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船舶电气与通讯-第三章 船舶电源的种类及容量确定
第三章船舶电源种类及容量确定 第三章
3.1 概述 3.2 船舶用电设备及运行工况 3.3 三类负荷法 3.4 需要系数法 3.5 船舶电站容量和台数确定 3.6 蓄电池容量确定 3.7 电源变压器容量确定
3.1 概述
一、电源的种类 船舶主发电机、应急发电机、蓄电池和变压器等。 二、电力负荷计算的目的、意义 选择发电机容量和台数的依
据。 影响船舶运行的可靠性和经济性
三、发电机容量选择依据 最大工况下的所需总功率，是选择主发电机的依据 最小工况下的所需总功率，是选择主发电机低负荷 下的最少台数 应急工况下的所需总功率，是选择应急发电机的依 据 四、电力负荷计算基本方法
前常用的方法有：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;以某项特重负载为基数的计算 方法等。
3.2 船舶用电设备及运行工况
一、船舶用电设备
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。
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。
二、船舶的运行工况
民用运输船舶的典型运行工况大致划分如下： （1）航行工况 （2）进出港工况 （3）装卸货工况 （4）停泊工况 （5）应急工况
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3.3 三类负荷法 电站容量的计算方法有许多种，三类负荷法是一种使用 最多的统计全船电力负荷的计算方法。 三类负荷法是一种在电力设备具有较充分的数据前提下 进行全船电力负荷计算的方法。 将全船电力负荷按照使用时间分为三类，并考虑负荷系 数和同时系数进行计算。
1．负荷分类 按负荷在某一工况下使用情况分为以下三类： （1）第Ⅰ类负荷：连续使用的负荷； （2）第Ⅱ类负荷：短时或重复短时使用的负荷； （3）第Ⅲ类负荷：偶尔短时使用的负荷以及按操作规程 可以在电站尖峰负荷时间以外使用的负荷。 三类负荷的分法与船舶运行工况有关，如在航行工况中 连续使用的负荷属于第Ⅰ类负荷；使用若干小时，停止 使用若干小时的负荷属于第Ⅱ类负荷。在靠离码头工况 中，虽然起锚机的工作时间较短，但在此工况中，它一 直使用，因此也算做第Ⅰ类负荷。 表3-1 万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类
表3-1 第Ⅰ类负荷
万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类 第Ⅲ类负荷 第Ⅰ类负荷 第Ⅱ类负 荷 主空气压 缩机 油灶鼓风 机 空调压缩 机 空调淡水 泵 空调送风 机 伙食冷库 压缩机 电动锅炉 给水泵 充电机组 无线电 雷达 第Ⅲ 类负 荷
第Ⅱ类负荷
舵机 起货机 起锚机 绞缆机 主机淡水泵 主机海水泵 主机滑油泵 主机喷油嘴冷 却泵 排气涡轮滑油 泵 主机燃油循环 泵 透平发电机凝 水泵 锅炉燃油泵 锅炉鼓风机 消防总用泵
燃油分油机 轻柴油分油 机 滑油分油机 燃油驳运泵 轻柴油输送 泵 滑油输送泵 舱底泵 压载泵 日用淡水泵 卫生水泵 饮水泵 热水循环泵 蒸发器凝水 泵 蒸发器给水 泵
主机盘车机 机舱起吊机 车床 砂轮 钻床 电焊机 救生艇吊艇 机 舷梯起吊机 探造灯
消防泵 货油泵 冷藏货舱压缩机 冷却泵 货舱通风机 机舱通风机 CO2室抽风机 冷藏机舱抽风机 冷藏机舱送风机 厨房送风机 厨房抽风机 浴室、厕所抽风 机 照明设备 助航、通讯用变 流机
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K1
K1 = P2 P1
2．电动机负荷系数的计算 （1）电动机利用系数K1
P2 K1 = P1
P 1 ：电动机额定功率； P 2 ：电动机轴上拖动的机械设备的额定功率 。 通常电动机的额定功率应略大于机械设备的额定功率
（2）机械负荷系数K2
P3 K2 = P2
P3: 电机拖动的机械设备的实际使用功率
（3）电动机负荷系数K3
K3 = P3 = K1 ? K2 P 1
ηe
（4）电动机以额定功率运行时从电网吸收的需要功率 P4
P4 =
ηe
P1
ηe: 电动机在额定功率时的效率
（5）电动机实际消耗的功率P5
P3 P1 P5 = = K 3 = K 3 P4 η′ η′
η'为电动机相当于功率P2时的效率
3．同时系数的确定 （1）第Ⅰ类负荷 考虑到各辅机和用电设备最大负荷的不同时性，同时系数 选0.8～0.9。 （2）第Ⅱ类负荷 可按该负荷平均使用时间与工作周期之比来估算：
用电设备在一个工作周期内的平均工作时间 K0 = 用电设备一个工作周期
（3）第Ⅲ类负荷 通常可不考虑
第Ⅱ类负荷同时系数
4．负荷表的编制 （1）根据轮机、舾装等专业提供的数据选择电动机和电气设 备，并计算各电动机和电气设备的额定所需功率； （2）根据船舶类型选择所需计算工况，确定各工况下所需使 用的电动机、电气设备和使用情况，并进行分类；
（3）确定负荷系数，并计算各用电设备的实际使用功率；
（4）计算每一工况下各类负荷的总功率，按其同时系数计算 总负荷。在交流电制中，还需要计算无功功率和平均功 率因数； （5）考虑5%的网络损耗，得出发电站的功率； （6）根据上述计算，选择发电机组，并核算各工况下发电机 的负荷百分率，一般来说发电机应有10～20%的储备功 率。
3.4 需要系数法 1．负荷分类 连续负载、间断负载： （1）连续负载：连续运行的负载； （2）间断负载：间断运行（短时或重复短时运行）的负载；
2．需要系数的确定 负载实际需要功率是由各设备的种类及其使用方法决定 的，可通过需要系数计算
需要系数 = 设备的需要功率 × 100% 设备的额定输入功率
设备的额定输入功率，对电动机而言，就是其额定输入功 率；对照明和弱电设备而言，可采用安装的总功率 需要系数随船舶运行工况的不同而不同，对于一般运输船 舶
连续负载分类及其需要系数
断续负载分类及其需要系数
3．同时系数的确定 间断负载不在同一时刻使用，因此在确定的条件下，可能 运行的各间断负载的最大需要功率之和，比所有间断负载 所需要的最大功率之和要小。可通过同时系数考虑
同时系数 = 运行的间断负载最大需要功率之和 × 100% 所有间断负载的最大需要功率之和
船舶不同运行状态，同时系数是不同的，同时还受到船舶装 载状况、航区和季节等影响，通常根据经验和实际试验结果 确定。 无精确计算值时，同时系数可选定为0.3-0.5范围内。
4．负荷表的编制 （1）根据轮机、舾装等专业提供的数据选择电动机和电气设 备，并计算各电动机和电气设备的额定输入功率； （2）根据船舶类型选择所需计算工况，并按连续负载和间断负 载，进行分类；
（3）确定各设备需要系数，并计算各用电设备的实际使用功率；
（4）计算每一工况下各类负荷的总功率，按选用间断负载的 同时系数计算总负荷。 以上计算过程可表示如下：
（5）考虑5%的网络损耗，得出发电站的功率； （6）根据上述计算，选择发电机组，并核算各工况下发电机 的负荷百分率，一般来说发电机应有10～20%的储备功 率。
DGJS
序 号 设备名称及代号
名 称 额定 功率 /kW 18.5 18.5 229 22 15 22 7.5 15 0.75 55 55 1.5 4 4 4 4 4 4 30 4.16 75 37 3 7.5 7.5 5.5 4 5 4.2 2.9 12+2.2
16000DWT成品油船电力负荷计算书
电 气 参 数
效率 消耗 功率 /kW 20.44 20.67 260.23 24.58 17.34 24.58 8.57 16.85 1.00 59.78 59.78 2.00 4.62 4.62 4.62 4.62 4.73 4.73 32.97 4.92 80.65 40.66 3.64 8.38 8.43 6.36 4.62 5.68 4.88 3.37 14.67
共 4 页 停泊 装卸货油
第 2 页 应急
航行
进出港
消耗 需要 连续 间断 需要 连续 间断 需要 连续 间断 需要 连续 间断 需要 连续 间断 数 总功率 系数 负载 负载 系数 负载 负载 系数 负载 负载 系数 负载 负载 系数 负载 负载 量 /kW ％ /kW /kW ％ /kW /kW ％ /kW /kW ％ /kW /kW ％ /kW /kW 2 2 2 1 1 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 1 2 2 2 1 1 2 1 1 1 2 3 1 1 1 1 40.88 41.34 520.45 24.58 17.34 49.16 17.14 33.71 1.00 59.78 59.78 2.00 9.25 9.25 9.25 4.62 9.47 9.47 65.93 4.92 80.65 81.32 3.64 8.38 8.43 12.72 13.87 5.68 4.88 3.37 14.67 35 14.3 80 40 32.7 16.5 100 520 80 19.7 80 40 40 40 13.9 19.7 6.86 13.5 80 40 40 40 13.9 19.7 6.86 13.5 80 13.9 80 13.9 35 14.3 35 14.3 35 14.31
1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13 14 15 16 18 19 20 21 23 26 27 28 29 30 31 32 33
一、机舱辅机 主空压机组 主机辅助鼓风机 货油泵 应急消防泵 舱底泵 主机海水冷却泵组 主机淡(缸套）水冷却泵 辅机海水冷却泵 主机空冷器清洗循环泵 消防总用泵组 舱底总用泵组 主机气缸油输送泵 日用海水泵 日用淡水泵 日用饮水泵 热水循环泵 燃油输送泵 重柴油、轻柴油输送泵 主机滑油泵 油渣泵 扫舱泵 专用压载泵组 燃油废气组合式锅炉 空调海水冷却泵 蒸汽凝水冷却泵 燃料油离心分油机 滑油、重柴油和轻柴油离心分油机 主机燃油供应单元 舱底水油水分离器 生活污水处理装置 电蒸汽热水柜
0.91 0.90 0.88 0.90 0.87 0.90 0.88 0.89 0.75 0.92 0.92 0.75 0.87 0.87 0.87 0.87 0.85 0.85 0.91 0.85 0.93 0.91 0.83 0.90 0.89 0.87 0.87 0.88 0.86 0.86
40
13.5
80 27.0
70 40 40 40 80 40 80 35 3.70 3.70 3.70 3.70 3.79 7.57 23.1 40 40 40 80 40 80 35
41.8 3.70 3.70 3.70 3.70 3.79 7.57 23.1 70 3.45 70 60 60 80 80 3.45 48.4 48.8 6.7 6.74 40 40 40 80 40 80 3.70 3.70 3.70 3.70 3.79 7.57 40 40 40 80 40 80 3.70 3.70 3.70 3.70 3.79 7.57
40 80 80 80 80 80 80 80
1.45 6.7 6.74 10.2 11.1 4.55 3.91 11.7
40 80 80 80 80 80 80 80
1.45 6.7 6.74 10.2 11.1 4.55 3.91 11.7
80 80
6.7 6.74
80 80
3.91 11.7
80 80
3.91 11.7
DGJS
序 号
5 6 7 8 9
16000DWT 成品油船电力负荷计算书
电 气 参 数
额定 功率 /kW 0.75 1 1.15 5 5.6 效率 消耗 功率 /kW 0.75 1 1.15 5 5.9
共 4 页 停泊 装卸货油
第 4 页 应急
设备名称及代号
名 称
航行
进出港
炊事多用机 微波炉 饮水机 电冰箱 海水淡化装置 六、照明设备 舱室照明 机舱及工作处所照明 室外照明 航行信号灯具 信号灯、探照灯 七、通信导航设备 电罗经 雷达 助航设备 船内通信设备 无线电设备 八、其它 蓄电池充电设备 机舱监测报警系统 探火和灭火系统 其它报警装置
1.00
消耗 需要 连续 间断 需要 连续 间断 需要 连续 间断 数 总功率 系数 负载 负载 系数 负载 负载 系数 负载 负载 量 /kW ％ /kW /kW ％ /kW /kW ％ /kW /kW 1 0.75 60 0.45 60 0.45 60 0.45 1 1.00 1 1.15 60 0.69 60 0.69 60 0.69 1 5.00 40 2.00 40 2.00 40 2.00 1 5.90
需要 连续 间断 需要 连续 间断 系数 负载 负载 系数 负载 负载 ％ 60 60 40 /kW /kW 0.45 0.69 2.00 ％ /kW /kW
1 2 3 4 5
20 15 4.5 0.5 5
20.00 15.00 4.50 0.50 5.00
1 1 1 1 1
20.00 15.00 4.50 0.50 5.00
80 16.0 80 12.0 40 1.80 70 0.35 40 2.00
80 80 80 70 60
16.0 12.0 3.60 0.35 3.00
60 60 60 25 30
12.0 9.00 2.70 0.13 1.50
60 12.0 70 10.5 60 2.70 25 0.13 30 1.50
20 30 60 30 40
4.00 4.50 2.70 0.15 2.00
1 2 3 4 5
0.5 1.3 2.8 1 1.5
0.50 1.30 2.80 1.00 1.50
1 1 1 1 1
0.50 1.30 2.80 1.00 1.50
90 80 60 80 60
0.45 1.04 1.68 0.80 0.90
90 80 60 80 80
0.45 1.04 1.68 0.80 1.20
60
0.30
60 60
0.60 0.90
60 40
0.60 0.60
80 50 40 60 60
0.40 0.65 1.12 0.60 0.90
1 2 3 4
2.2 0.8 0.5 1.2 连续负载总计 /kW 间歇负载总计 /kW 间歇负载总计× 0.4 /kW 总负载 / KW 使用发电机台数和容量 台 数×kW 发电机负荷率 / ％ 备用发电机台数和容量 台 数×kW 备 注
2.20
2
4.40 0.80 0.50 1.20
80 80 80
0.64 0.40 0.96
80 80 80
0.64 0.40 0.96
80 60
0.40 0.72
80 60
0.40 0.72
60 50 80 60
2.64 0.40 0.40 0.72 67.06 14.31 5.72 72.78 1×90kW 80.87
239.44 128.58 51.43 290.87 1×355kW 81.93 2×355KW
308.58 253.52 101.41 409.99 2×355KW 57.75 1×355KW
164.66 145.58 58.23 222.89 1×355KW 62.79 2×355KW
699.50 256.66 102.66 802.16 3×355KW 75.32
3.5 船舶电站容量和台数确定 通过对船舶各种运行工况电力负荷计算，得到各工况下 全船电力负荷所需总功率，是确定船舶电站容量的基础。 1． 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。
2 发电机组容量和数量的选择原则 发电机组的总容量决定于电站的总容量，发电机组的单 机容量和机组数量由以下几个基本原则确定： 单机组容量 船舶电站必须有备用机组 各机组的使用寿命应与主机寿命相当 维修管理方便 主发电机组至少为2台，一般民用船舶3-4台 若发电机台数为n台，则： 航行时：1-2台；进出港时：2-n台；装卸货： 2-n台；
3 发电机组单机功率校验 （1）发电机容量保证船舶异步电动机的顺利起动。若单 机容量小于异步电动机起动容量和其他起动负荷之和，则 适当放大； （2）发电机在任何运行工况下工作的负荷应大于其额 定负荷50%以上； （3）根据发电机组的产品目录选择标准功率作为最后 选定的单机功率。
二、 应急发电机容量的确定 1．目的和原则 一般规范都规定客船和500总吨以上的货船应设有独立的 应急电源。它可以是发电机，也可以是蓄电池组。作为 应急电源使用的发电机称为应急发电机。 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，并应考虑到这 些用电设备可能同时工作。
2．容量确定 随着船舶种类不同、吨位不同，必须由应急发电机供 电的电气设备范围也略有不同。 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；在紧急状态下所需要的船内通信设备、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、动力操作水密门及其指示器、报警器以 及其他需要应急发电机供电的用电设备 。 一般应急发电机需对舵机之类较大的电动机负载供电
3.6 蓄电池容量的确定
一．概述 由蓄电池组供电的电力系统，不仅在以蓄电池组为主要 电源的小型船舶上的地位重要，在采用交流电力系统的 大型船舶上的地位也日趋重要。 以蓄电池组作为应急电源或临时应急电源，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.
1.蓄电池的容量 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，通常来用如下两种表示方法 安时容量=放电电流×放电时间 瓦时容量=安时容量×平均放电电压 通常采用第一种表示方法，所以确定蓄电池组的容量时， 应考虑放电电流的大小和放电时间的长短
2.蓄电池的放电率 所谓蓄电池放电率，是指相对于蓄电池容量的放电电流的大 小，通常用放电至终止电压时，可维持放电电流的时间表示。 用大于标准放电率的电流放电时，蓄电池容量会降低，这 可用蓄电池容量系数K来表征。
Q系列蓄电池容量系数如上表所示（10小时、20小时放电 率。不同存电池的容量系数是不同的。
二.放电电流小于标准放电率的电流时蓄电池容量计算 计算公式如下：
式中： Q——所需蓄电池容量（Ah）； P——负载功率（W）； U——负载电压（V）； I——负载电流（A） t——负载工作时间（h）
蓄电池容量计算实例
三.放电电流大于标准放电率的电流时蓄电池容量计算 计算公式如下：
式中： K——蓄电池容量 系数。
当蓄电池组为临时应急电源时，其放电时间一般为 0.5h，因此可以考虑其放电电流大于标准放电率的电流
临时应急电源蓄电池容量计算实例
3.7 电源变压器容量的确定
一．概述 船用电源变压器的设置通常是为了给低于主电源电压的用 电设备供电，有时用于给高于主电源电压的设备供电或作 为隔离变压器使用。 电源变压器的设置大休上可分为有备用变压器和没有备用 变压器两种方式。 有备用变压器时，所选用的变压器容量，应保证具有足够 的容量给变压器副边用电设备供电。 这里只介绍有备用变压器的情况。
一.计算方法 电源变压器容量的确定，应根据用电设备额定功率、以及 各负载功率因数和同时使用系数计算求得。通常可以采用 下式:
主变压器容量计算
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