择。电制涉及到船舶电气设备的生产和供应，还会涉及到它与停靠港口码头及协
17、同工作的其它船舶相互间的电气接口问题。因此规定电制也是船舶电力系统标准化的重要内容。32第一节第一节 电制的选择电制的选择一般确定电制要坚持以下三个原则：第一：必须保持船舶电力系统电制的统一。不宜采用两种或多种不同的电制。以免引起混乱。第二：所采用的电制应与今后可能协同工作的其它船舶的电制保持一致。以保证相互间的配合和在紧急情况下实施救生，相互应急供电的需要。第三：船舶电力系统的电制，原则上应与陆用电制或经常停靠的地区的陆用电制相一致。33第一节第一节 电制的选择电制的选择1电流种类的选择船舶电力系统常采用交流两种电制。由于交流电制具有许多优点，其重量、体积、电性能、操作和维修等指标占有很大的
18、优势。因此目前一般船舶，不论是货船、集装船还是客船和调查船，都优先使用交流电制。特殊船和小型船舶，可考虑使用直流电制。以照明为主的船，甚至可以采用蓄电池组作为电源设备。我国从30年代开始首先在军舰上使用交流电制，以后逐渐应用到各种船舶。到50年代，大部分船舶完成了向交流电制的过渡。34第一节第一节 电制的选择电制的选择2船舶电力系统线制船舶电力系统采用的线制大致有以下几种：35第一节第一节 电制的选择电制的选择 绝缘制 双线绝缘系统直流 负极接地双线系统 接地制 利用船体作回路的单线系统36第一节第一节 电制的选择电制的选择 绝缘制 双线绝缘系统单相交流 一极接地的双线系统 接地制 利用船体作
19、回路的单线系统37第一节第一节 电制的选择电制的选择 三相绝缘系统 绝缘制 不接地的四线系统三相交流 中点接地的四线系统 接地制 利用船体作中线回路的三线系统38第一节第一节 电制的选择电制的选择从上可知，一般电力系统的线制分为对地绝缘系统和接地系统两大类。对绝缘系统是指三相系统的中性点（直流或单相的一极）不人为接地的线制。这种线制，在一定的条件下，即使发生单相（单极）接地故障仍能继续工作，可保持供电的连续性，发电机或D,d型变压器并联运行可防止内部环流，减少损耗，但发生接地故障时其它非故障相的电压上升较高，通常可达到系统的额定电压的2.57.5倍。因此使用此线制时，应提高电力系统绝缘的耐压能
20、力，耐压实验的电压也要提高。39第一节第一节 电制的选择电制的选择接地系统是将三相系统中性点（直流或交流的极）人为接地的系统。包括直接接地和在中性点与地之间串入限流电阻或电抗器以及以船体为回路的系统。这种系统的相电压对中性点固定，电网绝缘要求较低，在故障情况下，可检测接地电流，准确切断故障点，防止事故扩大。另外还可消除电弧接地造成的过电压。但是这种系统往往会产生很大的接地故障电流，容易引起火灾，即使一相接地，也应立即切断故障，使供电连续性得不到保障。一般我国的舰舶规定采用对地绝缘线制，而民用船舶可采用各种线制，但油轮只能采用对地绝缘制。40第一节第一节 电制的选择电制的选择3、交流电力系统的额
21、定频率 人体对30100HZ最易触电；铁磁材料又以 50HZ 磁损最小。船舶供电系统的频率，在各种规范中均以50HZ和60HZ作为标准频率。这一规定不包括弱电设备所需的特殊频率以及海上平台等特殊设备的频率。60HZ电制具有较高的同步转速，50HZ具有较低的电磁损耗，二种频率在使用中并无明显的差别。使用50HZ电制的国家主要有：中国，俄罗斯和前东殴国家等。使用60HZ电制的国家主要有：美国，日本，西殴等国。另外船舶上的导航设备，雷达中的电子设备以及微机所使用的电源一般都采用中频，如 330 HZ，400HZ，500HZ，1000HZ等，我国的舰船规范优先推荐用400HZ世界各国也都在向400HZ
22、靠拢。41第一节第一节 电制的选择电制的选择4额定电压选择国际电工委员会（IEC）推荐的船舶电力系统交流电压等级为：三相：120V，220V，240V，380V，415V，440V，660V，3000V/3300V，6000V/6600V，10000V/11000V。单相：120V，220V，240V。直流供电系统的电压等级有：动力：110V，220V，最高500V炊具电热：110V，220V，250V照明插座：24V，110V，220V，250V。42第二节第二节 负荷的计算负荷的计算船舶电力负荷是由船上形形色色的用电设备所构成。船舶在远行工况不断变化的条件下，各种用电负荷在运行功率、起动次
23、数或工作持续时间上都带有随机的性质，这些变化因素反映在发电机上，就使得船舶发电机的功率成为一个随机的变量。43第二节第二节 负荷的计算负荷的计算1计算电力负荷的目的（1）计算船舶处于各种工况下的平均电力负荷值。并以其中负荷变化最大而波动又小的工况负荷值作为选择主发电机组的依据（2）计算最小负荷工况的平均电力负荷值，以检查发电机组低负荷下的工作情况。（3）计算应急工况下的平均电力负荷，作为选择应急发电机组的依据。（4）计算停泊工况下的平均电力负荷，作为选择停泊发电机组的依据。计算出来的电力负荷，按照这个数值可以确定发电机的容量，这样既能满足各个工况的供电要求，又能获得最经济和高效率的运行。44第
24、二节第二节 负荷的计算负荷的计算2船舶电力负荷的分类及特点船舶电力负荷种类繁多，但大体可划分以下几种类型：（1）航行所需负荷航行状态下的电力负荷主要包括主机辅助设备，导航设备，舵机，通风机，机修设备等，这类负荷的大小常为推进主机的功率有关，在运行的过程中变化不大。（2）机动工作所需负荷当船舶处于进出港，离靠码头，备航等变工况状态下，各种设备（包括空压机，主动舵，侧推器，系缆绞车，应急消防设备等）工作所需的电力负荷一般较大，而且随机性强。45第二节第二节 负荷的计算负荷的计算（3）船舶泊港所需负荷当船舶处于停泊状态下，各种设备（甲板机械，起货装置和日常生活设备等）工作新需负荷。除靠岸停泊需要开动
25、起货机装卸货外，负荷通常较低。另外靠岸停泊时，应尽可能使用岸上电源提供动力。节省发电机工作时间。（4）船舶生活新需负荷日常生活所需负荷，包括照明，烹调，空调，冷藏，船内通分设备等，这类负荷与船舶的性质和季节以及气候有密切关系。46第二节第二节 负荷的计算负荷的计算3船舶电力负荷的计算方法目前船舶电力负荷计算方法较多，各有其特点，即使是同一方法在不同用途的船舶上使用也有一些差别。尽管计算方法千差万别，但其基本构思是一样的，即计算船舶各工况下用电设备所需的功率。常用的计算方法有：需要系数法；三类负载法；日夜负载法；概率分析计算法；算式计算法和以某项特重负载为基数的计算方法等。在以上方法中，目前应用
26、较多的是需要系数法和三类负载法。如果系数、负载系数或同时系数选取恰当，则能够得到较准确的计算结果。47第二节第二节 负荷的计算负荷的计算4需要系数法1)需要系数概念负载实际需要的功率是由设备的种类及其使用方法决定的，其值可用需要系数计算。所谓需要系数，就是设备使用时的最大需要功率与其额定输入功率之比，即：设备额定输入功率设备需要功率需要系数10048第二节第二节 负荷的计算负荷的计算需要系数随船舶运行工况不同而不同，如对于一般商船，可以取下列各值：一般辅机 60%95%舵 机 20%30%电热设备 50%100%一般照明 70%80%（航行）50%70%（装卸货）50%60%（停泊）工作灯 1
27、00%（装卸货）有关负载的分类及其需要系数K值可从有关的设计手册中查到。49第二节第二节 负荷的计算负荷的计算2)同时系数各间断性负载（如电动起货机）不会都在同一时刻使用。所以在确定的条件下，可能运行的各间断性负载的最大需要功率之和，总比所有间断负载所需的最大功率之和要小。日本海事协会将其称为不等系数，我国将其倒数称为同时系数 同时系数=1/不等系数。要功率之和运行的间接负载最大需要功率之和所有间接负载的最大需不等系数50第二节第二节 负荷的计算负荷的计算船舶在不同运行状态，其值是不同的。同时还受船舶装载状态、航区和季节影响。通常根据经验和实际试验结果确定。无精确计算值时，同时系数可在0.30
28、.5范围内选定。51第二节第二节 负荷的计算负荷的计算3）负载计算全船电力负载的计算，可按下述方法和程序运行：（1）计算各用电设备的额定输入功率。（2）选择计算工况，并确定各工况下所需使用的电气设备，并按连续负载和间断负载加以区分。（3）确定各用电设备的需要系数。（4）计算各用电设备的所需功率，并计算各工况下所需总功率。（5）选用间断负载时的同时系数，并计算总需要功率。52第二节第二节 负荷的计算负荷的计算上述计算可用下式计算：式中：PG计算总功率；Pci各连续负载确定输入功率；Pli各间断负载确定输入功率；Ki需要系数；K2同时系数。当间断负载有较大负载时，为计算精确，可采用连续负载所需功率
29、之和（）加上最大的间断负载所需功率（）再加上其它间断负载所需的功率之和（）。liiciiGPKKPKP2ciiPK liiPK liiPKK253第二节第二节 负荷的计算负荷的计算(6)考虑5%左右的网络损失，计算所需的总功率。(7)根据上述总功率，选择发电机组容量和数量。并计算各工况下使用发电机的负载率。一般计算负载时，要分类列出各种负载在不同工况下的负载表，或计算书。54第二节第二节 负荷的计算负荷的计算5三类负载法如果电气设备具有较充分的数据时，则可采用三类负载法进行全船电力负载计算。由于数据充分，能较准确的求得各用电设备的负载系数，也可以较准确的确定同时系数，因此三类负载法可以求得较精
30、确的计算结果。1）负载分类根据负载的使用情况，将负载作如下分类：55第二节第二节 负荷的计算负荷的计算（1）第一类负载连续使用负载。如舵机，起货机，照明设备等。（2）第二类负载短时或重复短时使用的负载，如舱底泵，润滑输去泵等。（3）第三类负载偶然短时使用的负载，以及按操作规程规定可以在电站尖峰时间外使用的负载。如机舱起吊机，车床，电焊机等，负载的具体分类也通过有关手册以实际经验确定。56第二节第二节 负荷的计算负荷的计算2）电动机负载系数计算电气设备的负载系数，是用某一期间内的负载平均需要功率与同一期间内的负载最大的需要功率的比值来表证的，即：对电动机，每台辅机选配的电动机有一额定功率P1，其
31、最大轴输出功率为P2，则电动机的利用系数K1为：K1=P2/P1要功率某一期间的负载最大需要功率某一期间的负载平均需负载系数10057第二节第二节 负荷的计算负荷的计算而每台辅机又有一实际使用功率P3，由此可求得机械负载系数K2：K2=P3/P2这样电动机负载系数为：K3=K1K2=P3/P1由于电动机效率不等，所以电动机额定需要功率P4为：P4=P1/因此，电力负载计算中，电动机实际需要功率P5为：P5=K3P4=K3P1/对于交流异步电机，由于在低负载时效率变差，所以实际上电动机在实际使用功率P3下运行的效率并不等于电动机的额定效率。58第二节第二节 负荷的计算负荷的计算3）负载系数的确定
32、可以根据辅机的轴功率、机械负载系数和电动机的额定功率求得电气设备的负载系数。如：主机冷却泵负载系数变化范围为：0.60.9主机循环水泵负载系数变化范围为：0.70.9绞车负载系数变化范围：0.30.8照明负载系数变化范围：0.61.0等。59第二节第二节 负荷的计算负荷的计算4）同时系数确定第I类负载有时考虑到各辅机和用电设备最大负载的不同时性，可取其同时系数为0.80.9。第II类负载可按该负载的平均工作时间和工作周期之比来估算。如无确切资料，可从相关手册中查找。第III类负载在电力负载计算时，通常可以不计。但对于小型船舶或考虑高峰负载时，应予以注意。60第二节第二节 负荷的计算负荷的计算5
33、）负载计算可按下列方法和程序进行：（1）根据有关专业提供的数据，确定全船电气设备，并计算各电动机和用电设备的额定输入功率。（2）根据船舶类型选定所需计算工况，按负载分类确定各工况下所需使用的电动机等电气设备。（3）计算负载系数，并计算各用电设备在各工况下的实际使用功率。（4）计算各工况下各类负载的实际使用功率的总功率。61第二节第二节 负荷的计算负荷的计算（6）考虑5%网络损失，计算所需的总功率。（7）根据上述总功率，选择发电机组的容量和台数，并计算各工况下使用发电机的负载率，一般在进行负载计算时，要编制负载表，以便随时调整和查阅。62第三节第三节 电站发电机组的选择电站发电机组的选择选择发电
34、机组及确定其容量的基本原则：机组发电量应确保船舶在各种工况下对所有负荷的供电要求。即机组的发电量既要满足最大负载工况的供电需要，又要合理地满足其它较小负荷工况的供电需求，因此船舶应设置多台发电机组。机组的台数和容量可根据船舶各工况电力负荷的功率来确定。63第三节第三节 电站发电机组的选择电站发电机组的选择 最好有一台主发电机保证船舶上最大交流异步电机的顺利启动。主发电机组的单机功率P应满足以下关系：一般情况下，希望不要采用两台或多台发电机组并联运行来起动大功率负载，这样会带来船舶操作不便。）。理所接的负荷（起动前，发电机组原数；异步电机起动功率因倍数；）异步电机起动电流（）；电机的功率（船舶最
35、大直接起动异步式中：kWPkWPPPPmsmmsmdf1max1maxcos76cos)76(64第三节第三节 电站发电机组的选择电站发电机组的选择 如果船舶只设置一个主发电机组时，应配置备用发电机组，保证主发电机组发生故障或平时维修保养时的机动性。通常至少增加一台发电机组作为备用，且需满足以下关系：式中：P 发电机总功率；PbF 一台备用发电机组的功率；Pj 船舶电力负荷计算结果中，功率最大工况的负荷值。jbFPPP65第三节第三节 电站发电机组的选择电站发电机组的选择 发电机组应有一定的容量储备，最好选用同类型发电机组，便于维护、管理和减少备件数量。发电机组的容量和台数，应能在任一发电机组
36、停止工作时，仍能继续对正常推进运行、船舶安全以及具备冷藏级船舶的冷藏货物所必须的设备供电。同时基本生活条件应得到保障。如适当的炊事、取暖、食品冷冻、机械通风、卫生和淡水等设备。当以柴油机作为原动机时，在连续运行条件下，希望其额定输出功率有10%左右的余量，同时不应使柴油机明显地运行在低负载状况66第三节第三节 电站发电机组的选择电站发电机组的选择 主发电机组至少应为两台。如果发电机组台数为n,则各工况下发电机组使用的台数一般作以下考虑：航行时：一台二台；进港时：二台n台；装卸货：二 台n台。具体使用几台，应附加种种条件后确定。由于船舶电站容量小，单机容量与某些大的船舶负载差不多，大功率电机启动
37、时对电网影响很大，所以一般有以下较高的要求：船用发电机组调压器动作时间要快，有强励磁，发电机有较大的承受过载能力。船舶工况变化频繁，船用并车装置要简单可靠！67第三节第三节 电站发电机组的选择电站发电机组的选择船舶发电机组通常有以下五种：（1）柴油发电机组；效率高、机动性强、起动快。（2）蒸汽发电机组 ；基本淘汰。（3）汽轮发电机组；（4）轴带发电机组；（5）核电发电机组。实际参考的例子如下：（1）对柴油机船，可考虑下例方案：a.3D/G（或2D/G）b.1ET/G+2D/G（3D/G）c.1ET/G+1S/G+ZD/Gd.1S/G+2D/G68第三节第三节 电站发电机组的选择电站发电机组的选
38、择（2）对涡轮机船，可考虑下列方案。a.2T/G+1D/G b.1T/G+2D/G其中：D/G柴油发电机。ET/G废气轮发电机 S/G轴带发电机 T/G涡轮发电机。目前我国船上应用较多的国产船用发电机有T2H、TFHX系列以及引进的DKBH系列、IFC5和IFC6系列。69第四节第四节 应急发电机容量确定应急发电机容量确定一般规范中规定客船和500总吨位以上的货船均应设独立的应急电源。应急电源即可以是发电机也可以是蓄电池组。应急发电机应该由具有独立的冷却装置和燃油供给。并要求有起动装置的柴油机驱动。1急发电机容量确定船舶吨位不同，种类不同，应急发电机供电的电气设备范围也略有不同。通常根据下述用
39、电设备所需电功率确定其容量：（1）船引灯，信号灯，照明灯设备；（2）应急报警和信号装置；（3）火灾探测和报警装置及防火门的固定和释放系统；70第四节第四节 应急发电机容量确定应急发电机容量确定（4）紧急状况下所需要的船内通信设备；（5）应急消防泵，自动喷水器泵，应急舱底泵及其电动遥控设备。（6）应急时使用的舵机，动力操作水密门及其指示器、报警器；（7）应急用无线电设备和导航设备等。如有较大的电动机负载（如舵机）由应急发电机供电，确定其容量时，还应考虑到最大电动机起动时瞬态电压降，只要不引起任何电机失速和其它设备失效即可。71第四节第四节 应急发电机容量确定应急发电机容量确定2电池容量确定蓄电池
40、作为应急电源，其容量应保证承载规定的供电负载而不必再充电，并在整个放电期间蓄电池组的电压变化应保持在其额定电压的12%范围内。蓄电池的容量，是指充满电的蓄电池用一定的电流放电至规定放电终止电压的放电量。即：安时容量=放电电流放电时间。或 瓦时容量=安时容量平均放电电压。72第三章第三章 船舶电网船舶电网本章主要介绍船舶电力网的电网类型及选择，电缆截面的计算及选择以及电压损失的计算。第一节第一节 概述概述1船舶电力网的概念。船舶电力网简称船舶电网，系指介于船舶电源和用电设备之间的传输、分配电能的全部配电装置和网络的总称。它是船舶电力系统主要的组成部分，主要配电装置和配电网络两大部分组成。73第三
41、章第三章 船舶电网船舶电网2船舶电网分类根据供电电源、负载性质和用途不同，船舶电网可分为：主电网由主发电机通过主配电板供电的网络。应急电网由应急发电机通过应急配电板供电，或由蓄电池通过蓄电池充放电板供电的网络。一次网络由主电板直接向区配电板，分配电板和负载供电的网络。二次网络由区配电板或分配电板向负载供电的网络。动力网络船舶电网中向动力设备供电的网络。照明网络船舶电网中向照明设备，电风扇及小容量电热设备供电的网络。弱电网络船舶电网中向各导航、通信及无线电设备等供电的网络。74第三章第三章 船舶电网船舶电网第二节第二节 电网类型及选择电网类型及选择电网类型及选择即所谓的船舶电网的配电方式。所谓配
42、电方式，是指主配电板和区配电板、分配电板及用电设备之间的电缆和电线的连接和布设方式。通常根据各用电设备的具体要求，并考虑整个电力系统的可靠性、灵活性、经济性及操作管理方便等因素后，选择合理的方式。船舶电网的类型有很多种形式，但基本上都是由以下五种基本类型复合而成，即：75第三章第三章 船舶电网船舶电网 干线式（main route distribution）；如图3所示G图3 干线式（树干状）供电方式负载负载76第三章第三章 船舶电网船舶电网 馈线式(branch distribution)；如图4所示主 配 电 板GG图 4 馈 线 式（树 枝 状 或 辐 射 状）供电 方 式负 载负 载7
43、7第三章第三章 船舶电网船舶电网（3）干馈混合式(route and branch distribution)（4）环路式(loop distribution)（5）网形式(network distribution)但目前应用较多是干馈混合式和环路式。1、干馈混合式供电方式所谓干馈混合式是指各区配电板，分配板和重要负载分别由各回馈电电路直接从主配电板获得供电的方式，如图5所示。78第三章第三章 船舶电网船舶电网主 发 电 机主 配 电 板区 配 电 板分 配 电 板负 载A C BM C B主 发 电 机A C BM C B负 载负 载负 载图 5 干 馈 混 合 式 供 电 方 式GG79第
44、三章第三章 船舶电网船舶电网这种馈电方式的主要优点是：可降低电缆数量（相对干线和馈线式）；保护装置数量少，便于维护；主要供电开关均在一个控制场所，便于集中控制；增加用电设备比较方便；与环路式相比，设备价格便宜；缺点主要有：供电可靠性比环路式低，故主要设备须采用双路供电方式；稳定性和电压调整等指标比环路式差；运行中的灵活性较差；80第三章第三章 船舶电网船舶电网2、环路式供电方式所谓环路式是指干线（主配电板、区配电板和分配电板）形式环路，所有用电设备均从该环路获得供电的输配电方式，如图6所示。其主要优点有；（1）供电可靠性高，线路发生故障通常不会停止供电；（2）系统稳定性高；（3）可减少有功和无
45、功功率损耗，提高设备利用率。其主要缺点；（1）系统阻抗值减少，增加了短路电流值；（2）保护装置动作整定困难。（3）监视和调整困难；（4）对保护装置的快速性、可靠性要求较高；（5）价格较昂贵。81第三章第三章 船舶电网船舶电网GGACBM CB区配电板分配电板负 载M CBM CBM CB负 载负 载负载负载负 载ACB主 配 电 板主 配 电 板图 6 环 路 式 供 电 方 式 图82第三章第三章 船舶电网船舶电网第三节第三节 电缆截面的计算及选择电缆截面的计算及选择1.船用电缆种类（1）种类，按用途可分为以下几种：照明和电力回路；移动设备；控制和通信设备回路；控制设备内部接线；电话；其它特
46、殊装置；配电板用电缆。我国船用电缆的型号可从有关手册中查找。83第三章第三章 船舶电网船舶电网（2）电缆的芯数和截面我国船用电缆的芯数和截面规定如下表：序号 芯 数 截面（mm2）1 11,1.5,2.5,4,6,10,16,25,35,50,70,95,120,150,185,240,3002 21,1.5,2.5,4,6,10,16,25,35,50,70,90,1203 31,1.5,2.5,4,6,10,16,25,35,50,70,95,120,150,18544,5,7,10,12,14,16,19,24,27,30,33,371,1.5,2.584第三章第三章 船舶电网船舶电网（
47、3）电缆允许电流选择电缆时，应保证电缆通过的实际电流低于其允许电流。电缆允许电流取决于电缆的绝缘材料，并以允许最高温度为基准来决定。以电缆的散热量和导体产生的热量平衡状态决定。单芯电缆允许电流计算公式为：材料系数最高允许温度下的绝缘导体标称截面（）；单芯电缆允许电流（);2625.0mmSAISI85第三章第三章 船舶电网船舶电网各种绝缘材料的单芯电缆连续工作电流可从有关手册中查到，如1.5mm2单芯聚氟乙烯电缆的连续工作电流为12A。双芯或多芯电缆的连续工作电流额定，须乘以小于1的修正系数。双芯的修正系数为0.85，三芯和四芯电缆的修正系数为0.70。以4mm2三芯电缆为例，其各种绝缘材料的
48、连续工作电流为；聚氟乙烯绝缘：220.70=15.4A；丁基橡胶绝缘：350.70=24.5A；乙丙橡胶绝缘：380.70=26.6A；硅橡胶绝缘：420.70=29.4A。86第三章第三章 船舶电网船舶电网（4）电缆的短路容量当电力系统发生短路故障时，在保护装置切除故障的很短时间内，电缆将通过比额定电流大许多倍的短路电流。该电流使导体温度急剧上升，可能导致电缆绝缘变形和断裂，护套熔化，以及线芯熔断等故障。所以电缆的短路容量是电缆的很重要参数之一。短路电流，由引起电缆绝缘的电气和物理性质发生显著变化的温度以及能够维持短路电流的持续时来决定。如果知道电缆通过短路电流的持续时间和电缆绝缘材料短路时
49、最高允许温度，那么就可以利用焦耳法求得电缆短路温升，也可以求得各种截面电缆的短路允许电流。根据焦耳法，电缆短路允许电流的计算公式如下：87第三章第三章 船舶电网船舶电网）。短路电流通过时间（）；短路初始导体温度（）；温度（短路时导体最高允许）；时导体电阻（；时导体电阻的温度系数导体热容量；导体截面（）；当量（焦耳常数，亦称为热功）；短路电流允许值（式中：stCTCTcmrCmmSJAITTtrJCSInmnme001010212020)186.4201201log88第三章第三章 船舶电网船舶电网通常考虑电缆在通过连续额定电流状态下发生短路，因此Tn应考虑为电缆绝缘允许的最高温度。如对铜导体：
50、对于乙丙橡胶绝缘：代入数值可得：)(11072.1,00393.0,81.0161cmsrCCTCTnm0085,230tStStSI138248.13718837289第三章第三章 船舶电网船舶电网如4mm2的乙丙橡胶铜电缆，短路时间为0.42s时，最大允许短路电流为：)(75.85142.04138138AtSI90第三章第三章 船舶电网船舶电网2电缆负载电流的估算正确估算电缆负载电流，是选择电缆截面的主要根据。（1）发电机主回路负载电流的估算目前有两种选择方法：按发电机额定电流的100%选择；按发电机长延时保护装置动作整定值选择。(2)照明回路负载电流估算 最后支路按各设备的额定电流总和
