船舶电力系统基本参数
船舶电力系统基本参数
船舶电力系统基本参数电压是船舶电力系统的重要参数之一，常见的船舶电力系统电压包括440V、220V、110V和24V等。
其中，440V为主要供电电压，主要用于船舶主发动机的起动电机、主动荷电器和其他大功率设备。
220V供电电压主要用于船舶的动力设备、照明和通信等辅助设备。
110V供电电压主要用于船舶的导航设备、船舶报警系统和其他辅助设备。
24V供电电压主要用于船舶的停航灯和船舶电气设备的控制电路等。
频率是船舶电力系统的另一个重要参数，船舶电力系统的频率通常为60Hz。
船舶电力系统的频率与陆地电力系统的频率不同，这是由于船舶电力系统采用的是船舶发电机组，其旋转速度通常为1800转/分钟，所以频率为60Hz。
船舶电力系统的频率对船舶上的电气设备和系统运行稳定性和功率传输效果都有影响。
功率是船舶电力系统的另一个重要参数，其表示船舶电力系统的供电能力。
船舶电力系统的功率大小根据船舶的需求和船舶上的设备和系统来确定。
船舶电力系统的功率通常以千瓦(KW)或兆瓦(MW)为单位。
功率大小直接影响到船舶上的设备是否能够正常运行和船舶的动力性能。
容量是指船舶电力系统能够承载的负载的大小。
船舶电力系统的容量与船舶上的设备和系统的负载有关，其大小决定了船舶上能够同时运行的设备和系统的数量和负载水平。
船舶电力系统的容量通常以千伏安(KVA)或兆伏安(MVA)为单位。
船舶电力系统的容量应根据船舶的用途和设备的需求进行合理安排，确保船舶电力系统能够满足船舶的电力需求。
在设计船舶电力系统时，还需要考虑到船舶电力系统的可靠性、安全性和节能性等方面的要求。
船舶电力系统的可靠性是指系统正常运行的时间和故障停机的时间之比。
船舶电力系统的安全性是指系统在正常运行情况下能够保持稳定、可靠的供电，并能够防止电气事故的发生。
船舶电力系统的节能性是指系统能够高效利用能源，降低能源消耗和排放。
总之，船舶电力系统的基本参数包括电压、频率、功率和容量等。
船舶电力系统概述
（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。
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
IP防护：是对固体和液体入侵防护 ①.只存在与带电体接触危险环境IP20； ②.存在滴水和机械伤害的舱室环境IP22； ③.水和机械伤害危险较大的机器处所IP34； ④.水和机械伤害危险较大的舱室处所IP44， 附具（附属器具）IP55； ⑤.喷水、粉尘、严重机械伤害危险为IP55和 IP56； ⑥.大量水浸入危险的露天甲板为IP56； ⑦.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
三. 船舶电力系统的电气参数 1. 电流种类
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。
（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。
船舶电力系统组成
船舶电力系统的组成一、船舶电力系统的组成船舶电源装置、船舶配电装置、船舶电力网、负载、控制电器、电工测量用仪器、仪表典型船舶电力系统简图1. 船舶电源装置将机械能、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。
2. 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，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、动力分配电板、照明分配电板和蓄电池充放电板等。
3. 船舶电力网是全船电缆电线的总称，作用是将各种电源与负载按一定关系连接起来。
根据其所接负载的性质，可分为动力电网、低压电网、照明电网、应急电网和小应急电网等。
4. 负载:用电设备，按系统可分为以下几类：①动力装置用辅机：滑油泵、海水冷却泵、淡水泵、鼓风机等。
②甲板机械：锚机、绞缆机、舵机、起货机、舷梯机和起艇机等。
③舱室辅机：生活用水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等。
⑤冷藏通风：空调装置、伙食冷库等用的辅机和通风机等。
⑥厨房设备：电灶、电烤炉等厨房机械用辅机和电茶炉等。
⑦照明设备：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。
⑧弱电设备：无线电通信、导航和船内通信设备等。
⑨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。
5. 控制电器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。
6. 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、平时用于检修的直流稳压电源和自耦变压器、示波器等。
二、船舶电力系统的基本参数1. 电流种类(电制) ：几乎所有大中型船舶均采用交流电力系统。
2. 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致，使船舶电气设备具有通用性。
船舶电力系统的基本参数
(3)利用船体作回路的单线系统。
3．交流三相
图1-3 三线绝缘系统
图1-4 中性点接地的四线系统
图1-5 以船体作为中性线回路的三线系统
三线绝缘系统
• 三线绝缘系统，它是系统的中性点不接地的线制。
• 其特点是AC220V照明电源由AC380V电网经变压
器获得。 当系统中发生单相接地时，不会出现单相 短路而产生短路电流使系统保护跳闸。 发生单相接 地时，不会影响三相线间电压之间的对称关系，只 是接地相电压变为零，而非接地相的电压升到线电 压（1.732倍），这时系统仍可供电。 三线绝缘系 统安全可靠，可最大限度的保持供电的连续性。
EG-应急发电机 T2-应急照明变压器 QFl~QF8-自动空气开关
2、多电站交流电力系统
Gl、G2-汽轮发电机 QF1~QF4-发电机主开关 QF5、QF6-隔离开关 G3、G4-柴油发电机 T1、T2-照明变压器 QF7~QFl0-联络开关
3、交直流混合电力系统 4、交流电力推进联合电力系统 5、直流电力推进联合电力系统
额定频率
• 目前，在世界范围内船舶交流电力系统现行
的额定频率有50Hz和60Hz两种，
• 我国的民用船舶普遍采用50Hz的额定频率。线制来自1．直流(a)
(b)
(c)
(a)双线绝缘系统 (b) 负极接地的双线系统 (c)利用船体作负极回路的单线系统
2．交流单相
(1)双线绝缘系统
(2)一线接地的双线系统。
第二讲 船舶电力系统的基本参数
电流种类 额定电压 额定频率 线制 电力系统的常见形式
船舶电力系统的基本参数
船舶电力系统的基本参数是指: ①电流种类 ②额定电压 ③额定频率 ④线制
说明：它们决定了电气设备的生产和供应，制约着 船舶电站工作的可靠性和电气设备的重量、尺 寸、价格等。正确选择电站的基本参数，可以 保证整个电站和电气装置的可靠性、稳定性和 经济性。
项目6任务2船舶电力系统的基本概念汇总
2、船舶电网的配电方式（接线方式）
（1）500V以下电网的配电方式 大多船舶电压等级在500V以下，采用两种结 线方式: 枝状和环状。 图6-2-2 船舶电网配电方式
枝状
环状
图6-2-2 船舶电网配电方式
（2）500V以上船舶电网的配电方式 随着大型船舶及电力推进方式的船舶越来越多，船舶电 网的电压等级在升高，采用3300V和6600V中压电网的 为数也不少， 船舶中压电网配电方式有四种。采用较多的是枝状和树干 状，结构简单、可靠性不高，对重要负载在故障工况时有 失电的可能。为了提高供电的可靠性，可采用桥状配电或 者采用互为备用的桥状综合配电方式，网络不太复杂，但 供电的可靠性提高，只要有一台发电机正常工作，就可保 证一些重要设备正常工作。目前采用这种方式的也不在少 数。图6-2-3 中压电网
（4）负载（roading） :用电设备， 按系统可分 为以下几类： ① 动力装置用辅机
滑油泵、海水冷却泵、淡水泵、鼓风机等。
② 甲板机械 锚机、绞缆机、舵机、起货机、舷梯机和起艇机等。 ③ 舱室辅机 生活用水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的 辅机等。 ④ 机修机械 车床、钻床、电焊机和盘车机等。
图6-2-5 中性点接地的三相四线系统
（3）中性点接地的三相三线系统 利用船体作为中线形成回 路，节省电缆,容易发生触 电和短路故障。
图6-2-6 中性点接地三相系统
3. 额定频率等级 我国采用 50Hz，西欧各国、美国采用 60Hz的频率标准 。
三、船舶电力网的分类、配电方式、电力系统的线制
船舶电力网泛指主配电板和应急配电板到用电负载之 间的电缆连线。因船舶负载的种类和数量颇多，不可能 每个负载都直接由主配电板或应急配电板供电，有许多 成组用电设备是由区、分配电板供电。 一次网络：从主配电板到直接供电负载或分配电板之 间的电网 二次网络：由分配电板到负载之间的电网
船舶电力系统概论
直流双线绝缘系统； 交流单相双线绝缘系统； 交流三相三线绝缘系统。
接地和接地装置
电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连 接称接地。 电气设备的接地方式分三种：
工作接地 保护接地 重复接地
-
态 恢复时间
(s) 1.5
5 -
-
-
-
-
（6）满足防护要求
为了避免电气设备受到外部固体和液体异物的侵入 而发生故障或损坏，为避免人身遭受触电和机械伤 害，一般电气设备都应有防护壳罩。
由于一些舱室机器密布，空间狭小低矮，存在着设 备或人员遭受各种侵害的复杂环境，因此船用电气 设备的防护等级类型也比较复杂多样。
为保障人身安全，避免或减小事故的危害性，电气 工程中常采用保护接地。
根据《钢质海船入级与建造规范2006》规定，电气设备 保护接地的要求有： （1）电气设备的金属外壳均需要进行保护接地。
保护接地
（2）当电气设备直接紧固在船体的金属结构上或 紧固在船体金属结构有可靠电气连接的底座（或支 架）上时，可不另设置专用导体接地。
柴油机
发电机
(2) 配电装置
对电源和用电设备保护、监测、分配、转换、控制的装置。 按用途可分为主配电板、应急配电板、充发电板、区配电 板、分配电板和岸电箱等几种。 按形状分可分为垂直立式、台式、桌式和控制台式四种。 按外壳结构可分为防护式、防滴式和防水式。
(3) 船舶电力网 是全船电缆电线的总称 ，包括动力电网、照明电网、应 急电网、低压电网和弱电电网。
其中No.1主发电机在装载需要50Hz中压电源供应 的货物时，可以切换为2030KVA，600rpm， 50Hz的模式运转，单独为50Hz的货物负载电源供 电，图中用于中压汇流排连接的断路器KS1应该处 于分闸状态。
船舶电力系统
船舶电力系统：电源、配电装置、电力网、电力负载。
电源：将其他形式的能源转变成电能的装置（船上：柴油发电机和蓄电池）配电装置：接受和分配电能的装置，也是对电源、电力网和负载进行保护，监视，测量和控制的装置。
船舶电力网：全船电缆电线的总称。
电力负载（电力负荷）：耗用电能的各种用电设备，将电能转化为其他形式能量的用电设备。
船舶电力系统的特性：1船舶电站容量小2船舶电网线路短船舶电气设备工作环境恶劣。
船舶电力系统的基本参数：电流种类（电制）、额定电压、额定功率、线制。
发电机额定电压400，动力用电设备380照明变压器400|230照明用电设备220.交流三相：三线绝缘系统、中性点接地的四线系统、以船体作为中性回路的三线系统。
电站：船舶电力系统的发电机和主配电板部分。
开关Q把母线分隔成二段，也可以说开关把二段母线连接起来故可以称为母联开关。
形式：1三个各相独立的隔离器2三相隔离开关3三相断路器（有灭弧功能）电站容量负荷计算方法：1三类负荷法-中国、前苏联；需要系数法-日本、西欧。
民用船舶的运行工况：1航行2进出港3离靠码头4停泊5装卸货水上作业6应急7应急8应急发电机工作工况。
三类负荷法：将全船各用电负荷按使用时间的长短分成三类，并且考虑负荷系数和同时系数来进行计算。
三类负荷法计算全船电力负荷时，需将设备负荷在某一运行工况下使用时间的长短。
--分成三类。
1连续使用类负荷2短时或重复短时使用类负荷3偶然短时使用类负荷。
DW-万能式（框架式）空气断路器，（也称自动空气开关）DZ-装置式（塑壳式）空气断路器。
9--船用。
框架式空气断路器组成：1触头系统2灭弧室3自由脱扣机构4过流、失压、分励脱扣器5操作机构6锁扣装置。
灭弧室靠电磁力，是通过电弧的拉长，冷却。
互感器是按一定比例和精度变换电压或电流大小的变换器。
电流互感器（升压）注意事项：1二次侧在工作时不得开路。
（击穿）且不允许设置熔断器保护。
2二侧有一端接地。
船舶电力系统基本参数
船舶电力系统的基本参数有电流种类、电压等级和频率标准.它们决定了船舶电站工作的可靠性和电气设备的重量、尺寸、价格等.一、电流种类的选择电流有直流和交流两种。
早期船舶多采用直流电力系统。
30年代开始在军用舰船上采用交流电制，以后逐渐推广到各种船舶，50年代形成电制更替高潮。
我国舰船在60—70年代完成了向交流电制过渡。
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;有较高调速要求的推进电力系统也往往采用直流电制。
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)，蓄电池组充电毋须整流器等.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.二、电压等级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. 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。
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船舶电力系统的基本参数有电流种类、电压等级和频率标准。
它们决定了船舶电站工作的可靠性和电气设备的重量、尺寸、价格等。
一、电流种类的选择
电流有直流和交流两种。
早期船舶多采用直流电力系统。
30年代开始在军用舰船上采用交流电制，以后逐渐推广到各种船舶，50年代形成电制更替高潮。
我国舰船在60-70年代完成了向交流电制过渡。
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；有较高调速要求的推进电力系统也往往采用直流电制。
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)，蓄电池组充电毋须整流器等。
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。
二、电压等级
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。
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年起规定低压发电没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20 000-40 000kW以上，单机功率达3 000-5 000kW,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5 700A时，就需要截面为电缆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。
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11 000V。
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1 000V ，交流为6 300V。
英国“伊丽莎白皇后二世”号客轮(3台5 500kW主发电机)和我国500t浮吊船上已采用了3. 3kV电压。
三、额定频率
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。
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。
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。
电源采用中频400Hz的优点是:
(1)减少电气设备重量。
因为转速n=60f/a(a为磁极对数)。
使发电机和拖动机械转速提高，如a=2,n=12 000r/min.而电机的电磁转矩M=975P/n(P为电磁功率)。
当功率恒定时.M随着n的升高而减小，电机绕组的导线因电流减小而其截面可以缩小。
因而电动机的重量和体积可以减小。
对于高速机械，因转矩小，其相应重量、体积也小.变压器、电抗器和电容器也因此而减小重量和尺寸。
但由于集肤效应的影响，频率提高到400Hz.电缆、配电装置和电器元件的重量和尺寸指标有些增加.总的来说，频率提高到4001Hz，则电气设备和电动机拖动机械的重量将减小到60%。
(2)用静止整流器对直流用电设备供电时，滤波要求低。
(3)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，并改善装置安全工作条件。
(4)动态性能好。
因为负载控制线路的时间常数，T随f的提高而减小。
使系统快速性增加，起动与发电机功率可比拟的异步电动机也快。
电机的惯性常数(C为常数,GD2为转子的飞轮惯量，n为转速)，当功率不变时，由50Hz的转速1 500r/min提高到400Hz 的12 000r/min，将使发电机惯性常数增大至9倍以上。
(5)电动机在高频轻载时, 高。
提高频率也会带来一些不利因素，如要求制造高速电机、电器、仪表和高速机械，交流阻抗增大，损耗增大。
为了实现准同步并车，必须采用新型调速器和高速开关.中频电器、高速机械工作噪声较大，这是现代舰船所不希望的。