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船舶电气

(2012-09-21 15:37:55)
标签:

船舶

电气

分类: EI_knowledge
  • 船舶电气设备工作条件比陆地恶劣的多,环境条件对电气设备的运行性能和工作寿命有严重影响。当环境温度高时,会造成电机出力不足,绝缘加速老化。相对湿度高则会使电气设备绝缘受潮、发胀、分层及变形等,使绝缘性能降低,并且会使金属部件加速腐蚀、镀层剥落。盐雾的存在、霉菌的生长和油雾及灰尘粘结都能使电气设备绝缘下降、工作性能受到影响。当船舶受到严重的冲击和振动时,也会造成电气设备损坏、接触不良或误动作。
  • 目前运行中的或正在建造中的远洋船舶主电站动力电网额定电压不是采用380V的就是采用440V的标准,照明电网额定电压不是采用220V就是采用110V(100V)的标准,临时应急照明电网与弱电电网一般采用24V的标准。
  • 对三相交流船舶而言,电网主要采用三相三线绝缘系统,此外还有中性点接地的三相四线系统与利用船体作为中性线回路的三相三线系统。其中三相三线绝缘系统应用最为普遍。这种方式安全可靠,照明电网与动力电网间没有电的直接联系,互相影响小;电网对地绝缘好的时候,船员不小心碰到电网任一根线时,不至造成触电伤亡事故;发生单相接地时,并不形成短路,仍可维持电气设别的正常运行。三相四线系统,因不是绝缘系统,船员碰到任一根电网线时容易发生触电伤亡事故,当发生单相接地故障时即形成短路故障,有可能会发生跳电事故,因而船舶较少采用。利用船体作中性线回路的三相三线系统,因船体流过较大电流,易发生人员触电伤亡事故,是一个极不安全的系统,因此需船级社认可后方能建造。
  • 船舶电网的接线方式主要有馈线式(也称放射式)与干线式。馈线式接线的每一根电缆都是由主配电板直接引出,各自独立且只向一个用电设备或一个分配电板供电。干线式是由主配电板引出几根干线电缆,所有用电设备是由串接在干线上的分线盒供电。
  • 海上运输船舶的一次配电网络通常均采用馈电式供电;二次配电网络中动力电网也是采用馈电式供电,照明电网大多采用干线式供电。
  •  对电网的保护是指系统发生过载、短路时对电缆的保护。
  • 发电机与主配电板间的供电网络,这一段电缆截面是按发电机额定容量选择的,电缆过载即发电机过载,所以这一段电缆过载保护由发电机过载保护装置来兼承。
  • 各级配电板间的电缆,如主配电板到分配电板间的电缆,它们过载的可能性较小,由于它们的截面是按分配电板上所有负荷电流并考虑同时工作系数计算得到的,因此个别负荷的过载不致引起这段电缆的过载,这一分配电板大多数负荷同时过载的可能性几乎没有,故这段电缆不设过载保护装置。
  • 用电设备到主(分)配电板间的电缆,这段电缆的截面是按用电设备的额定容量选择的,用电设备都有过载保护装置(舵机除外),同样这一装置也对电缆起到了过载保护。
  • 船舶电网的短路保护:在实际船舶电网中,负载端大多采用电流原则瞬时动作进行整定,发电机端采用时间、电流两者相结合的方法进行整定,以满足短路保护选择性的要求,即当发生远离发电机处短路时,时间原则起主要保护作用;当发生发电机端短路时,电流原则起主要作用。
  • 各国船级社对船舶发电机的保护均只设有:过载保护、外部短路保护、欠电压保护和逆功率保护。通常这些保护装置都是以中断供电来实现保护的。
  • 发电机过载保护:过载呈现形式,不是电流过载就是功率过载;对发电机而言为电流过载,功率过载是对原动机而言的。
  •  对于过载保护,船级社大多都规定整定在过电流10%~50%之间的过载保护必须以不超过2 min的延时使发电机断路器脱扣。通常船级社建议整定在发电机额定电流的125%~135%,延时15~30 s断路器分断。
  • 发生发电机短路的原因不外乎是导线绝缘老化、受机械及生物(如老鼠)的损伤、误操作、维护不周及导电物品不慎掉在裸导体或汇流排上所造成。对于短路保护,船级社大多都规定短路保护应整定在大于50%的过电流,但整定值应小于稳态短路电流;它必须具有一短暂延时以适应系统选择性保护要求。通常船级社建议整定短路保护动作值为发电机额定电流的200%~250%,延时时间最长为0.6 s(交流)。
  • 发电机的欠电压保护:当调压器失灵或发电机外部短路故障尚未切除时或发生严重欠频时,均将可能产生电压下降的情况。发生欠压时,势必导致发电机励磁电流激增至最大励磁电流值,一般为大于等于2倍额定励磁电流值,若不把处于欠电压状态下的发电机切除,势必会烧毁发电机的转子励磁绕组。发电机在欠压情况下运行将引起电动机电流增加,电动机转矩下降,从而导致电机发热、绝缘老化损坏,这对电动机的运行是不利的。系统中如有大电动机起动或突加较大负荷时,也可能引起电压的下降,这属于暂时的正常现象,欠压保护不应动作,欠压保护同样需要有延时。对于欠压保护,船级社大多都规定拟并联运行的发电机,其断路器应设有欠电压保护装置,防止在发电机不使用时其断路器闭合,如发电机电压下降至额定电压的70%~35%,则发电机断路器必须自动断开。欠电压保护装置必须有一与短路保护相协调的短延时。
  • 同步发电机出现逆功率运行的原因:当几台同步发电机并联运行时,若其中一台发电机的原动机发生故障,例如燃油中断或发电机与原动机的联轴节损坏等,将使该台发电机不但不能输出有功功率,反而从电网吸收功率即成为同步电动机运行。出现这种情况时可能会使并联运行中的其他发电机发生过载。
  • 船舶电网对地绝缘电阻:由于电网电缆与船体是平行敷设的,因此电缆芯线与船体之间构成的电容,电容的大小是与构成电容的极板面积成正比、与两个极板间的距离成反比,因此这一分布电容的大小取决于电缆的长度及电缆敷设时电缆与船体间的距离,即船舶电网电缆越长或电缆与船体越紧凑,其对地所构成的电容就越大。通常电容越大其漏电阻就越小,这就说明了为什么船舶照明网络对地绝缘电阻一般远低于动力电网对地绝缘。现代海上运输船舶的动力电网对地绝缘电阻正常值大多在1MΩ上下,照明电网对地绝缘电阻正常值大多在0.4~0.8MΩ左右,某些船舶甚至更低,也有部分船舶正常值仅仅只有0.1MΩ左右。
  • IEC 第363号出版物推荐的短路电流计算方法是目前国际上广泛使用的一种方法。这种计算方法比较容易,且对于发电机短路电流的计算值精度也较高。不足之处是在计算电动机短路电流时,不论短路点在何处,都按电动机的总额定电流的4倍(计算对称有效交流分量)和8倍(计算非对称最大峰值短路电流)来计算。故在馈线端短路时误差较大,计算结果偏大。

 

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  • Dead Ship Condition: the condition under which the main propulsion plant, boiler and auxiliariers are not in operation due to the absence of power. (Note: Dead ship condition is a condition in which the entire machinery installation, including the power supply, is out of operation and auxiliary services such as compressed air, starting current from batteries tec., for bringing the main porpulsion into operation and for the restoration of the main power supply are not available).
  • 瘫船状态:由于缺乏动力,致使主推进装置、锅炉和辅助机械,包括主电源不能运转的状况。(另一种说法:指包括动力源的整个船舶动力装置停止工作,而且使主推进装置运转和恢复主动力源的辅助用途的压缩空气和起动用蓄电池等都不起作用)。
  • Black out situation: A "blackout situation" means that the main and auxiliary machinery installations, including the main power supply, are out of operation but the services for bringing them into operation (e.g. compressed air, starting current from batteries, etc.) are available.
  • 船舶失电:指主、辅助机械,包括主电源不能工作,但起动他们的设备(如压缩空气、起动用蓄电池等)仍然可用的状态。
  • 最后分路(final sub-circuit):指位于配电系统最后一个过电流保护电器之后的部分。
  • 除安装在专用舱室内的电气设备外,其他电气设备的对地电压或工作电压超过50V的带电部分,均应有防止偶然触及的防护措施。(1.3.1.12) 此条的意思是,除了DC24V以外的设备,其他所有电气设备必须安全接地。

  • 遥控(remote control),指由操作人员通过机械、电气、电子、气动、液压、电磁(无线电)及光学方式或其组合方式远距离对设备进行操作的控制.

  • 就地控制(local control),指位于机电设备近旁由操作人员对设备进行直接的人工操作的控制.

  • 越靠近用电设备的保护装置(如空气断路器、熔断器)的过载电流与短路电流应越小。

  • 在船上,要求当对船体的绝缘电阻一旦下降至每伏电源电压100欧姆以下时必须触发报警装置.

  • 熔断器的保护特性:它具有过载延时保护和短路瞬时保护,过载需要反时限保护特性; 短路则需要瞬动保护特性。从参数方面来看,过载要求熔化系数小,发热时间常数大; 短路则要求较大的限流系数、较小的发热时间常数、较高的分断能力和较低的过电压。过载动作的物理过程主要是热熔化过程,而短路主要是电弧的熄灭过程

  • 电动机动力线路熔断器的选用:为防止电动机起动时电流较大而将熔丝烧断,因此熔体不能按电动机的额定电流来选择,应按照:熔体额定电流大于等于(1.5~2.5)倍电动机额定电流。电动机轻载起动或降压起动时取下限,重载起动或全电压起动时取上限,以保证熔断器在电动机多次起动时,不致熔断.

  • 电动机停车时的机械制动是用电磁制动器来实现的。1.圆盘式电磁制动器:电动机运转时,电磁刹车线圈通电,产生吸力,将静摩擦片吸住,使其与动摩擦片相脱开,于是电动机可以自由旋转。停车时,刹车线圈失电,静摩擦片被反作用弹簧紧压到安装在电动机轴上的动摩擦片上,产生摩擦力矩,迫使电动机停转。2.抱闸式电磁制动器(电磁抱闸):当制动电磁铁线圈通电后,产生吸力,使抱闸闸瓦松开,电动机便能自由转动。当线圈断电时,轴瓦在弹簧力作用下,将电动机轴轮刹住,使电动机迅速停转。

  • 配电装置中所用测量仪表的精度等级,应根据仪表的用途决定,一般选用1.5级仪表MSB上的组合起动器),但不应低于2.5级(单独起动箱)。

  • 指示仪表应布置在面板易见位置,其高度应保证不产生视觉误差。通常应布置在上面板上.

  • 控制按钮和转换开关等应布置在易与操作的位置。通常布置在其控制的指示测量仪表及指示灯的下方,以免操作时影响观察测量仪表和指示信号.

  • 大容量开关布置在下方,小容量开关布置在上方.

  • 由于机舱或集控室的高度限制,再加上对操作管理方便的考虑,主配电板的高度一般为2m左右,最好不要超过2.2m.

  • 配电板上仪表的设计 测量仪表的精度等级,应根据仪表的作用选择,但不应低于2.5级(一般标准设计是组合起动屏上的重要设备用1.5级精度的,误差小;其他分配电箱上用2.5级精度的,误差大)。测量仪表的量程和刻度应符合下列规定:仪表在下述范围内应标有刻度,同时额定值应用红色标记;电压表的为线路额定电压的0~120%,电流表为该线路中额定电流的0~130%  (有时船厂还需要我们提供电流表为过载型的,即范围为最大显示额定电流的6倍,例如0~50-300A,但是从50~300A没有刻度显示,仅有粗略的数值标记),供并联运行的直流发电机用电表和供并联运行交流发电机用功率表,指示范围从额定功率的-15%130%,并能分别指示出15%的逆电流或逆功率,频率表应具有+-10%额定频率的刻度.

  • 测量等级: 测量值的误差百分比称为测量的准确等级;如1级表,指测量的误差范围是+1%。通常情况下,在MSB上(不包括组合起动器屏),TERASAKI SINGAPORE使用的尺寸为96 X 96的矩形外框表,精度等级为1.5级.

  • MCCB的脱扣装置配备:一般MCCB在配电板中不保护发电机,只做一般3相大电流负载的保护,所以正常情况下它应有过载脱扣保护和短路脱扣保护两个功能。过载脱扣为热动式脱扣装置,短路脱扣为电磁式脱扣装置或电子式脱扣装置。有些特殊的负载不需要过载保护,如果舵机的马达或入DNV级的应急发电机,则可以将MCCB中的热动式脱扣装置去除,只保留电磁式脱扣装置

  • 防护等级应用IP20:应用于只存在与带电体接触危险环境。IP22:存在滴水和机械伤害的舱室环境。IP34:水和机械伤害危险较大的机器处所。IP44:水和机械伤害危险较大的舱室处所,其附属器具应为IP55IP56:大量水侵入危险的露天甲板。

  •  船上电气设备安全接地的原则:电气设备不带电的金属外壳必须接地,对于方便接地的设备,比如厨房设备,其自带接地螺丝的,可以考虑在接地螺丝上接根接地软电缆,将电缆直接烧在船壳上,达到接地的目的。有的设备,没有独立接地的螺栓,而且不能方便地与船壳用软电缆相连接,则只能由能够接地的配电箱或控制箱送电源线的时候送出一根+E接地线,将220V电磁阀等不好接地的设备与配电箱、控制箱的总接地端子排连接在一起,由配电箱或控制箱进行总接地。对于灯具、插座等设备,接地的方式又有不一样的地方,首先,任何灯具或插座,它的金属外壳需要就近接地;其次,为了考虑每个馈电回路的每个接地点的对地电阻的统一性,回路里所有的设备接地点的电势应该统一,所以,用+E电缆将照明、插座回路中的所有电气设备不带电的金属外壳连接在一起,保证它们相互间的外壳电势差为0,更进一步的保证接地的安全性。如果一个照明回路只有一个用户,则可以不用放置专用接地线.

  • 工作接地:在单线制电源(比如照明)网络中,以船体代替导线作为电流的通路,而将电源系统中的某点通过接地装置与船体钢结构所作的电气连接.

  • 保护接地:是将电气设备不带电的金属部分与船体钢结构件做良好的电气连接,以防人员接触到由于绝缘损坏或绝缘强度降低而带电的电气设备金属外壳而发生触电危险,保护人身.

  • 屏蔽接地:为防止电磁干扰,在屏蔽体与地或干扰源的金属机壳之间所作的良好的电气连接.

  • 三相绝缘系统:动力系统及照明系统经过变压器实现电磁联系,因没有电的直接联系,所以即使照明系统绝缘电阻较低,并不会影响到动力系统.

  • 电缆及选择的方法:一般船用电缆由内向外的组成是这样的,芯线+芯线外绝缘套+胶带+绝缘层+保护套。CCS规定:固定敷设在露天甲板、浴室、货舱、冷藏处所、机器处所或可能出现凝结水或有害蒸汽(如油蒸汽)的任何其他地点的电缆,均应具有金属不透性护套(铜、铅合金)或非金属不透性护套(聚氯乙烯、氯丁橡皮、氯磺化聚乙烯等)温度校正系数:假设环境温度为45°,超过这个温度,则选用的电缆截面积需要选大一点,如果小于这个温度,则=选用的电缆截面积需要小一点。具体系数大小可相应查各船级社的规定。一般情况下我们默认所有的电缆都在45°下工作。成束敷设时的校正系数CCS规定,对于可能以额定负荷同时工作而又靠紧在一起,且周围无空气循环的6根以上的电缆束,则应采用0.85的校正系数。当采用0.85的校正系数时,应注意电缆敷设层数,一般每束电缆不易超过两层。动力电缆计算方法:首先P=U*I*1.732*COSφ(功率因素)*校正系数(N),此功率P一般选用三相异步电机的额定功率,功率因素可以查设备表获得,如果没有,则可取0.8,电压一般为440V380220V几种,反算出电缆上允许通过的电流I即可,这个电流实际上是电机在额定负载下达不到的理论值,只是其在额定负载下电缆不发热的情况下允许流过的最大电流。设备运行分为三种状态:1.连续工作;2.短时间工作(分为0.5H工作制与1H工作制)3.周期性短时间工作负荷。根据动力设备的工作制不同,在电缆厂家提供的表里查出在该种工作状态下设备使用的电流需要选择多少横截面积的电缆(比如某电动机是长时间工作的,则根据算出来的电流在电缆厂家提供的样本表里查能负载此电流的横截面积是多少)。再根据查表所得的电缆横截面积在电缆样本里选择电缆规格。如果电缆敷设的地方有可能被机械损伤,那么该电缆必须穿管敷设,以保护电缆.

  • 马达防护等级、绝缘等级问题:大部分机舱内的马达只要B级及IP44足够,在潮湿的处所,马达绝缘等级必须为F级,在室外,防护等级必须IP56.

  • 断路器用做电动机保护和普通配电保护时的区别:因为电机启动时,具有一定的启动电流,最大约是额定电流的12倍左右,因此作电机保护时瞬时脱扣值须躲过电机的最大启动电流值;而普通的配电保护设备无此过程,通常瞬时脱扣倍数在10倍左右.

  • 当电缆敷设时其电缆弯曲内半径R一般不得小于电缆外径6倍.

  • 船用电缆应按不同用途要求分类、分束或远离敷设,其分类如下:a.动力、照明、控制电缆;b.仪表、通讯电缆;c.防火电缆;d.本质安全电路电缆e.高压电缆;f.高频电缆;g.特种电缆(如消磁电缆等)h.光缆.

  • 主干电缆的走向应避开无线电室或驾驶室的无线电设备区。若无法避开,应穿管敷设走线.

  • 安装在居住区(公用室、居住室、过道)的设备,建议安装高度:开关,设备中心离地1400mm带开关插座,设备中心离地1400mm;当开关、带开关插座上下安装时,中心间距应保证250mm的距离;落地插座,设备中心离地300mm;台灯插座、台式电话用接线盒,设备中心离开台面150mm;电视机、收音机、天线插座,设备中心离开台面150mm;火警按钮盒、按钮盒,设备中心离地1400mm;床头灯,设备中心距床铺板750mm高;床头灯,其横向距离,设备中心应在床中心或离开200mm;壁灯,灯下沿离地1800mm或灯上沿离天花板顶200~300mm;铃及蜂鸣器,设备中心离地1800mm或离顶200~300mm;扬声器,设备中心离地1900mm;转速表、分罗经、钟,设备中心离地1800mm;延伸报警板,设备中心离地1500~1700mm.

  • 安装与居住舱以外(机舱、机械区域、其他)区域的设备,建议安装高度:分配电箱、起动器、控制箱,设备上沿离地1800mm或设备下沿离地1200mm;按钮盒、应急停止按钮盒,设备中心离地1400mm;开关或带开关插座,设备中心离地1400mm,如果设备上下安装,则两者间距至少为250mm;外通道灯(包括应急灯),设备中心离甲板下边150~200mm或设备中心离地2200~2400mm;舱顶灯(荧光灯及白炽灯),灯面离地2500mm,最小要满足1980mm.

  • 一般情况下船上临时应急照明的电源及其他弱电直流24V设备用蓄电池做备用电源,采用2V一个,12个串联的形式。此蓄电池一般是铅酸、阀控式,免维护产品。如果发电机使用蓄电池作为起动用能源,那么建议采用12V一个,两个串联的起动专用蓄电池.

  • 异步电机的转矩是与端电压平方成正比的.

  • CCS规定,当电缆在正常工作条件下承载最大电流时,从主配电板或应急配电板的汇流排到任何安装点得电压降,应不超过额定电压的6%。由蓄电池供电,其电压不超过50V者,可增至10%.

  • 压降的危害:异步电机的转矩是与端电压平方成正比的。当端电压太低时,电动机可能由于转矩太小而停止工作,或者带重载的电动机可能无法起动成功。另外,在一定机械载荷下,虽然外电压有变化,但是电动机的功率近似可以看做是一个常数,只是转速差有区别,所以电压越低,转速越慢,电流越大,加速绝缘老化。电压过高对绝缘也不利。

  • 故障报警一般采用断开报警,这是因为一旦发生到报警的线出现断线问题,在报警系统这里也会知道.

  • 滤波:就是利用容抗或感抗随频率而改变的特性,对不同频率的输入信号产生不同的响应,让需要的某一频带的信号顺利通过,而抑制不需要的其他频率的信号.

  • 本质安全型防爆方法理论知识:利用安全栅技术将提供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆的仪表表面温升的安全范围内,从而消除引爆源的防爆方法。对于仪表检测和控制回路而言,限制能量首先意味着限制电压和电流。又由于电容和电感能够储存和释放电能量,因此电容和电感也须限制。利用火花实验装置,通过实验确定对不同危险类别气体的电能量限制参数。因此有电压电流引爆曲线电压电容引爆曲线电流电感引爆曲线。根据曲线,再考虑1.5倍的保险系数,人们便可确定在涉及某类气体时,对指定回路的电能量限制参数。为了限制仪表的表面温度,除需限制回路的开路电压和短路电流外,还要限制回路的最大功率.

  • 模拟量信号:测量装置,在电源的驱动下,持续发出不同的电压信号或电流信号。对于信号采集设备而言,将面对有源模拟量信号无源模拟量信号无源模拟量信号:信号采集设备直接将电缆接到发出模拟量信号的传感器上去,由于只有信号采集设备端有电源,所以发出模拟量信号的传感器就输出的是无源模拟量信号。有源模拟量信号:传感器并不直接接到信号采集设备上去,而是先接到某信号采集箱上去(如主机、锅炉、发电机、主配电板,这些设备往往自己带信号采集箱,它们的信号采集箱直接接到传感器上去,自己接收信号后,自己先经过处理,然后再送出信号至监测报警系统的信号采集装置),经过数据处理以后,一方面这些设备的控制箱上可以直接显示这些参数,另一方面,通过设备的控制箱,再输出一路信号到监测报警系统的信号采集装置。由于控制箱内输出的信号是带电源的,而监测报警系统的采集装置一般也是带电源的,所以往往要在中间加一个信号隔离单元(如信号隔离变压器,光电耦合隔离器等),将信号输出端的模拟量信号转化为无源的信号后送至信号采集装置.

  • 隔离栅具有将信号互相转换的功能,从简单的4~20mA1~5V之间的转换,到热电偶、热电阻与4~20mA1~5V之间的转换,还有将频率、电位器等特殊信号转换为4~20mA1~5V常规信号等.

  • 隔离栅为什么不接地:由于隔离作用使现场危险区与控制室安全区之间没有地电流通路,所以不需接地。同时,无论现场仪表和系统接不接地、如何接地,也不管厂区的地电势分布如何复杂和如何多边,检测与控制回路均不受地电势差或地电流的干扰.

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