船舶電力系統(tǒng)

1、 第六章 船舶電力系統(tǒng) §61 船舶電力系統(tǒng)概述一、 船舶電力系統(tǒng)的組成及特點(diǎn) 1船舶電力系統(tǒng)的組成 船舶電力系統(tǒng)是由電源裝置、配電裝置、電力網(wǎng)和負(fù)載組成并按照一定方式連接的整體，是船上電能產(chǎn)生、傳輸、分配和消耗等全部裝置和網(wǎng)絡(luò)的總稱。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖61所示。 圖61典型船舶系統(tǒng)簡圖 1）電源裝置。將機(jī)械能、化學(xué)能等能源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。船舶電源主要是指發(fā)電機(jī)和蓄電池。 2）配電裝置。對電源和用電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測、分配、轉(zhuǎn)換、控制的裝置。 3）船舶電力網(wǎng)。是全船電纜電線的總稱，也是電能的生產(chǎn)者(各種電源)和電能的消耗者(各類用電設(shè)備)的中間傳遞環(huán)節(jié)。船舶電力網(wǎng)根據(jù)其所連接的負(fù)載性質(zhì)

2、和類別可以分為動(dòng)力電網(wǎng)、照明電網(wǎng)、應(yīng)急電網(wǎng)、低壓電網(wǎng)和弱電電網(wǎng)等。 4）負(fù)載。即用電設(shè)備。船舶負(fù)載有：甲板機(jī)械、船舶舵機(jī)、動(dòng)力裝置用輔機(jī)(為主機(jī)和主鍋爐等服務(wù)的輔機(jī)，如主機(jī)滑油泵、海水冷卻泵、淡水冷卻泵和鼓風(fēng)機(jī)等)、艙室輔機(jī)(生活水泵、消防泵、艙底泵以及為輔鍋爐服務(wù)的輔機(jī)等)、電力推進(jìn)設(shè)備(主電力推進(jìn)裝置、首尾側(cè)推裝置等)、機(jī)修機(jī)械(車床、鉆床、電焊機(jī)等)、冷藏通風(fēng)(冷藏集裝箱、空調(diào)裝置、伙食冷庫和通風(fēng)機(jī)等)、照明設(shè)備、船舶通信導(dǎo)航設(shè)備(無線電通信設(shè)備、導(dǎo)航和船內(nèi)通信設(shè)備)等。 2船舶電力系統(tǒng)的特點(diǎn) 根據(jù)船用負(fù)載的特點(diǎn)，船舶電力系統(tǒng)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(tǒng)有著很

3、大的差別。從驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)形式分類，船舶發(fā)電機(jī)組有柴油發(fā)電機(jī)組、蒸汽發(fā)電機(jī)組、汽輪發(fā)電機(jī)組、軸帶發(fā)電機(jī)組等。 船舶電站單機(jī)容量一般不超過l 000kW，裝機(jī)總功率不超過5 000 kW(電力推進(jìn)船和特 種船除外)，相比陸上要小得多。船舶電力系統(tǒng)大多采用多臺同容量同類型的發(fā)電機(jī)組聯(lián)合供配電的方式，以方便管理維護(hù)。正常航行時(shí)僅有1臺或2臺發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)供電，但是要求船舶發(fā)電機(jī)組有較高品質(zhì)的調(diào)速和調(diào)壓裝置來滿足負(fù)載變化、在突發(fā)局部故障時(shí)也能保障船舶安全運(yùn)行。船舶電網(wǎng)的輸電距離短，線路阻抗低，各處短路電流大。短路電流所產(chǎn)生的電磁機(jī)械應(yīng)力和熱效應(yīng)易使開關(guān)、匯流排等設(shè)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(zhuǎn)接均在配電板(箱)或?qū)ＴO(shè)的分線盒內(nèi)完成，不允許外部有連接點(diǎn)。二、 船舶電力系統(tǒng)的基本參數(shù) 船舶電力系統(tǒng)的基本參數(shù)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(fā)電機(jī)調(diào)壓容易、直流配電裝置簡潔、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速平滑等優(yōu)點(diǎn)。但直流電制在可靠性、經(jīng)濟(jì)性、可維修性方面的缺陷甚多，而電力電子技術(shù)的發(fā)展突破了交流電力系統(tǒng)的調(diào)壓、調(diào)頻、并聯(lián)運(yùn)行等一系列難點(diǎn)，使交流電制占據(jù)了主要地位。除了采用直流電力系統(tǒng)或交直流混合電力系統(tǒng)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(tǒng)。 2額定電壓等級 船舶電力系統(tǒng)額定電壓等

5、級的選用直接關(guān)系到電力系統(tǒng)中所有電氣設(shè)備的重量和尺寸， 提高電壓利于減少導(dǎo)線中的電流、提高設(shè)備功率、減小艙容，利于提高經(jīng)濟(jì)性，隨之對電氣設(shè)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(shù)一致，使船舶電氣設(shè)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(lián)等均采用400V、50Hz的電制。隨著船舶發(fā)展大型化，目前采用電力推進(jìn)的商船、滾裝船和一些工程船舶電站的容量都比較大(高達(dá)幾萬千瓦)，出現(xiàn)了6 kV、33 kV以上中壓等級的船舶電站。 我國用電設(shè)備的額定電壓有24V、110V、220V、380V、1kV、3kV、6kV、10kV等。根據(jù)電源電壓的

6、額定值比同級電力系統(tǒng)用電設(shè)備的額定電壓高5左右的原則，發(fā)電機(jī)的額定電壓為115V、230V、400V、1.05kV、3.15 kV、6.3kV、10.5kV等。我國(鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范規(guī)定：非電力推進(jìn)船舶的限制電壓為500V，動(dòng)力負(fù)載、具有固定敷設(shè)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(tǒng)的額定頻率一般沿用各國陸地上的頻率標(biāo)準(zhǔn)，我國采用50 Hz，西歐、美國采用60Hz。這里不包括弱電設(shè)備所需的特殊頻率以及海上平臺等特殊設(shè)備的電源頻率。三、 發(fā)電機(jī)容量及臺數(shù)確定的原則 船舶電站容量和發(fā)電機(jī)組數(shù)量是從滿足

7、船舶用電的需求，并保證船舶的安全性和經(jīng)濟(jì)性而確定的。船舶電站容量既不等于全船所有用電設(shè)備的標(biāo)稱電功率的總和，也不等于船舶某一運(yùn)行工況下所用全部用電設(shè)備標(biāo)稱電功率的總和。因?yàn)榇霸诓煌\(yùn)行工況下投入運(yùn)行的用電設(shè)備不同，用電量也不同；即便在同一運(yùn)行工況下各用電設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間長短不同，負(fù)荷變化的情況也不同；每一用電設(shè)備實(shí)際所需的電功率大多小于其標(biāo)稱電功率。電站發(fā)電機(jī)組數(shù)量的選擇和單機(jī)容量的確定既與電站容量有關(guān)，也與各工況的用電量大小和相對運(yùn)行周期的長短有關(guān)。 1船舶的運(yùn)行工況 船舶營運(yùn)中有航行工況(貨船的全速滿載航行時(shí)間約占船舶運(yùn)行周期的41，油船占64)、進(jìn)出港工況(船舶進(jìn)出港低速航行、靠離碼頭等

8、機(jī)動(dòng)時(shí)間約占運(yùn)行周期的1)、裝卸貨工況(貨船裝卸所載貨物期間約占運(yùn)行周期的18，油船占7)、停泊工況(貨船的無裝卸作業(yè)停泊時(shí)間約占運(yùn)行周期的40，油船占28)、應(yīng)急工況(發(fā)生進(jìn)水、火災(zāi)等海損引起主發(fā)電機(jī)失效而啟用應(yīng)急發(fā)電機(jī)的工況)。 2確定電站容量的基本原則 電站容量應(yīng)能滿足船舶在各種運(yùn)行工況下的用電量，并有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，確保連續(xù)可靠的供電。但從經(jīng)濟(jì)性考慮，冗余功率又不能太大。 3發(fā)電機(jī)組容量和數(shù)量的選擇原則 發(fā)電機(jī)組的總?cè)萘繘Q定于電站的總?cè)萘?，確定發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量和機(jī)組數(shù)量的基本原則是：單機(jī)組容量以最高負(fù)荷率為80來確定為宜；船舶電站必須有備用機(jī)組，其容量要能滿足船舶各運(yùn)行工況的用電需求；確

9、定單機(jī)組容量和機(jī)組數(shù)量時(shí)，要考慮各機(jī)組的使用壽命應(yīng)與主機(jī)壽命相當(dāng)，維修管理方便。 若以高效率經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為原則，針對電站容量和各工況的用電量及其相對運(yùn)行周期等具體情況，可選擇小功率多機(jī)組，或大功率少機(jī)組，或不同功率的機(jī)組。一般船舶電站設(shè)置2至3臺(包括備用機(jī)組)同型號、同容量的機(jī)組，最多為4臺。有些船舶在無作業(yè)停泊期間用電量少，常設(shè)1臺小容量的系泊發(fā)電機(jī)。船舶電站的實(shí)際容量綜合考慮了船舶電動(dòng)機(jī)的利用系數(shù)、負(fù)荷系數(shù)、同時(shí)性系數(shù)等因素。四、 應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量的確定 1目的和原則 一般規(guī)范都規(guī)定客船和500總噸以上的貨船應(yīng)設(shè)有獨(dú)立的應(yīng)急電源。它可以是發(fā)電機(jī)，也可以是蓄電池組。作為應(yīng)急電源使用的發(fā)電機(jī)稱為應(yīng)

10、急發(fā)電機(jī)。 應(yīng)急發(fā)電機(jī)應(yīng)該具有獨(dú)立的冷卻裝置和燃油供給單元，并設(shè)有滿足規(guī)則要求的起動(dòng)裝置。當(dāng)船舶發(fā)生火災(zāi)或其他災(zāi)害引起主電源供電失效時(shí)它應(yīng)能自動(dòng)起動(dòng)和自動(dòng)連接于應(yīng)急配電板，盡快地承載額定負(fù)載，最長時(shí)間不得超過45s。應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量應(yīng)確保海上人命安全公約(SOLAS)和主管機(jī)關(guān)有關(guān)規(guī)定的供電范圍和供電時(shí)間，并應(yīng)考慮到這些用電設(shè)備可能同時(shí)工作。 2容量確定 不同種類、噸位的船舶，其應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電的電氣設(shè)備范圍也略有不同。確定應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量通常基于下述設(shè)備所需的電功率，即：航行燈、信號燈、應(yīng)急照明設(shè)備、應(yīng)急報(bào)警和信號裝置、火災(zāi)探測和報(bào)警裝置及防火門的固定和釋放系統(tǒng)；在緊急狀態(tài)下所需要的船內(nèi)通信設(shè)

11、備、應(yīng)急消防泵、自動(dòng)噴水泵、應(yīng)急艙底泵及其電動(dòng)遙控設(shè)備、應(yīng)急時(shí)使用的舵機(jī)、動(dòng)力操作水密門及其指示器、報(bào)警器，以及其他需要應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電的用電設(shè)備，如船員或船員提升至甲板上以便逃脫的電梯應(yīng)急裝置、應(yīng)急用無線電設(shè)備和導(dǎo)航設(shè)備等。 一般應(yīng)急發(fā)電機(jī)需對舵機(jī)之類較大的電動(dòng)機(jī)負(fù)載供電，在確定其容量時(shí)，應(yīng)考慮到最大電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)瞬態(tài)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(wǎng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)的設(shè)備。有些配電裝置(例如主配電板、應(yīng)急配電板和蓄電池充放電板等)還具有對電源裝置、用電設(shè)備進(jìn)行測量、保護(hù)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(fā)電機(jī)的控制和監(jiān)測的主配

12、電板，面向應(yīng)急發(fā)電機(jī)控制和監(jiān)測的應(yīng)急配電板，面向蓄電池組控制和監(jiān)測的蓄電池充放電板。此外還有區(qū)域分配電板、岸電箱和交流配電板等。二、主配電板的構(gòu)成及功能 船舶主配電板是船舶電力系統(tǒng)的中樞，擔(dān)負(fù)著對主發(fā)電機(jī)和用電設(shè)備的控制、保護(hù)、監(jiān)測和配電等多種功能。一般由發(fā)電機(jī)控制屏、并車屏、負(fù)載屏和連接母線四部分組成。 1發(fā)電機(jī)控制屏。包含有發(fā)電機(jī)主開關(guān)及操縱器件、指示燈和儀表、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制和保護(hù)環(huán)節(jié)等。每臺發(fā)電機(jī)組均配有單獨(dú)的控制屏，用于控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)、監(jiān)測發(fā)電機(jī)?？刂破撩姘宕篌w分上、中、下三部分，上部裝有電壓表、電流表及轉(zhuǎn)換開關(guān)、頻率表、功率表、功率因數(shù)表以及原動(dòng)機(jī)的調(diào)速開關(guān)和按鈕等；中部安裝有發(fā)電

13、機(jī)主開關(guān)；下部一般安裝有發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置，控制屏內(nèi)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(zhuǎn)換開關(guān)、操縱按鈕及狀態(tài)顯示指示燈等。有的還設(shè)有匯流排分段隔離開關(guān)、粗同步并車電抗器、自動(dòng)并車裝置等。并車屏用于交流發(fā)電機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行、解列等操作。 3負(fù)載屏。包括動(dòng)力負(fù)載屏和照明負(fù)載屏，通常安裝有裝置式自動(dòng)空氣開關(guān)、電壓表、電流表及轉(zhuǎn)換開關(guān)、絕緣指示燈、兆歐表以及與岸電箱相連的岸電開關(guān)。它們是用于分配電能并完成對各饋電線路進(jìn)行控制、監(jiān)視和保護(hù)等。各用電設(shè)備或分電箱的電能通過裝置空氣開關(guān)供給。有些動(dòng)力負(fù)載屏上還裝有重要泵的組合起動(dòng)裝置。 4匯流排。配電板上主

14、匯流排及連接部件是銅質(zhì)的，連接處作了防腐或防氧化處理。匯流排能承受短路時(shí)的機(jī)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(lán)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(fù)極。其正極顏色為紅色，負(fù)極為藍(lán)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(hù)電器組成的集合體，對額定電流不超過16A的電氣設(shè)備進(jìn)行供電的開關(guān)板，也稱為分電箱，主要有動(dòng)力分配電板和照明分配電板兩種。

15、區(qū)域分配電板由主配電板或應(yīng)急配電板饋電，是對耗電大于16A的電氣設(shè)備進(jìn)行供電的開關(guān)板。四、應(yīng)急配電板 應(yīng)急配電板用于應(yīng)急發(fā)電機(jī)的控制和監(jiān)視，并向應(yīng)急用電設(shè)備供電。它與應(yīng)急發(fā)電機(jī)組安裝在同一艙室內(nèi)，一般位于艇甲板上。應(yīng)急配電板由應(yīng)急發(fā)電機(jī)控制屏和應(yīng)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(yīng)急發(fā)電機(jī)總是單機(jī)運(yùn)行，所以不需要并車屏、逆功率繼電器和同步表。 應(yīng)急電網(wǎng)平時(shí)可由主配電板供電，惟當(dāng)主發(fā)電機(jī)發(fā)生故障或檢修時(shí)才由應(yīng)急發(fā)電機(jī)組供電。主配電板連通應(yīng)急配電板有供電聯(lián)絡(luò)開關(guān)，它與應(yīng)急配電板的主開關(guān)之間設(shè)有電氣連鎖，以保證主發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)供電(即主網(wǎng)不失電)時(shí)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組不工作。一旦主發(fā)電機(jī)

16、開關(guān)跳閘，經(jīng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)起動(dòng)裝置確認(rèn)后，自動(dòng)起動(dòng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組，并合閘向應(yīng)急電網(wǎng)供電。平時(shí)需要檢查和試驗(yàn)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組時(shí)，可把應(yīng)急發(fā)電機(jī)工作方式選擇開關(guān)置于試驗(yàn)位置，使應(yīng)急發(fā)電機(jī)脫離電網(wǎng)。有些采用自動(dòng)管理的應(yīng)急電站，只有在應(yīng)急發(fā)電機(jī)工作后應(yīng)急電網(wǎng)才允許轉(zhuǎn)換為由應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電，以免與主電網(wǎng)發(fā)生沖擊。五、 充放電板 船舶小應(yīng)急照明、操縱儀器和無線電設(shè)備的電源均采用蓄電池，船舶設(shè)置充放電板對蓄電池進(jìn)行充電、放電，實(shí)現(xiàn)向用電設(shè)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(gè)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?yōu)橹绷麟?。圖中SA1為整流電源開關(guān)，SA2為整流

17、后的電源開關(guān)，電源回路中設(shè)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(gè)充電回路應(yīng)設(shè)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(shè)置逆電流繼電器。當(dāng)主、應(yīng)急電網(wǎng)都失電時(shí)，接觸器KMl線圈失電，常閉觸頭閉合，直接向小應(yīng)急用電設(shè)備供電，其余用電設(shè)備分別利用開關(guān)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(yīng)用 蓄電池是任何類型的機(jī)動(dòng)船舶都無法離開的可靠電源設(shè)備，其用途之一是作為應(yīng)急電源或備用電源，一般商船都把蓄電池作為船舶小應(yīng)急電源，在船舶主電網(wǎng)失電而

18、應(yīng)急發(fā)電機(jī)組尚未正常供電的時(shí)間內(nèi)，蓄電池組則供電給小應(yīng)急 負(fù)載；用途之二是作為低壓設(shè)備的電源(如供電給無線電收發(fā)報(bào)機(jī)、自動(dòng)電話交換機(jī)和各種警報(bào)器)。此外，蓄電池也用作應(yīng)急發(fā)電機(jī)組和救生艇上柴油機(jī)的起動(dòng)電源，以及羅經(jīng)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(jī)的起動(dòng)和應(yīng)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(shè)備。但價(jià)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(biāo)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(gè)小電池的電動(dòng)勢為2.02.1V。放電時(shí)，電壓逐漸下降，到達(dá)某一電壓(稱放電終止電壓)時(shí)，則急劇下降，當(dāng)?shù)椭练烹娊K止電壓時(shí)不再放電。10h放電率的每個(gè)小電池放電終止電壓為1.8 V。充電時(shí)，電壓變化在2.052.8V范圍，充電終期電壓每個(gè)小電池為2.52.8 V。充電設(shè)備的電壓應(yīng)考慮能調(diào)節(jié)到每個(gè)小電池2.8V的數(shù)值。 堿性蓄電池中每個(gè)小電池的電動(dòng)勢為1.3 V左右，在額定放電率時(shí)平均放電電壓為1.2V。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式，充放電特性是不同的。 4蓄電池的結(jié)構(gòu)及工作原理1）酸性蓄電池酸性蓄電池的結(jié)構(gòu)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(jiān)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(shù)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(zhì)，正極的活性物質(zhì)是二氧化鉛(PbO2)，負(fù)極的活性物質(zhì)是海綿狀純鉛(Pb)。為增加容量，蓄電池的正極板和負(fù)極板制成許多片，分別并聯(lián)在一起接成兩組，構(gòu)成蓄電池的正負(fù)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(shí)又不致使極板脫落的活性物質(zhì)經(jīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(xué)反應(yīng)來儲存電能和釋放電

21、能的，其工作原理由下面的化學(xué)反應(yīng)方程式表示： PbO2+2H2SO4+Pb=PbSO4+2H2O+PbSO4 (正極) (電解液) (正極)(電解液)(負(fù)極)圖63酸性蓄電池的結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)蓄電池的正負(fù)極板插入硫酸溶液時(shí)，極板之間將產(chǎn)生2V左右的電動(dòng)勢，一旦外電路接通則形成放電電流，同時(shí)在電池內(nèi)部正負(fù)極板與硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，逐漸變成硫酸鉛，當(dāng)正、負(fù)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(fù)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(shí)電解液稀硫酸的相對密度會(huì)增加；放電時(shí)由于生成水，相對密度降低。實(shí)際工程中采用比重計(jì)來測量電解液的相對密度，從

22、而估計(jì)出蓄電池電動(dòng)勢的大小。酸性蓄電池的電動(dòng)勢，主要與電解液相對密度d有關(guān)。相對密度高，電動(dòng)勢也高，E與d之間的關(guān)系可由經(jīng)驗(yàn)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(shí)，則根據(jù)上式可估算出其電動(dòng)勢為2.12V。 2）堿性蓄電池 堿性蓄電池具有體積小、機(jī)械強(qiáng)度高、工作電壓平穩(wěn)、能大電流放電、使用壽命較長和易于攜帶等特點(diǎn)，近年來在遠(yuǎn)洋船上的應(yīng)用增多。缺點(diǎn)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(shù)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(zhì)構(gòu)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(qiáng)導(dǎo)電性，不參與化學(xué)反應(yīng)；負(fù)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(qiáng)的擴(kuò)散性，防止氧化鎘結(jié)塊，增加極板的容量；正負(fù)極上的這些活性物質(zhì)分別包在穿孔的鋼帶中，加壓成型后構(gòu)成電池的正負(fù)極，兩極之間用耐堿的硬橡膠隔開。堿性蓄電池電解液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shí)將電

24、能變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存起來，放電時(shí)將化學(xué)能變?yōu)殡娔茌斔徒o用電設(shè)備，兩電極所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是可逆的。在充放電過程中總的化學(xué)反應(yīng)方程式 Cd+2KOH+2Ni(OH)3=Cd(OH)2+2KOH+2Ni(OH)2 (62)(負(fù)極)(電解液)(正極) (負(fù)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(dǎo)體，不參與化學(xué)反應(yīng)，其濃度不變，因而不能根據(jù)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(gè)電池的電動(dòng)勢為1.25V。放電時(shí)，電壓變化在121V范圍內(nèi)，電流增大時(shí)可達(dá)到0.7V，低于0.7V就不應(yīng)再放電。充電時(shí)，電壓變化在1.41.

25、8V范圍內(nèi)。 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(shí)(A·h)。它用充足電的蓄電池放電到規(guī)定終了電壓(一般為額定電壓的90)時(shí)所放出的能量來表示，以放電電流I與放電時(shí)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(biāo)準(zhǔn)放電電流(即經(jīng)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(xù)放電至終止電壓時(shí)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(guān)，因此如果超過標(biāo)準(zhǔn)放電電流進(jìn)

26、行放電，不但會(huì)降低容量，而且會(huì)嚴(yán)重影響蓄電池的壽命。關(guān)于堿性蓄電池一般是以8h作為標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)根據(jù)蓄電池的用途和經(jīng)濟(jì)性來選用。 （1）充電方法 恒電流充電以恒電流充電至放電結(jié)束； 恒電壓充電給蓄電池加以恒定電壓進(jìn)行充電(由于充電初期通過電流大，應(yīng)根據(jù)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(dāng)?shù)暮愣ù箅娏?，達(dá)到某一電壓時(shí)，保持恒定電壓進(jìn)行連續(xù)充電； 連續(xù)補(bǔ)充充電給無負(fù)載的蓄電池自行放電進(jìn)行補(bǔ)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(jìn)行充電。 （2）充電種類 初次充電使用鉛酸蓄

27、電池時(shí)，初次向電池內(nèi)加入電解液進(jìn)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(nèi)穩(wěn)定。 正常充電對已經(jīng)放過電的蓄電池，為了使其恢復(fù)到原來規(guī)定容量而進(jìn)行的充電，充電分兩階段進(jìn)行，第一階段按標(biāo)準(zhǔn)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(gè)小電池組合使用的蓄電池在長時(shí)間使用后，各小電池往往產(chǎn)生相對密度、容量的不均衡現(xiàn)象，為此需要每月進(jìn)行一次均衡充電，其方法是先進(jìn)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(chǎn)生

28、為止；再靜置1 h，反復(fù)上述充電過程，直到電壓和相對密度保持穩(wěn)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(diǎn)如表61所示。表61 各充放電方式比較方式主要特征 主要優(yōu)缺點(diǎn) 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(fù)載；3 充電裝置不能與負(fù)載回路相接；4 一般采用連續(xù)補(bǔ)充充電方法1 在進(jìn)行充電一放電轉(zhuǎn)換時(shí)，負(fù)載側(cè)出現(xiàn)瞬時(shí)斷電；2 兩組蓄電池分別獨(dú)立，一組故障時(shí)，另一組蓄電池仍可供電，可靠性高浮充方式1 蓄電池和負(fù)載并聯(lián)于充電裝置，浮充電壓保持恒

29、定；2 充電時(shí)，蓄電池僅通過補(bǔ)充充電的電流；3 由于充電回路都設(shè)有限流環(huán)節(jié)，當(dāng)出現(xiàn)大電流負(fù)載時(shí)，將由蓄電池負(fù)擔(dān)部分負(fù)載，當(dāng)電流負(fù)載消失后，蓄電池放電部分由充電裝置補(bǔ)充充電；4 停電時(shí)，蓄電池負(fù)擔(dān)全部負(fù)載；5失電恢復(fù)后，充電裝置負(fù)擔(dān)正常負(fù)載，并給蓄電池充電1由于浮充時(shí)由充電裝置給負(fù)載供電，停電時(shí)由蓄電池給負(fù)載供電，故無瞬電壓波動(dòng)??；時(shí)斷電，2正常時(shí)蓄電池保持最合適的充電電流，處于良好的過充電狀態(tài)，因此延長蓄電池壽命；3充電裝置負(fù)擔(dān)正常負(fù)載電流和蓄電池充電電流，蓄電池負(fù)擔(dān)大電流和停電時(shí)負(fù)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(jù)需要，通常有下述兩種組合： 1 利用轉(zhuǎn)換開關(guān)，

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(fù)載并聯(lián)；2僅設(shè)置一個(gè)充電裝置，正常時(shí)2組蓄電池都與負(fù)載和充電裝置并聯(lián)，利用轉(zhuǎn)換開關(guān)，可對其中一組蓄電池進(jìn)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(hù)保養(yǎng) 1）酸性蓄電池 （1）電解液應(yīng)每半個(gè)月檢查液面高度，每年進(jìn)行化驗(yàn)檢查。要及時(shí)補(bǔ)充電解液，注液孔螺帽應(yīng)旋緊，以防電解液濺出。 （2）應(yīng)保持蓄電池表面清潔，為防止極柱夾頭生銹，其表面應(yīng)涂上一層凡士林油膜。 （3）蓄電池室應(yīng)保持良好的通風(fēng)，并嚴(yán)禁煙火。 （4）過充電酸性蓄電池在運(yùn)行中往往因長時(shí)間充

31、電不足或過放電等原因造成極板硫化，這時(shí)要對蓄電池進(jìn)行過充電，使蓄電池恢復(fù)到良好的運(yùn)行狀態(tài)。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(jìn)行充電1 h，然后停1 h，如此反復(fù)進(jìn)行，直至剛一接通充電電源就發(fā)生強(qiáng)烈氣泡為止。 2）堿性蓄電池 （1）每半個(gè)月檢查一次電壓、電解液密度和高度，及時(shí)補(bǔ)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(shí)須防金屬將負(fù)極與外殼接觸，引起短路。 （4）一般工作1012次充放電循環(huán)或每月進(jìn)行一次過充電。 （5）每年或使用50100次時(shí)，應(yīng)更換電解液。電解液的更換應(yīng)在放電狀態(tài)下進(jìn)行，必要時(shí)可用純水清洗，并及時(shí)

32、注入更換的電解液。六、 岸電箱 船舶停泊碼頭或進(jìn)塢修理時(shí)，一般接用岸電電源。在碼頭上設(shè)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(fā)電機(jī)組全部停機(jī)，既可減少靠岸時(shí)的值班人員，又便于對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行正常的維護(hù)或修理。 直流電制船舶進(jìn)塢修理時(shí)，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(jī)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(shí)接用交流岸電的需要，設(shè)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(shí)，配電板內(nèi)照明匯流排與電力匯流排分開；2船上安裝一臺變流機(jī)組或整流裝置，將交流岸電變?yōu)橹绷麟姡?/p>

33、再供電給船上的停泊負(fù)載。交流電制船舶則無論進(jìn)塢修理還是停泊碼頭，都應(yīng)設(shè)置交流岸電箱以接用交流岸電。岸電箱的容量依據(jù)停泊負(fù)載來確定，各類船舶的停泊負(fù)載不同，通常包括：照明設(shè)備、日用設(shè)備(日用海水泵、日用淡水泵以及空壓機(jī)等)、冷藏空調(diào)設(shè)備、廚房設(shè)備、通風(fēng)機(jī)、通信設(shè)備、修理機(jī)械和娛樂設(shè)備等。 設(shè)計(jì)岸電箱及接岸電的基本要求如下： 1）岸電箱應(yīng)有下列設(shè)施 岸電箱內(nèi)應(yīng)設(shè)有能切斷所有絕緣極(相)的斷路器或開關(guān)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(diǎn)接地的交流三相系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)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(wǎng)的零點(diǎn)；應(yīng)有監(jiān)視岸電極性(直流時(shí))和相對船舶配

34、電系統(tǒng)的相序(三相交流時(shí))是否相符的設(shè)施；標(biāo)明船電系統(tǒng)的配電系統(tǒng)的形式、額定電壓和頻率(對于交流)的銘牌；有時(shí)根據(jù)船東要求還應(yīng)裝設(shè)電度表。 2）接岸電箱時(shí)應(yīng)注意的問題 岸電箱應(yīng)安裝在便于連接來自外部電源軟電纜的場所，根據(jù)安裝的處所，選擇合適的外殼防護(hù)等級。岸電箱與主配電板間應(yīng)以固定敷設(shè)的電纜連接，該電纜應(yīng)有足夠的的定額。當(dāng)岸電或(和)船電系統(tǒng)為中性點(diǎn)接地的交流三相系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將船體與岸地相連接。利用船體作導(dǎo)電回路的船舶，在接岸電時(shí)，不能以陸地或海水作岸電回路，而應(yīng)以絕緣的岸電相線將船體與岸電網(wǎng)絡(luò)的零點(diǎn)或接地的相線或接地的負(fù)極相連。岸電箱內(nèi)應(yīng)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(gè)指示燈時(shí)，亮的指示燈表示超前相，暗的指示燈表示滯后相；采用1個(gè)指示燈時(shí)，燈亮表示超前相。 圖64 相序指示燈電路圖 2個(gè)指示燈HL的電阻應(yīng)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(jù)計(jì)算所得的指示燈和電容的參數(shù)列入表62。 表62 相序指示器的參數(shù)電網(wǎng)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(yīng)急電源 一般規(guī)范都規(guī)定客船和500總噸以上的貨船應(yīng)設(shè)有獨(dú)立的應(yīng)急

36、電源。它可以是發(fā)電機(jī)，也可以是蓄電池組。作為應(yīng)急電源使用的發(fā)電機(jī)稱為應(yīng)急發(fā)電機(jī)。 應(yīng)急發(fā)電機(jī)應(yīng)該具有獨(dú)立的冷卻裝置和燃油供給單元，并設(shè)有滿足規(guī)則要求的起動(dòng)裝置。當(dāng)船舶發(fā)生火災(zāi)或其他災(zāi)害引起主電源供電失效時(shí)它應(yīng)能自動(dòng)起動(dòng)和自動(dòng)連接于應(yīng)急配電板，盡快地承載額定負(fù)載，最長時(shí)間不得超過45s。應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量應(yīng)確保海上人命安全公約(SOLAS)和主管機(jī)關(guān)有關(guān)規(guī)定的供電范圍和供電時(shí)間，并應(yīng)考慮到這些用電設(shè)備可能同時(shí)工作。 不同種類、噸位的船舶，其應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電的電氣設(shè)備范圍也略有不同。確定應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量通?；谙率鲈O(shè)備所需的電功率，即：航行燈、信號燈、應(yīng)急照明設(shè)備、應(yīng)急報(bào)警和信號裝置、火災(zāi)探測和報(bào)警裝

37、置及防火門的固定和釋放系統(tǒng)；在緊急狀態(tài)下所需要的船內(nèi)通信設(shè)備、應(yīng)急消防泵、自動(dòng)噴水泵、應(yīng)急艙底泵及其電動(dòng)遙控設(shè)備、應(yīng)急時(shí)使用的舵機(jī)、動(dòng)力操作水密門及其指示器、報(bào)警器，以及其他需要應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電的用電設(shè)備，如船員或船員提升至甲板上以便逃脫的電梯應(yīng)急裝置、應(yīng)急用無線電設(shè)備和導(dǎo)航設(shè)備等。 一般應(yīng)急發(fā)電機(jī)需對舵機(jī)之類較大的電動(dòng)機(jī)負(fù)載供電，在確定其容量時(shí)，應(yīng)考慮到最大電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)瞬態(tài)電壓降的影響。§64 發(fā)電機(jī)主開關(guān)船舶發(fā)電機(jī)主開關(guān)常采用萬能式自動(dòng)空氣斷路器，自動(dòng)空氣斷路器又稱自動(dòng)開關(guān)。船舶常用的有：框架式即萬能式自動(dòng)開關(guān)(如國產(chǎn)DW型)和裝置式(如國產(chǎn)DZ型)自動(dòng)開關(guān)。 發(fā)電機(jī)的主開關(guān)，是發(fā)

38、電機(jī)投入電網(wǎng)的接人部件。在非正常運(yùn)行情況下，如發(fā)生過載、電網(wǎng)短路、發(fā)電機(jī)欠壓等，它能自動(dòng)從電網(wǎng)上斷開發(fā)電機(jī)。因此它既是開關(guān)電器，又是保護(hù)電器。裝置式自動(dòng)空氣開關(guān)一般用作支路、負(fù)載屏、照明屏等的開關(guān)電器，不同型號產(chǎn)品具有不同的保護(hù)功能，一般都具有短路保護(hù)和過載保護(hù)功能。 國內(nèi)外制造的船用發(fā)電機(jī)主開關(guān)的形式很多，結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)、操作機(jī)構(gòu)和保護(hù)裝置組成。其結(jié)構(gòu)框圖見圖65。圖65萬能式自動(dòng)空氣斷路器的框圖一、 觸頭和滅弧系統(tǒng) 觸頭在切斷時(shí)電流很大會(huì)產(chǎn)生電弧，因此必須具有完善的觸頭系統(tǒng)：由主觸頭、副觸頭和弧觸頭組成。主觸頭承擔(dān)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(shí)產(chǎn)生的電弧燒壞主觸頭而設(shè)置的。在合閘時(shí)弧觸頭先接通，然后依次是副觸頭和主觸頭。而分閘時(shí)，主觸頭先斷開，然后是副觸頭和弧觸頭，斷開電路產(chǎn)生的電弧在弧觸頭中熄滅。 自動(dòng)空氣斷路器大多采用滅弧柵進(jìn)行滅弧 。二、自由脫扣機(jī)構(gòu) 自由脫扣機(jī)構(gòu)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(gè)四連桿機(jī)構(gòu)，它是觸頭系統(tǒng)和操作傳動(dòng)裝置之間的聯(lián)系機(jī)構(gòu)。正常觸頭閉合狀態(tài)見圖66(a)所示，而圖66(b)為分閘位置。由于銜鐵動(dòng)作，使頂桿向上逆動(dòng)，撞擊連桿接點(diǎn)，四連桿剛性連接被破壞，脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使主觸頭處于斷開狀態(tài)。圖66(c)為準(zhǔn)備合閘位置。當(dāng)脫扣后，需再次合閘時(shí)，應(yīng)先將手

40、柄向下拉，使四連桿機(jī)構(gòu)成剛性連接狀態(tài)，做好合閘準(zhǔn)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(zhǔn)備合閘位置 圖66 自由脫扣機(jī)構(gòu)示意圖三、操作機(jī)構(gòu) 操作機(jī)構(gòu)用于控制自由脫扣機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)觸頭閉合或斷開。自動(dòng)空氣斷路器的操作傳動(dòng)裝置常見的有手柄式、連桿式、電磁式、電動(dòng)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(jī)構(gòu)處于“再扣”位置，然后利用儲能彈簧釋放能量實(shí)現(xiàn)合閘。使用彈簧加載以閉合和斷開斷路器是由在現(xiàn)場的制動(dòng)操作裝置執(zhí)行的，通過安裝有關(guān)的附件，也可以用電氣遙控操作。 1手動(dòng)操作 各種類型的自動(dòng)空氣斷路器都有手動(dòng)合閘操作手柄，通常有轉(zhuǎn)動(dòng)和

41、上下扳動(dòng)兩種形式。幾種常見的國產(chǎn)自動(dòng)空氣斷路器的手動(dòng)操作方法如下： 早期國產(chǎn)的DW94型自動(dòng)空氣斷路器合閘時(shí)，先將手柄搖38圈左右，通過蝸輪、蝸桿傳動(dòng)將儲能彈簧拉長儲能，自由脫扣機(jī)構(gòu)“再扣”，然后再搖24圈，使儲能彈簧釋放，以實(shí)現(xiàn)合閘。 DW-95型和DW98型主開關(guān)合閘時(shí)，需先將手柄逆時(shí)針轉(zhuǎn)110°和90°，然后再順時(shí)針轉(zhuǎn)一定角度，使儲能彈簧儲能，自由脫扣機(jī)構(gòu)“再扣”，再繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)一定角度即實(shí)現(xiàn)合閘。 AH型主開關(guān)合閘時(shí)首先將手柄向下扳，使儲能彈簧儲能，自由脫扣機(jī)構(gòu)“再扣”，再將手柄扳向上方，即實(shí)現(xiàn)合閘。 各類自動(dòng)開關(guān)都有手動(dòng)機(jī)械脫扣按鈕，分閘時(shí)，只要按下“分閘”按鈕即

42、可實(shí)現(xiàn)分閘操作。尚有一些自動(dòng)開關(guān)，利用扳動(dòng)手柄儲能，使用手動(dòng)機(jī)械合閘按鈕合閘。 2電磁或電動(dòng)合閘 DW94型電動(dòng)合閘主開關(guān)采用電動(dòng)操作時(shí)，其合閘操作線路原理如圖67所示。當(dāng)發(fā)電機(jī)建立電壓后，紅色指示燈亮，失壓脫扣線圈獲電，操作電動(dòng)機(jī)M通電轉(zhuǎn)動(dòng)，使彈簧儲能，直至凸輪將儲能開關(guān)中的常開觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開，此時(shí)黃色指示燈亮，表明儲能彈簧已儲能，自由脫扣機(jī)構(gòu)已處于“再扣”位置。合閘時(shí)，按一下合閘按鈕SB1，電動(dòng)機(jī)再次轉(zhuǎn)動(dòng)，使儲能彈簧釋放，主開關(guān)合閘，此時(shí)綠色指示燈亮，表示合閘完畢。 圖67 DW94電動(dòng)合閘原理圖DW95、DW98型電動(dòng)合閘采用電磁操作，其合，閘操作線路原理圖如圖68所示。發(fā)電機(jī)建

43、立電壓1后，交流電壓經(jīng)二極管VD整流向電容C充電。合閘時(shí)，按下按鈕SB，電容C就會(huì)對繼電器KA放電，使KA的常開觸點(diǎn)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(jī)構(gòu)已處于“再扣”位置。由于電容兩端的電壓很快下降，因此當(dāng)下降到繼電器KA的釋放電壓時(shí)，KA的常開觸點(diǎn)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(jī)構(gòu)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)合閘。合閘后，由于主開關(guān)副觸點(diǎn)斷開，此時(shí)再按下按鈕SB，不會(huì)再有合閘動(dòng)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(fā)電機(jī)建立電壓后，按下電

44、磁控制開關(guān)，繼電器KA1通電，其常開觸點(diǎn)KAl閉合后繼電器KA2有電，其常開觸點(diǎn)KA2閉合，合閘線圈KM通電，快速將動(dòng)銜鐵吸上，利用動(dòng)銜鐵的質(zhì)量和速度，通過電磁合閘柱銷，對四連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一較大的沖擊，推動(dòng)合閘機(jī)構(gòu)合閘。合閘后，自動(dòng)開關(guān)的輔助常開觸點(diǎn)DW閉合，繼電器KA3通電，其常閉觸點(diǎn)KA3斷開；繼電器KA1斷電，其常開觸點(diǎn)KA1斷開；控制繼電器KA2失電，觸點(diǎn)KA2斷開，從而使合閘線圈KM斷電，電磁吸力消失，合閘動(dòng)銜鐵恢復(fù)原樣，為下次合閘作準(zhǔn)備。 3保護(hù)元件 萬能式自動(dòng)空氣斷路器通常設(shè)有電流脫扣器、失壓脫扣器及分勵(lì)脫扣器，通過它們對自由脫扣機(jī)構(gòu)的作用來實(shí)現(xiàn)對主電路的短路、過載、失壓、欠壓等保

45、護(hù)及遙控分勵(lì)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(dǎo)體式，它被用作發(fā)電機(jī)的短路和過載保護(hù)，一般具有反時(shí)限延時(shí)動(dòng)作、定時(shí)限動(dòng)作和瞬時(shí)動(dòng)作三種動(dòng)作特性。當(dāng)短路故障和過載現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，瞬時(shí)或經(jīng)短延時(shí)或經(jīng)長延時(shí)后接通電磁鐵使過電流脫扣器瞬時(shí)動(dòng)作，開關(guān)自動(dòng)跳閘。延時(shí)元件通常采用鐘表機(jī)構(gòu)或利用RC充放電回路等來實(shí)現(xiàn)。如DW94型延時(shí)采用鐘表和齒輪擺式時(shí)間繼電器完成，DW95型、DW98型則采用電容充放電延時(shí)。欠壓脫扣器一般由一個(gè)瞬時(shí)動(dòng)作的電壓繼電器組成，當(dāng)線路電壓低于規(guī)定的整定值時(shí)，由于電磁吸力的不足引起繼電器釋放，通過自由脫扣機(jī)構(gòu)使開關(guān)自動(dòng)跳閘。為避免電網(wǎng)

46、電壓瞬時(shí)波動(dòng)產(chǎn)生誤動(dòng)作，可采用延時(shí)，延時(shí)時(shí)間一般為13s。 分勵(lì)脫扣器主要用于遠(yuǎn)距離控制自動(dòng)開關(guān)的斷開，當(dāng)按下分勵(lì)脫扣按鈕時(shí)，繼電器吸合，通過自由脫扣機(jī)構(gòu)將自動(dòng)開關(guān)斷開。 §65 船舶電網(wǎng)及電纜船舶電網(wǎng)即船舶電力網(wǎng)，系指介于船舶電源和用電設(shè)備之間的傳輸、分配電能的傳輸線路。一、船舶電網(wǎng)的分類 船舶電網(wǎng)根據(jù)供電電源的不同可分為： 1主電網(wǎng) 由主發(fā)電機(jī)通過主配電板供電的網(wǎng)絡(luò)，包括動(dòng)力電網(wǎng)和照明電網(wǎng)，分別供電給動(dòng)力負(fù)載和照明負(fù)載。 2應(yīng)急電網(wǎng) 由應(yīng)急發(fā)電機(jī)通過應(yīng)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(yīng)急電源供電的電氣設(shè)備序號供電系統(tǒng)客船貨船總

47、噸國際航行國內(nèi)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(yīng)急出口的照明*3登艇處的甲板和舷外放艇時(shí)所需的照明，救生筏、救生浮件儲放處的照明*4機(jī)艙、爐艙、主機(jī)操縱臺、鍋爐水位表及氣 (汽)壓表、總配電盤前后、應(yīng)急發(fā)電機(jī)室、舵機(jī)艙等的照明*5駕駛室、海圖室、無線電室、消防設(shè)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(yīng)急消防泵*10緊急集合報(bào)警裝置*建議 注： 1）“*”標(biāo)記表示必須由應(yīng)急電源供電； 2）表內(nèi)2、3、4、5、6等項(xiàng)所列設(shè)備同樣也適

48、用于由臨時(shí)應(yīng)急照明電源供電； 3）小應(yīng)急電網(wǎng)。 由蓄電池通過蓄電池充放電板用以傳輸、分配臨時(shí)應(yīng)急電能的網(wǎng)絡(luò)。對裝設(shè)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組但無自起動(dòng)裝置的船舶，要求安裝臨時(shí)應(yīng)急照明電網(wǎng)，而且蓄電池的容量能滿足連續(xù)供電30 min。 根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)和用途不同，船舶電網(wǎng)還有其他的分類。通常將由主配電板直接向區(qū)配電板、分配電板和負(fù)載供電的網(wǎng)絡(luò)稱為一次系統(tǒng)，由區(qū)配電板或分配電板向負(fù)載供電的網(wǎng)絡(luò)稱為二次系統(tǒng)。船舶電網(wǎng)中為動(dòng)力設(shè)備供電的網(wǎng)絡(luò)稱為動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)，向照明設(shè)備、電風(fēng)扇及小容量電熱設(shè)備供電的網(wǎng)絡(luò)稱為照明網(wǎng)絡(luò)，而為各導(dǎo)航、通信無線電設(shè)備和監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)等供電的網(wǎng)絡(luò)稱為弱電網(wǎng)絡(luò)。二、 船舶電網(wǎng)的結(jié)線方式 1船舶電網(wǎng)的結(jié)線

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

50、盒供電給用電設(shè)備或分配電板。其優(yōu)點(diǎn)是：每一個(gè)用電設(shè)備均可以從線路的兩個(gè)方向獲得供電，當(dāng)一路主饋電線路出現(xiàn)故障時(shí)，另一路仍可以保持供電；此外，減少了主饋電電纜的數(shù)量和長度及主配電板的尺寸。其缺點(diǎn)是不便于在主配電板上對各饋電線路實(shí)行集中控制。 目前，除了少數(shù)對供電可靠性要求特別高的商船和大型客船采用環(huán)狀電網(wǎng)外，絕大部分船舶采用放射式結(jié)線方式。 2重要負(fù)載的饋電方式 船舶重要負(fù)載是指那些與船舶航行、貨物的保存、船舶及人身安全有關(guān)的設(shè)備。這些重要負(fù)載包括：主機(jī)滑油泵、冷卻水泵、燃油輸送泵、燃油分油機(jī)、空壓機(jī)、循環(huán)水泵、鍋爐給水泵以及風(fēng)機(jī)、舵機(jī)、錨機(jī)、主機(jī)控制裝置、導(dǎo)航及通信設(shè)備和各種報(bào)警裝置，對這些設(shè)

51、備要求工作可靠，因此在配電時(shí)通常采取： 1）主配電板直接供電方式。如用于舵機(jī)、錨機(jī)、消防泵、消防自動(dòng)噴淋系統(tǒng)、無線電電源板、陀螺羅經(jīng)、航行燈控制箱、蘇伊士運(yùn)河燈等。 2）兩路獨(dú)立饋電線供電。如用于某些重要的負(fù)載如舵機(jī)、航行燈控制箱等。 3）采用自動(dòng)分級卸載裝置。當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)過載時(shí)，自動(dòng)分級卸載裝置卸掉次要負(fù)載，從而使發(fā)電機(jī)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。 4）分段匯流排供電方式。它的供電方式參見圖612，當(dāng)某一段匯流排上的線路發(fā)生故障又未能及時(shí)排除時(shí)，匯流排上的自動(dòng)開關(guān)動(dòng)作將兩段匯流排分開，保證重要設(shè)備的另一半仍能繼續(xù)工作。 圖612分段匯流排供電方式 4主電網(wǎng)與應(yīng)急電網(wǎng)的連接方式 船舶重要設(shè)備除在正常條件

52、下由主電網(wǎng)供電外，還須備有在應(yīng)急情況下的應(yīng)急電源供電。例如舵機(jī)、航行燈和通信之類設(shè)備都分別有獨(dú)立的饋電線與主電網(wǎng)及應(yīng)急電網(wǎng)相連，通常有半數(shù)的電纜是不載流的，造成極大的浪費(fèi)。實(shí)際上采用如圖617的連接方式，在正常條件下聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合，重要負(fù)載經(jīng)應(yīng)急配電板由主電源供電，當(dāng)主電源出現(xiàn)故障、主匯流排失電時(shí)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動(dòng)斷開，應(yīng)急電源則自動(dòng)投入應(yīng)急電網(wǎng)向這些重要設(shè)備供電。船舶電網(wǎng)這種連接方式是將應(yīng)急電網(wǎng)視為主電網(wǎng)的一個(gè)組成部分。三、船舶電網(wǎng)的線制交流船舶的三相交流電力系統(tǒng)有中心點(diǎn)接地的三相四線、中心點(diǎn)接地的三相三線、三相三線絕緣電力系統(tǒng)等三種。最后一種方式安全可靠，即使在照明系統(tǒng)的絕緣電阻降低的情況下也不

53、會(huì)影響動(dòng)力系統(tǒng)，為目前大多數(shù)交流船舶所采用。（a）三相三線 (b) 中心點(diǎn)接地的三相四線 (c) 中心點(diǎn)接地的三相三線 圖6-13 船舶電網(wǎng)線制四、 船舶電纜 船舶電纜和電線在結(jié)構(gòu)和用途上都有區(qū)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(jī)械等)危害的防護(hù)套。船舶電網(wǎng)中采用的絕大部分是電纜，而電線僅用于電氣設(shè)備的內(nèi)部接線和一部分生活艙室的照明線路。 船用電纜主要由導(dǎo)電芯線、電氣絕緣層和防護(hù)套三部分組成，其構(gòu)造見圖6-14。 圖6-14 船用電纜構(gòu)造 1導(dǎo)電芯線 導(dǎo)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。