焦勇

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，葫蘆島 125005）

1 引言

船舶交流電網(wǎng)為船舶電力拖動(dòng)，電力操舵，導(dǎo)航，內(nèi)部通訊和照明等電路提供電能。電力拖動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)裝置和控制裝置，其中電動(dòng)機(jī)起著原動(dòng)力的作用，它的功能是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。電力操舵裝置系統(tǒng)控制著船舶的方向。導(dǎo)航系統(tǒng)是船舶的耳朵和眼睛。內(nèi)部通訊包括電話(huà)，廣播，電信傳令鐘及電信號(hào)，是船舶的神經(jīng)。船舶的照明包括艙室照明，甲板照明，探照燈，航行燈，信號(hào)燈和低壓提燈，是全體船員做好工作的保障。

隨著造船技術(shù)的迅速發(fā)展，電在船上的用途也越來(lái)越大。說(shuō)的生動(dòng)點(diǎn)，我們完全可以說(shuō)船舶電網(wǎng)系統(tǒng)是船的血管和神經(jīng)細(xì)胞。而交流系統(tǒng)是船舶的中樞神經(jīng)。因此交流系統(tǒng)的中線(xiàn)連接方法是一個(gè)重要的問(wèn)題[1]。

2 船舶交流電網(wǎng)中線(xiàn)絕緣系統(tǒng)與中線(xiàn)接地系統(tǒng)的分析

在船舶交流電網(wǎng)中，中線(xiàn)連接系統(tǒng)主要有兩種：一是采用中線(xiàn)接地系統(tǒng)，二是采用中線(xiàn)絕緣系統(tǒng)。筆者通過(guò)對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)的深入考察和分析研究認(rèn)為，在船舶交流電網(wǎng)中，中線(xiàn)絕緣系統(tǒng)優(yōu)于中線(xiàn)接地系統(tǒng)。

2.1 中線(xiàn)接地系統(tǒng)

我們都知道，陸地上交流電網(wǎng)大多數(shù)采用中線(xiàn)接地系統(tǒng)。交流電網(wǎng)采用中線(xiàn)接地時(shí)，由于中線(xiàn)的接地電阻很小，因此中線(xiàn)與地間的電位差接近于零，相當(dāng)于中性點(diǎn)直接接地。中線(xiàn)接地系統(tǒng)有以下特點(diǎn)[2]：

（1）在中線(xiàn)接地系統(tǒng)中，當(dāng)其中一相出現(xiàn)短路等故障時(shí)（例如圖1中A相短路），其它兩相B、C對(duì)地電壓基本不變，接近于相電壓Up，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，防止系統(tǒng)振蕩。而在中線(xiàn)絕緣系統(tǒng)中 B、C兩相對(duì)地電壓等于線(xiàn)電壓Ul（Ul=Up）。但是，通常情況下在中線(xiàn)接地系統(tǒng)中某相出現(xiàn)短路故障時(shí)，保護(hù)裝置會(huì)切斷該相電源。

圖1 三相四線(xiàn)制電路

（2）在中線(xiàn)接地系統(tǒng)中，電氣設(shè)備和線(xiàn)路只需按相電壓來(lái)考慮其絕緣水平，可降低電氣設(shè)備的制造成本和線(xiàn)路的建設(shè)費(fèi)用。

（3）在中線(xiàn)接地系統(tǒng)中，將電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)不帶電的金屬導(dǎo)體部分與接地極之間作良好的金屬連接，可在一定程度上保護(hù)人身的安全，降低人體遭受電擊的危險(xiǎn)。

2.2 中線(xiàn)絕緣系統(tǒng)

中線(xiàn)接地系統(tǒng)固然有許多優(yōu)點(diǎn)。但是就目前來(lái)看，筆者研究發(fā)現(xiàn)，除個(gè)別情況外，船舶交流電網(wǎng)中一般采用中線(xiàn)絕緣系統(tǒng)，這與陸地上交流系統(tǒng)大多數(shù)采用中線(xiàn)接地的情況正好相反。船舶采用的中線(xiàn)絕緣系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)為，在該系統(tǒng)中，其中一相短路接地不會(huì)使電源切斷，而是發(fā)出警報(bào)（在接地檢測(cè)系統(tǒng)中一般要安裝警報(bào)器），有時(shí)間尋找并排除故障，這一點(diǎn)對(duì)船舶的航行安全是非常重要的，對(duì)于船舶因斷電造成的重要設(shè)備失靈的危險(xiǎn)是不能接受的。

但正如前面所述，中線(xiàn)絕緣系統(tǒng)在一相出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)使另兩相電壓升高（另兩相對(duì)地電壓等于線(xiàn)電壓Ul），這增加了人體觸電危險(xiǎn)的可能性，并提高對(duì)用電器絕緣水平的要求。

2.3 在船舶交流電網(wǎng)中使用中線(xiàn)絕緣系統(tǒng)的原因

在船舶上的考察，分析，研究表明，在船舶環(huán)境下，中線(xiàn)絕緣系統(tǒng)有其不可替代的優(yōu)越性。

使用中線(xiàn)絕緣系統(tǒng)的原因之一。船舶交流電網(wǎng)若采用中線(xiàn)接地方法，一旦發(fā)生接地故障，電網(wǎng)斷電會(huì)導(dǎo)致諸如舵機(jī)（船舶航行的主機(jī)）和重要的機(jī)艙輔機(jī)等重要航行設(shè)備（如導(dǎo)航設(shè)備，通訊設(shè)備）失靈，造成船舶癱瘓，甚至出現(xiàn)重大危險(xiǎn)。在船舶環(huán)境下，對(duì)于三相交流電網(wǎng)中出現(xiàn)低阻抗（如過(guò)載，電器設(shè)備短路），從而導(dǎo)致保護(hù)熔斷器及斷路器的動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)能使電源切斷。這不僅影響電動(dòng)機(jī)正常工作，還波及其它設(shè)備（如照明，通訊）。此外三相電路中的某相因故斷路，在缺相狀態(tài)下運(yùn)行，可以造成短時(shí)間內(nèi)燒壞重要設(shè)備（如發(fā)電機(jī)）的重大危險(xiǎn)。反之，如采用絕緣系統(tǒng)，其中一相短路接地不會(huì)使電源切斷，而只會(huì)使另兩相電壓升高并發(fā)出警報(bào)，這不僅有利于故障的排除，而且對(duì)于船舶安全也具有重大意義[3]。

原因之二，觸電危險(xiǎn)對(duì)中線(xiàn)接地和中線(xiàn)絕緣兩種系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，是一樣危險(xiǎn)的。一種系統(tǒng)不比另一種系統(tǒng)更安全。對(duì)于中線(xiàn)絕緣系統(tǒng)，其遍及電網(wǎng)的對(duì)地額定漏電流是由于電容、設(shè)備表面漏電流以及可能發(fā)生的故障等原因造成的，因此，假設(shè)有人體觸及電網(wǎng)，就會(huì)發(fā)生觸電危險(xiǎn)。對(duì)于接地系統(tǒng)，在船舶環(huán)境下，電壓不論是380 V還是220 V都有致命的危險(xiǎn)，因此它并不比絕緣系統(tǒng)更安全。根據(jù)近年來(lái)的大量實(shí)踐表明，在所有的環(huán)境下，高于55 V的交流電壓都被認(rèn)為是不安全的[4]。

原因之三，電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，兩種中線(xiàn)系統(tǒng)都很難因電壓浪涌而造成設(shè)備擊穿。中線(xiàn)接地系統(tǒng)在這一點(diǎn)上也并非更優(yōu)越。反對(duì)采用絕緣系統(tǒng)的主要論點(diǎn)是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障，或者當(dāng)接通、斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電流浪涌。這二種情況都會(huì)造成過(guò)電壓浪涌，當(dāng)電壓浪涌過(guò)高，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)等電器設(shè)備擊穿，從而發(fā)生危險(xiǎn)。一個(gè)在電網(wǎng)分析器上實(shí)現(xiàn)的440 V三相絕緣系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究表明，一相接地的電感性負(fù)載發(fā)生故障，所產(chǎn)生的過(guò)電壓為額定電壓的 3.5至 4.5倍。如果故障是斷續(xù)的，所產(chǎn)生的過(guò)電壓為額定電壓的4至5倍。另外開(kāi)關(guān)的電流浪涌，對(duì)任何一種系統(tǒng)都將產(chǎn)生過(guò)電壓浪涌，大約是額定相電壓的 2至3倍。而在出廠(chǎng)前，一個(gè)裝置中的各個(gè)部件都有嚴(yán)格的出廠(chǎng)試驗(yàn)。大多數(shù)的出廠(chǎng)試驗(yàn)，是用兩倍工作電壓加1000 V（最低2000 V）進(jìn)行高壓絕緣試驗(yàn)。對(duì)于設(shè)計(jì)的額定電壓為440 V的裝置，考慮到在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的偶然過(guò)電壓，2000 V的最低極限電壓也可提供較充裕的保護(hù)。況且更有實(shí)驗(yàn)表明電動(dòng)機(jī)及控制設(shè)備等，在20000 V電壓下（遠(yuǎn)高于浪涌電壓），都有良好的絕緣性能。雖然在這種條件下的試驗(yàn)并不具有可重復(fù)性，但這仍可說(shuō)明過(guò)電壓造成絕緣擊穿從而導(dǎo)致嚴(yán)重事故的可能性微乎其微。此外，目前船舶系統(tǒng)普遍使用整流器及二極管來(lái)保護(hù)設(shè)備。例如在計(jì)算機(jī)集控及儀表裝置中，設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)進(jìn)一步考慮過(guò)電壓浪涌的易損性問(wèn)題等等[5]。

另外，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，常由于附加負(fù)荷增加而過(guò)載。對(duì)于中線(xiàn)絕緣系統(tǒng)的電路過(guò)載問(wèn)題，今天船用電站常采用自動(dòng)卸載的方法予與解決。其方法是，由晶體管回路和繼電器組成自動(dòng)卸載電路。一些次要的電器設(shè)備通過(guò)不同級(jí)自動(dòng)卸載，以保證其他主要電器設(shè)備的供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于船舶系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，接地故障會(huì)使重要設(shè)備失靈，而過(guò)電壓造成故障的損害相比于斷電的損害，通常來(lái)說(shuō)還是比較輕的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，船上最頻繁的故障就是接地故障。若采用接地系統(tǒng)，就會(huì)使船舶系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)加大，船舶安全得不到保障。而采用絕緣系統(tǒng)則可使其安全性大大增加。因此，在船舶交流電網(wǎng)中，中線(xiàn)絕緣系統(tǒng)是更優(yōu)化的選擇。

[1] 林華峰. 船舶電站. 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社,2005.3.

[2] 華南工學(xué)院船舶船廠(chǎng)電氣自動(dòng)化教研組編. 船舶電力系統(tǒng). 北京：國(guó)防工業(yè)出版社, 1982.6.

[3] 王鵬. 船舶電力系統(tǒng)短路電流. 船舶，2005（1）.

[4] 阮紅軍. 11000 kW海洋拖船電力系統(tǒng)設(shè)計(jì). 船舶設(shè)計(jì)通訊, 2005（2）.

[5] 郝琇, 趙玉成. 船舶電力系統(tǒng)短路的試驗(yàn)研究. 船電技術(shù), 2001（1）.