船舶电力系统保护.ppt

1,第七章,船舶電力系統的保護,2,船舶電力系統供電的基本要求要保證安全可靠的供電要保證電能質量要考慮經濟運行,3,在運行中可能會出現各種不正常運行狀態和故障，不正常運行狀態主要有過載、欠壓、過壓、欠頻、過頻、逆功率以及中性點絕緣系統發生單相接地等。這些不正常狀態發展到一定程度就演變成故障，最常見的故障就是各形式的短路，有三相短路、兩相短路、兩相接地短路、三相四線制系統單相接地短路。另外，還可能發生電機或變壓器繞組閘間短路或線路的斷線等故障。,4,上述不正常運行狀態和故障發生後，往往會引起嚴重後果。例如，當發生短路故障時，負載被短接，短路電流很大，將產生很大的電動力和熱效應，並使電壓大大下降，可能造成重要設備的損壞或使供電中斷，從而帶來極大的損失。嚴重的短路故障若不及時切除，就有可能使並聯運行的發電機失步，破壞並聯運行的穩定性，使電站解列，擴大成為系統性事故，以致使整個電網失電而影響船舶安全。,5,船舶電力系統保護的任務可歸納如下。1當船舶電力系統發生故障或有必將導致故障的趨勢時，保護裝置能準確、自動的檢測出其信號，並迅速及時的將故障電路從系統中切除，以保證系統的正常電路和設備安全運行。2當船舶電力系統出現不正常運行狀態，且短時還不足造成破壞時，保護裝置應自動發出警報信號，警示值班人員及時進行處裡，以防不正常運行狀態繼續發展和導致事故的發生。3配合自動控制裝置，自動消除或減少事故的發生。,6,對保護裝置的基本要求1.選擇性船舶電力系統保護的選擇性是指當電力系統發生故障時，保護裝置應僅把故障電路切除，使停電範圍盡量縮小，從而保證其他非故障部分仍然能夠繼續安全的運行。如圖1所示，當在A點發生短路時，這時短路電流將流過自動空氣開關QF1、QF3和QF5如圖中虛線所示。保護應僅是離故障點A最近的QF5的保護裝置動作，將QF5開關自動斷開，這時，QF3和QF1開關中的保護裝置都不應動作，這樣僅對有故障的電路停止供電，而其他無故障的電路仍然繼續供電，這就是保護的選擇性。若保護裝置無選擇性，QF1或QF3動作，就要擴大停電範圍，甚至引起全船停電，可能造成更大的事故。,7,8,在選擇性保護中，若前一級保護裝置拒絕動作，則後一級保護裝置應動作。如圖1中所示，當A點短路時，若QF5開關由於某種原因沒有斷開，故障不能切除，則QF3開關中的保護裝置應動作。在這種情況下，稱後一級保護的後備保護。顯然，這種情況是部分的失掉了選擇性，擴大了停電範圍，由於保護裝置或開關拒絕動作的現象還是可能發生的，因此後備保護是完全必要的。否則，故障部分將無法切除或使事故更加擴大。,9,2.速動性速動性就是要求保護裝置的動作時限應力求短些。迅速切除故障可減輕被保護設備的損壞程度、防止故障蔓延，並減少對非故障電路的影響。要求快速切除短路故障的理由主要有以下兩方面。1熱效應方面通過電氣元件的短路電流產生的熱量Q與短路電流IK的平方和時間t成正比，即式中，K為比例係數。由此可見，短路切除的越快，產生的熱量越小，設備越不易燒壞。,10,2對負荷的影響方面短路對異步電動機的影響最明顯，因異步機的轉矩M是和電壓的平方成正比的，即式中，K為比例常數。由上式可見，若電壓U下降較大，轉矩M下降大，會使電動機停止運轉。若短路故障很快被切除，非故障部分的電壓可迅速恢復。因而電動機有一定的慣性，所以可使非故障部分的電動機仍然正常工作。若切除的慢，非故障部分的電動機也要停下來，其中包括重要負荷，這是很不利的。,11,3.靈敏性保護裝置的靈敏性是指對於其保護範圍內的故障或不正常工作狀態的反應能力。就是說，在保護範圍內，不管運行情況，短路性質何位置如何，對屬於自己保護之內的故障，都要反應靈敏。靈敏性越高，故障發覺和切除的越早，對系統的影響和設備的破壞就越小。保護裝置的靈敏性，用靈敏度還表示。,12,4.可靠性保護裝置的可靠性是指裝置本身要能可靠的工作。對它保護範圍之內的故障，不應拒絕動作；在正常運行或不屬於它保護的範圍出現故障時，不應誤動作。否則，它本身就可能成為產生和擴大事故的根源，因此，保證保護裝置的可靠性是很重要的。保護裝置的可靠性主要取決於保護方式的選擇，裝置本身的質量，整定計算和調試，安裝、維護和檢查質量等。,13,船舶同步發電機的保護,船舶同步發電機應設置的保護發電機是船舶的重要設備，保證發電機不損壞是船舶安全航行的首要保證。針對船舶發電機各種常見的不正常運行狀態和故障，必須裝設相應的保護裝置。船舶同步發電機的不正常運行情況主要有由於負載超過發電機的額定值而形成的過載；由於外部短路，非同期合閘以及系統震盪等而引起的過電流；由於發電機電壓及頻率低於或高於其額定值而形成的欠壓或過壓和欠頻或過載；在並聯運行時，可能產生的逆功率等等。,14,船舶同步發電機本身的故障主要有發電機定子繞組的相間短路；單相層間短路；單相接地；發電機轉子繞組的閘間短路；轉子繞組的一點或兩點接地等。由於船舶發電機的電壓較低，且又定期檢查，經驗證明，低壓發電機內部故障出現的機會極少，故可不專門設繼電保護裝置。對於並聯運行的發電機可能出現的定子繞組相間短路，可由電流速斷對電進行保護。根據規定，對船舶低壓同步發電機，針對其可能出現的故障和不正常運行狀態，主要設有如下繼電保護[1]外部短路的過電流保護；[2]過載保護；[3]欠壓保護；[4]逆功率保護。對於船舶高壓發電機，除應有以上保護外，還應設發電機內部故障的保護，如保護發電機內部相間短路和層間短路的差動保護，保護發電機定子繞組一相接地的接地保護。此外，還設有過電壓保護和磁場保護等。,15,船舶同步發電機的過載保護當船舶電站在運行中發電機的容量不能滿足負載增長的需要時，或幾台發電機應並聯運行但未做並聯運行時，或者當並聯運行的發電機中有一台或幾台發生故障而自動停機時，或者因並聯運行的發電機間的負荷分配不恰當時，都可能造成發電機的過載現象，也就是運行發電機的輸出功率或電流超過了其額定值。不論是負載電流超過發電機的額定電流，還是負載功率超過了發電機的額定功率，對發電機組都是不利的。發電機長時間在這種不正常的狀態下運行，會使發電機過熱、引起絕緣老化和損壞，以及造成原動機的壽命縮短和部件損壞等，這都是不允許的。所以，應裝設相應的保護裝置，以保護發電機組。,16,處理發電機過載問題，要兼顧到兩方面，一方面要保護發電機不受損壞，另一方面還要考慮到盡量保證不中斷供電。因此，當發電機過載時，首先應將一部分不重要的負載自動卸掉，以消除發電機的過載現象，並保證重要負載的不間斷供電。同時，應自動發出發電機過載警報信號，以警告運行人員及時處理或同時發出自動啟動指令，以自動啟動備用發電機組。若在一定時間內仍不能解除過載時，為保護發電機不受損壞，就應自動的將發電機從匯流排上切除，並發出發電機過載自動跳閘信號。,17,1.發電機過載保護的要求先從發電機本身允許的過電流方面看。對於電流過載，發電機出廠時允許安全運行的極限值為1.1倍額定電流下運行1h而不超過溫升限度，1.5倍額定電流下允許運行120s，3倍額定電流下允許運行2s。對於功率過載，則主要考慮原動機的忍受能力，如柴油機出廠時允許安全運行的極限值為1h。這些是能實現延時保護的必要條件。,18,從外部系統的要求方面看，電力系統運行也要求發電機過載保護具有延時特性。在相當大的電動機啟動或多台電動機同時啟動時，啟動電流可能很大，以致超過發電機的額定電流，可能會引起發電機暫時性電流過載，這時儘管電流超過了發電機過載保護的整定值，但此時發電機的過載保護不應動作。為保證保護裝置動作的可靠性，需要從時間上躲過這暫態時性的過電流現象，電動機啟動電流一般在10s左右即可消失，故發電機過載保護的動作時限一般要大於10s。若在離發電機遠處短路時，短路電流值也可能超過發電機過載時的整定值，也將啟動發電機過載保護，但根據電網保護的選擇性要求，應由離短路點近的下位短路保護先動作，使切斷的電路最少，而發電機過載保護不應立即動作而需要等待一段時間，從時間上躲開這種情況。所以，從系統對發電機過載保護的要求方面看，發電機過載保護必須具有一定的時限。,19,當發生持續過載時，發電機過載保護雖經延時，但到時仍要動作，從而使系統中斷供電。要使發電機不中斷供電且避免過載的一種較好做法就是當出現過載信號時，首先考慮切除電網中正在運行的一些次要負載，使發電機脫離過載狀態使啟動的過載保護得以返回，從而保證電站對重要負載的連續供電，這種處理辦法叫做”自動卸載”，國外稱為優先脫扣preferencetripping。這種辦法也必須與發電機過載保護的延時特性配合才能實現。根據負載的不重要程度及工作特點，分成幾組，可以實現多次自動卸載的叫分級卸載。對於自動化程度較高的電站，除了有自動卸載裝置外，通常還具有使被卸載的次要負載，在保證不引起過載的前提下重新自動投入的裝置。,20,船舶同步發電機外部短路保護短路故障所造成的後果是嚴重的。發生短路時，由於外路電路負載被短接，發電機定子繞組中將產生極大的短路電流，電網電壓也急遽下降。例如，當發電機端部發生三相短路時，短路電流可達額定電流的10倍以上；此電流產生的熱量和機械力可比正常值大出一百倍以上，對發電機有巨大的破壞作用。電壓的下降，會使電動機停轉，甚至使發電機全部斷開，導致全船停電。,21,發電機外部短路保護對發電機外部短路故障的判斷，因為發電機外部短路時，從發電機到短路點，必將出現很大的過電流，所以可利用這一特點，來檢測發電機之外部短路。處理發電機外部短路的措施原則是既要保護發電機，又要保證不中斷供電。因此，要著重兼顧保護的選擇性和快速性的問題，視短路點的遠近而分別處理。見圖2a，當K2點發生短路時，應僅使QF2開關中的保護裝置斷路器的過流脫扣器YR2動作。把QF2開關斷開，切除故障點；當K1點發生短路時，只好盡快使QF1開關中的保護裝置斷路器的過流脫扣器YR1動作，使發電機跳閘。,22,23,實現保護選擇性有兩個基本原則時間原則和電流原則。時間原則是指以保護裝置動作時限的不同，來保證選擇性。如圖2b所示，對QF1和QF2的過電流保護的動作時限分為t1和t2，使t1t2。電流原則是指以保護裝置動作的電流值的不同，來保証選擇性。如圖2c所示，對QF1的過電流保護的啟動電流Iop1和QF2的過電流保護的啟動電流Iop2，使Iop1Iop2。,24,在原理上按時間原則或電流原則都能實現保護的選擇性，但由於船舶輸電線路較短，線路阻抗較小，電網各段短路電流都很大，因此按電流原則實現選擇性保護往往是有困難的，而按照時間原則實現選擇性保護，則整定比較容易，而且比較可靠。但是，完全按時間原則實現選擇性，往往又帶來影響保護快速性和使保護裝置複雜化等弊病，甚至是不可能的。所以，在一個系統中，常常採用時間原則和電流原則混合的方法，來滿足保護選擇性和快速性的要求。,25,一般在船舶發電機短路保護裝置中，都設有兩套過電流保護裝置。第一套為帶時限的外部過電流保護裝置，又叫短路延時保護裝置。如圖2a中的QF1過流保護，它與QF2過流保護是以時間原則來實現選擇性的。第二套為不帶時限的電流速斷保護裝置，又叫短路瞬時動作保護裝置。如圖2a中的QF1的速斷保護，它與QF2過流保護是以電流原則來實現選擇性的，並保證了在靠近發電機端短路時，保護動作的快速性。顯然，QF1的過電流保護裝置又是一種後備保護裝置，當K2點短路而其QF2的過電流保護裝置拒絕動作時，或當發電機內部短路而其QF1電流速斷保護裝置拒絕動作時，則QF1的過流保護立即動作，這種後備保護是完全必要的。,26,對船舶發電機外部短路保護一般都設有短路短延時和短路瞬時動作保護。短路短延時保護的啟動電流整定為35倍的發電機額定電流，動作實現整定為0.20.6s；作用於發電機跳閘，短路瞬時保護的啟動電流整定為510倍的發電機額定電流，瞬時動作於發電機跳閘。船舶發電機的外部短路保護裝置是由萬能式自動空氣斷路器中的過電流脫扣器或綜合保護裝置的過電流繼電器等實現的。,27,船舶同步發電機的欠壓保護欠壓是指低於額定值的不正常電壓。失壓是指電壓等於零，即無電壓。但習慣上有時把兩者統稱為失壓。欠壓保護主要是對並聯運行發電機的保護，同時也是對諸如異步電動機等用戶的保護。當調壓器失靈或由於發電機外部發生持續性短路故障時，都將出現發電機電壓下降的現象。發電機在欠壓的情況下運行，將引起電機的電流大、電動機轉矩下降、發電機過熱、絕緣損壞，這對發電機本身和異步電動機的運行等都是很不利的。,28,發電機欠壓保護的任務就是當發電機在低電壓時，保證發電機合不上閘或從電網上自動斷開。發電機欠壓保護，還可作為發電機外部短路的後備保護，因發電機外部短路時，也必定要出現欠壓現象。對無電流速斷保護的發電機，可利用失壓保護作為發電機定子繞組相間短路保護。,29,當電力系統中突然有較大負載增加，例如有較大電動機或多台自啟動電動機啟動或發生暫時性短路和併車衝擊電流時，發電機的電壓也可能有很大的下降，但這是正常或暫時情況，發電機欠壓保護不應動作。因此，在整定發電機欠壓保護的啟動電壓值時，應當考慮到對保護動作可靠性的要求。可以用整定啟動電壓值或動作時限的方法，來躲過這些不應使保護動作的欠壓情況。,30,並聯運行的發電機設有欠壓電壓保護並能滿足如下要求1用於避免發電機不發電時閉合斷路器應瞬時動作；2當電壓降低至額定電壓的7035時，應經系統選擇性保護要求的延時後動作。由此看出，欠壓保護包括失壓保護的內容。電壓降低至額定電壓的35時作失壓處理，應瞬間跳閘。在自動電站中有的把額定電壓的10作為對母線是否有電壓的識別值。,31,電壓降低至額定電壓的7035的欠壓範圍，要求保護帶延時，可以避免電網電壓因大功率電動機啟動瞬間時下降引起的不必要跳閘。由於發電機的調壓具有靈敏的快速動作功能，在1.5s之內可把暫時性的電壓下降恢復到接近額定電壓值的3之內，故欠壓保護動作時限的整定值應大於1.5s，以躲開暫時性電壓下降。,32,船舶發電機的逆功率保護1.逆功率產生的原因同步發電機的逆功率運行，是指該同步發電機不發出有功功率，而從電網吸收有功功率。同步發電機出現逆功率運行的原因是，當幾台同步發電機並聯運行時，其中一台發電機的原動機工作失常。例如，原動機燃油供給中斷或發電機與原動機的連軸節損壞等，便使該發電機不但不能發出有功功率，反而要從系統吸收有功功率，即變成同步電動機運行。同步發電機在逆功率狀態下運行時，對系統是不利的，可能造成正在並連工作的另一台發電機過載，以致造成其過載跳閘，全船供電中斷。因此，出現這種情況時，要求將處於電動機運行狀態的發電機切除。,33,2.逆功率保護當同部發電機變為同步電動機運行時，要從系統吸收有功功率，即其輸出有功功率的方向發生了改變。因此，可以利用出現有功功率方向改變的現象，採取保護措施，故稱其為逆功率保護。因為發電機過載保護是具有時限的，所以逆功率保護並不要求立即跳閘，即也可以具有一定的時限。當同步發電機在非同步條件下併車時，也可能短時出現逆功率，這是允許的，此時逆功率保護不應動作。因此，從避開併車時可能出現的短時逆功率衝擊方面，逆功率保護應具有一定的時限。發電機過載保護一般整定在額定值的125135，延時1520s跳閘。非同步併車出現的功率衝擊一般在1s以內。,34,對逆功率保護啟動值的整定，大多數船級社都規定1原動機為柴油機時，逆功率整定值在發電機額定功率的415間某依區域典型區間為410；2原動機為汽輪機時，逆功率整定值在發電機額定功率的16間某一區域典型區間為13；3延時時間在210s間整定典型值為3s。逆功率保護是由逆功率繼電器來完成的，整定值是靠調整逆功率繼電器的動作值來達到的。,35,船舶變壓器的保護,船舶變壓器的基本故障是，相間短路、對殼短路、線組閘間短路以及輸出端短路。相應對變壓器的保護有電流保護、差動保護等。保護的形式由變壓器的功率、用途、採用的結構形式以及在系統中的工作條件來確定。對中性點絕緣的變壓器，因在絕緣良好時僅有少量的對地電流，所以不裝單相短路保護，而僅在系統中裝設絕緣狀態的檢測裝置。由於船舶電力系統中變壓器的功率不是很大，僅幾十千瓦，在有電力推進裝置的船上一般也僅幾百千瓦，因此對變壓器僅設短路保護以及供電電網的絕緣檢測。當變壓器繞組中出現短路電流或過載電流等現象時，可採用帶過流脫扣器的自動開關保護。為了預防變壓器故障蔓延，一般要求瞬時的把變壓器一次側及二次側的線路同時切斷。,36,在圖3中列舉了船舶電能裝置對變壓器採用的不同保護線路圖。對工作電壓為220V380V的變壓器，可採用熔斷器或採用帶過流脫扣器的自動開關保護，分別如圖3的a、b和c所示。在採用電力推進的電站中，常用36kV的電壓，故要採用高壓電等級的熔斷器及自動開關，如圖3的d和e所示。,37,38,對變壓器採用熔斷器來進行短路保護的特點是，快速、有效、簡單且價格低廉。在36kV電壓中，變壓器原邊側熔斷器FU1熔斷電流的選擇可由下式來確定IPEKrelI1N式中IPE─原邊端熔斷器熔體的熔斷電流，A；I1N─變壓器原邊的額定電流，A；Kkel─可靠性係數，考慮到變壓器給電動機供電及電動機啟動電流所引起的磁化電流的增大，通常取34。對變壓器副邊側的熔斷器的熔斷電流，可按1.11.2I2N來選擇I2N為變壓器副邊的額定電流值。,39,船舶電網的保護,對電網的保護，就是指系統出現過載或短路時對電纜的保護。在交流電網中，還有防止岸電供電時的單相運行保護和相序保護。一.過載保護圖4為一饋線式配電網路，其過載可分為三段來進行討論。第I段發電機G至主配電盤MSB之間的電纜。這一段電纜的截面是按發電機額定容量來選擇的，它的過載就是發電機的過載，因此完全可以由發電機的過載保護裝置來完成過載保護。,40,第II段各級配電盤之間的電纜。例如，從主配電盤到分配電盤的每段電纜。它們過載的可能性較小。因為它們的截面是根據分配電盤上所有負荷的電流並考慮同時工作係數計算得到的，各別用電設備負載的過載不致引起這段電纜的過載，而大部分負載在同一時間內一起過載的可能性也是極少的。因此，這段不必考慮過載保護。第III段用電設備M2到分配電盤SSB有的直接到主配電盤，如M1之間的電纜。這一段電纜的截面通常按電動機的額定電流來選擇。而電動機一般設有過載保護，因此同樣也保護了這一段電纜。,41,二.短路保護當船舶電網發生短路時，能否有選擇性的切除故障是設置保護應考慮的最重要的問題。也就是說故障發生時，保護裝置僅切除故障部分，而不使前一級保護裝置動作。這樣就保證了其他沒有故障的設備能繼續正常運行。如圖5所示，當k1點發生短路故障時，在短路瞬間，從發電機G流向短路點k1的短路電流經過開關QF1、QF2和QF3，如圖5a中所示。這時開關QF3的動作整定值應使QF3先跳開，而QF2和QF開關不應跳開，保證其他設備繼續維持供電。這樣的短路保護就具有選擇性。如果k1點發生故障，不僅QF3動作跳開，而且QF2甚至QF1也動作跳開，這樣就稱為無選擇性。為了實現選擇性保護，通常可以按時間整定原則和電流整定原則來達到這一目的。,42,43,1.時間原則在圖5中，當QF1、QF2、QF3開關的動作時間滿足t1t2t3時，就能實現選擇性的保護。也就是開關的動作時間，從用電設備到供電電源逐級增加時就能滿足選擇性保護的要求。例如，當k1點發生故障時，因為動作時間t3小於t2及t1，所以由靠近k1點的開關QF3來切除短路故障，而QF1、QF2不動作，繼續維持其他負載供電。,44,由於要求故障的持續時間應儘可能的縮短，因此最靠近用電設備的開關其動作時間應該儘可能短。為了既迅速切除故障，又保障前後兩級保護裝置能選擇性的動作，其關鍵在於正確選擇前後兩級的時間差。當求得Δt後，則任一級時間整定值tntn1Δt式中tn1─某一級開關整定時間；tn─上一級開關的整定時間。例如，QF2的時間整定值為t2t3Δt。考慮到自動開關的性能，以及受搖擺、震動、溫度、電網電壓波動等因素的影響，在船舶電網中，一般取Δt0.150.25s,45,當k1點發生故障時，從發生短路到故障切除之前，由於短路電流較大，可上下兩級自動開關QF2、QF3都已達到動作值。但經一段時間延時後，短路故障被靠近短路點的開關QF3切除，因QF3的動作時間長，QF2應不在動作。,46,如果QF自動開關的電磁脫扣器電流選擇不當，電磁脫扣器又具有一定的復位系數，則QF2仍可能繼續動作，就會破壞選擇性。如圖6中，I為短路發生前的正常電流值，短路時產生的短路電流為Ik，隨著時間推移短路電流逐漸變小，當下一級自動開關QF3動作切除短路以後，在線路中將有一個自動啟動的大電流Is‧max，隨後自啟動電流Is逐漸變小，最後達到短路故障消除後的穩定工作電流I。圖中Iop為上一級自動開關例如k1點短路時的QF2的動作電流整定值，Ire為上一級自動開關的返回電流值。顯然，在切除故障Δt時間以後，如果返回電流值Ire小於自啟動電流Is時，則自動開關QF2仍要動作而失去選擇性。因此必須要求IreIs‧max,47,48,以上介紹的是使用自動空氣開關按時間原則進行選擇性的整定情況。因此，在系統中使用熔斷器保護時，因它具有反時限特性即熔斷的時間與通過的電流成反比，電流越大，熔斷時間就越短也可獲得選擇性。但由於熔斷時間有較大的偏差，必須在前後級熔體的額定電流等級相差34級時，才能保證選擇性的實現。按時間原則整定的選擇性保護，其保護性能較可靠，原則上可應用於任何電力系統，但需要採用較複雜的保護電器或在自動開關上加延時繼電器來實現。,49,2.電流原則選擇性保護的電流原則是以各級保護裝置動作電流整定值的不同來實現的。動作電流應保證從用電設備置電源方向逐級遞增，距離電源越遠處短路時，短路電流越小。為此在選擇各級保護動作電流時，可令從負荷處算起，越靠近電源，動作電流越大。即IopnIopn1式中Iopn，Iopn1為從電源算起的某級和下一級保護的動作電流值。,50,在圖5a中當開關的動作電流滿足Iop1Iop2Iop3時，則構成按電流原則實現的選擇性保護。在實際電網中，是否能得到選擇性，還得按下一級的最大短路電流進行校驗。例如當圖5中k1點短路時，產生短路電流為Ik1。如果滿足Iop2Ik1Iop3，則開關QF3就會動作切除故障，而QF2不動作。當k2點發生短路時，產生的短路電流為Ik2。只有滿足IopIk2Iop2時，電網才能得到選擇性。但實際上並不是都能獲得保護的選擇性，因為船舶電力系統中的短路電流，在大多數場合下往往是超過所有保護電器的動作電流數值。,51,保護裝置電流整定值的選擇見圖7b。其中下降的曲線1是延長度分佈的短路電流值，I“k為短路的次暫態電流值，Iop為上一級保護裝置QF2的動作整定電流值，它由線路末端處的I“k決定。即IopKrelI“k式中Krel為可靠性係數，它的大小決定了保護裝置動作整定電流值Iop的大小，Iop與短路電流按長度下降曲線的相交點決定了線路的保護區段長度L，在L的長度段，因為短路電流I“kIop，故在此長度段發生短路時，QF2就能動作而切斷故障。相反，在不靈敏區段L“中，因I“kIop2，按電流原則選擇，QF2瞬時動作；如果短路發生在保護的不靈敏區L“2中，因Ik1Iop2，電流選擇將不起作用，但因Ik1I“op2，故時間原則仍可進行選擇性保護，到t2時，QF2動作切斷故障。,55,56,因此，現在的船舶電網中，在總配電盤或應急配電盤上，發電機的開關一般採用萬能式自動空氣斷路器，設置短路保護，按短路電流的大小延時0.20.6s動作。在總配電盤及分配電盤上的饋電開關，一般選用裝置式自動開關，按電流原則進行整定。如有熱脫扣器保護，亦可按照時間原則進行整定做為補充，而最後一級則可採用熔斷器進行保護。,57,採用熔斷器保護時，對於一般迴路，選擇的熔斷器額定電流應與負荷電流一致。對於鼠籠式電動機迴路，選擇熔斷器的額定電流時，應考慮到能承受電動機較大的啟動電流。因此，選擇熔斷器的額定電流時，要根據熔斷器的特性曲線，找出在啟動時間內和啟動下不會熔斷的熔斷器額定電流值。一般可按表1來選擇熔斷器的額定值。,58,表1電動機迴路熔斷器熔體的額定電流值,59,接用岸電的保護用相序指示器檢測和岸電的相序，用逆序繼電器對岸電的相序和缺相進行保護。為確保接用的岸電相序正確，通常用相序指示器或叫相序測定器來檢測岸電的相序。若相序正確，則相序指示器的白燈或綠燈亮；若錯誤，則紅燈亮。當紅燈亮時，應改接三相中任意兩根線的接線次序。若岸電相序錯誤或相缺時，逆序或稱負序繼電器動作，使岸電開關合不上閘或斷相時岸電開關跳閘。,60,為避免船舶電網供電時接入岸電而發生非同步並聯事故，所有船舶發電機包含緊急發電機的主開關與岸電開關之間均有連鎖保護。只要有船舶發電機供電，則岸電開關就自動跳閘或岸電開關合不上閘。常用的相序指示器由一個電容器和兩個指示燈一紅一白星形連接組成，如圖9所示。兩個燈的燈絲電阻R相等，並等於電容的容抗XC，因為是三相星形連接無中線的不對稱電路，故兩個燈和電容的三個相電壓不對稱。若電容器接A相，白燈L1接B相，紅燈L2接C相，則白燈電壓比紅燈高，為正確相序。反之，紅燈電壓高於白燈時，為逆相序。,61,62,單相接地及絕緣監視對於中性點絕緣的三相三線制船舶電網，用絕緣指示燈俗稱地氣燈監視單相接地，用專用配電盤式兆歐表或絕緣監視儀監視電網絕緣電阻。三相絕緣系統如果發生單相接地，雖然不影響三相電壓的對稱也不影響用電設備的正常工作，但存在兩種危險性隱患一是增大了人體觸電的危險性，當人體觸及帶電體時，使人體通過接地相直接與線電壓構成導電迴路；二是如果另外一相再發生接地便造成線間短路的危險性。因此，對單相接地必須監視，及時發現並與以消除。,63,船舶電網和電器設備絕緣性能降低或損壞會造成漏電，是觸電、火災及電氣設備損壞等事故的重要原因。對於油輪和運載可燃性氣體或化學物品的船舶來說，電器絕緣更須嚴格的監測。由於船舶電網幾乎總是帶電的，因此不能採用普通的搖錶來測量電網對地的絕緣程度。通常有以下幾種方法測量電網對地的絕緣程度。1.指示燈法指示燈法如圖10所示，當電網正常時，按下按鈕，三個燈亮度相同。若A相線路上某點接地，按下按鈕時，a燈短路不發光，另兩相的燈的電壓從相電壓上升為線電壓，兩燈異常亮；若A相線路漏電，雖然a燈還能發光，但三相線路絕緣均下降，情況就不易辨別。所以，這種方法叫單相接地檢測。,64,65,2.兆歐錶法兆歐錶由表頭部份和附加裝置兩部份組成。附加裝置提供直流電源，電源一端接表頭，另一端經開關接入電網，在經電網的絕緣電阻連地與錶頭構成直流迴路。錶頭指針偏轉越大，說明電網絕緣電阻越小，即漏電流越大。表上刻度直接用絕緣電阻值標註。由於指示值隨電網電壓而變化，影響測量精度，透過附加裝置提供直流穩壓電源，效果較好。,66,3.電網絕緣監測儀電網絕緣監測儀的基本原理與兆歐表相同，主要擴展功能是檢測低於整定值時能發出聲光警報信號。另外，警報整定值在一定範圍內可調，以適應不同系統絕對監測的需要，並能保證一定的精度。一般船級協會規定用於電力、電熱和照明的絕緣配電系統，不論是一次系統還是二次系統，均應設有連續監測絕緣電阻，且能在絕緣電阻異常低時，發出聽覺或視覺警報信號的絕緣電阻監測器警報。,67,船舶負載的保護,負載大體上可分單相照明負載和三相電動機負載兩大類。負載通常要求設過載和短路保護裝置。由於負載的多樣性，具體的保護要求也不盡相同。一.照明負載的保護照明類負載包括電熱器負載等。為防止照明類負載及供電線路因短路和過載引起過電流，導致溫升過高而使電纜絕緣損壞或引起火災，照明類負載都設有過電流保護裝置。照明類負載基本上是電阻性負載，功率因數接近於1，其保護裝置比較簡單，可採用裝置式斷路器或熔斷器來實現過電流保護。,68,因為各種不同光源點燃的啟動電流不同，所以不同光源的保護裝置電流也有所區別，如表2所示。,69,在船舶照明類負載保護中，通常16A以下的分支電路多採用熔斷器。此外，對多級保護裝置的動作整定值要注意選擇性的配合。從表2可以看到，由於高壓汞燈和高壓鈉燈的啟燃電流持續時間較長，保護器的額定值選擇應稍大一些。對於船舶照明線路，按規定實際負載不應超過保護電器整定值的80。,70,二.電動機類負載的保護電動機負載是船舶電力系統中的主要負載，且很多屬重要負載，因此，”規範”對其保護的要求較明確。規範規定容量大於0.5kW電動機和所有重要設備的電動機均應設有獨立的過載保護、短路保護和欠壓保護。當採用熔斷器作保護時，還應設防止單相運轉的保護，即缺相保護。,71,1.短路保護當交流電動機正常運行、正常啟動或自動啟動時，短路保護器不應誤動作。為此，應符合下列規定。1正確選擇保護電器的使用類別，熔斷器、低壓熔斷器和過電流繼電器，宜採用保護電動機型。2熔斷體的額定電流應大於電動機的額定電流，且其安秒特性曲線計及偏差後略高於電動機啟動電流合啟動時間的交點。當電動機頻繁啟動和制動時，熔斷體的額定電流應在加大12級。,72,3瞬間過電流脫扣器或過電流繼電器瞬動元件的整定電流，應取電動機啟動電流的22.5倍。即Iqp22.5IM‧st式中Iqp─順動過電流整定值；IM‧st─電動機啟動電流。電動機與其專用的饋電電纜可以共用一個短路保護。,73,2.過載保護當交流電機正常運行、正常啟動或自動啟動時，過載保護器件不應誤動作，並應符合下列規定。1熱繼電器或過載脫扣器的整定電流，應接近但不小於電動機的額定電流，即Iop‧TR≥Imn式中Iop‧TR─熱繼電器或過載脫扣器的整定電流；Imn─電動機的額定電流。應該指出，在使用熱繼電器做過載保護的同時，它還兼備有電動機的缺相保護功能。,74,75,3必要時可在啟動過程的一定時限內短接或切除過載保護器件。舵機電動機不設過載保護，但有過載警報。這是考慮在緊急情況下，以局部犧牲來換取全船的航行安全。當電動機過載保護特性時間-電流特性與電動機啟動週期不適應時，允許電動機啟動過程期間過載保護暫時失效。連續工作制的電動機的保護電器，應保護電動機在過載情況下，有可靠的熱保護的延時特性，其最大持續電流應不超過被保護電動機額定電流的125。,76,3.欠電壓保護電動機的欠壓保護應屬於下面兩種情況中的一種。1欠電壓保護，即在電壓降低或失電時能夠分斷電路並防止自動重新啟動。2欠電壓釋放，即在電壓降低或失電時能夠分斷電路，當電壓恢復時，電動機可重新自行啟動，但應避免過大的電壓降落或過大的衝擊電流。,77,當電壓在額定電壓的85以上時，保護電器應允許電動機啟動。當電壓低於額定電壓的20左右，且在額定頻率下，保護電器應分斷電路，保護可有一定延時。對於自動化程度較高的船舶，例如無人機艙船舶，還要求重要輔機與其備用機之間能實現自動轉換。以上所述是針對低壓電動機的保護，對於高壓大容量的電動機，應設專門的繼電器保護裝置。通常保護裝置設置在配套的電氣控制櫃中，由設備製造廠成套供應。,78,三.保護電器1.熔斷器的選擇熔斷器由可熔元件熔片或熔絲和支持可熔元件的外殼組成。常用的有管式和螺旋式兩種。熔斷器的安秒特性如圖11所示。從圖中可以看出，熔斷器的特性具有反時限特性。通過可熔元件上的電流越大，其熔斷時間就越短，熔斷時間近似的與熔斷電流的平方成反比。通常就熔斷器可以用作短路保護，即瞬時熔斷，也可用做某些負載的熱保護，即延時熔斷。當電流小到Icr時，熔斷時間趨於無窮大，即不會熔斷，Icr稱為臨界電流。可熔元件的額定電流IFE與Icr的關係為Icr1.251.30IFE,79,80,對於負載固定的電路，例如照明、電熱或控制電路，通常選擇可熔元件的額定電流常與電纜的額定電流一致，故能做短路保護，且對熱過載保護有所兼顧。對電動機負載可參照製造廠提供的選用表來選擇熔斷器。表3可供參考。選擇熔斷器時要注意，可熔元件的額定電流不超過熔斷器本身的額定電流，電路電壓不得超過熔斷器規定的電壓。,81,表3電動機迴路熔斷器保護熔體的選擇,注1IMN表示電動機額定電流；2IMN‧max表示最大一台電動機的額定電流；3表示除去最大一台的電動機額定電流外，其餘電動機額定電流的總和。,82,2.裝置式斷路器和熔斷器比較裝置式斷路器和熔斷器被廣泛的應用於線路和負載的過載保護和短路保護。這兩種電器都允許在其額定電流及以下連續通電，但對熔斷器來講，負載不適宜頻繁變動。因為頻繁的冷熱變化易使可熔元件變形或性能變差，造成在額定電流條件下切斷電路。從過載保護特性方面來看，裝置式斷路器在100額定電流時保證不動作，在125額定電流時保證在規定時間內動作。熔斷器在110130額定電流保證不動作，在135160額定電流時保證在規定時間內動作。因此，對於流過相同電流的線路來講，用熔斷器作保護時，線路載面應適當大些。,83,當熔斷器用於電動機迴路時，特別要注意電動機啟動電流不應使熔斷器性能變差。從短路保護特性即切斷特型來看，斷路器經歷脫扣器動作、主觸頭分離後，將產生電弧和靈弧切斷等過程，而熔斷器則只經歷熔斷，起弧和切斷過程，且在熔斷過程中有限流作用，進而又加快了靈弧過程，所以，熔斷器切斷短路最快。由於這一特點，系統短路保護裝置的配置對於電機、匯流排和負載的次序看，分別是萬能式空氣斷路器、裝置式斷路器和熔斷器。,84,熔斷器在使用上也有一些缺點。如不能通斷負載電流；必須與閘刀開關組合使用或用負荷開關；實現切斷保護後不能快速恢復通電；用於電動機迴路時可能造成電動機缺相等，使熔斷器的應用受到限制。目前有一種自復式熔斷器，熔體可多次使用，使熔斷器的性能有所改進。當負載級短路保護裝置也採用裝置式斷路器時，與上級短路保護裝置的選擇性配合就較困難。因為裝置式斷路器的電磁脫扣器是瞬動的，不能按時間原則整定，而按電流原則整定又達不到全線保護的目的。通常採用帶熱脫扣的上位裝置是斷路器，可以彌補保護靈敏性方面的不足，但保護的快速性受到影響。現有一種新型的具有分段保護特性的裝置式斷路器可用作上位保護，可較好的實現短路保護的選擇性。,