安連彤，孔建華，趙志強，孫成琪

（廣東海洋大學海運學院，湛江 524005）

1 前言

船舶大型化和電氣設備的復雜化使船舶供電網中的分布電容不斷增加，產生的漏電電流會導致各種類型的電氣故障。然而人們對船舶電氣系統的分布電容卻并未引起足夠的重視，甚至很多船舶的電路設計忽略了分布電容的影響。本文通過實例分析由分布電容所引起的典型船舶電氣故障和應對措施。

2 分布電容

分布電容是指兩個存在壓差而又相互絕緣的導體所構成的一種類似電容形態(tài)的分布參數。電纜電線與電線之間、電線與電纜屏蔽層之間、電纜與線架、電纜與船體之間都存在著分布電容。例如，一根帶屏蔽層的4 芯電纜內部可形成10 個分布電容，如圖1 所示。電纜的分布電容，可通過下式計算[1]。

式中：C為電纜單位長度的分布電容（F/m）；λ為電纜總的絞合系數；εr為組合絕緣介質的等效相對介電常數；a為兩導線中心距離（mm）；d為線芯直徑（mm）；ψ 為由于接地金屬屏蔽和鄰近導線產生影響而設置的修正系數。

單位長度電纜的分布電容與電纜結構及其絕緣材料有關。對于相同型號的電纜，可以認為分布電容和電纜長度成正比。

圖1 分布電容的形成

3 分布電容引起的典型船舶電氣故障

3.1 繼電器誤動作

（1）故障實例

某船液壓艙口蓋電氣系統在甲板各艙蓋處設置了7個應急停止按鈕，7 個按鈕串聯在同一線路中，如圖2 所示。當按下任意一個按鈕時，電路中的繼電器失電，其常開觸頭斷開，切斷主接觸器控制電源使驅動主油泵的電機停轉。在實際操作過程中發(fā)現，1#到5#按鈕運行正常，而按下6#和7#按鈕時很多情況下繼電器會繼續(xù)保持吸合狀態(tài)，無法斷開電源。經檢查，按鈕開關及其周圍線路并無故障，初步懷疑故障原因是由于電纜分布電容所引起的。

圖2 液壓艙口蓋電氣布置圖

搭建試驗臺測得該繼電器的釋放電流為1.9 mA，小于6#和7#艙應急停止按鈕處的最大漏電電流，所以6#和7#艙應急停止按鈕不能可靠工作，偶爾6#和7#艙的應急停止按鈕也能正常動作，這可能與船體振動、電網電壓波動、電網頻率干擾等多種因素有關。

（3）應對措施

① 在繼電器兩端并聯4～8 k的泄放電阻來分流大部分的漏電電流[2]，若泄放電阻再串聯一個0.47μF 的電容則效果更佳。但在實船環(huán)境下應注意船舶振動可能導致并聯電阻脫落；

② 更換線圈功率更大的繼電器，即采用與額定工作電壓一致而線圈內阻小很多的繼電器來替代原來的繼電器。該種方法簡單有效，實際處理中也是采用這種方法解決了問題。

3.2 LED指示燈故障

（1）故障實例

某船駕控臺的應急消防泵運行指示燈在應急消防泵停止狀態(tài)下出現輝光。出于安全考慮，船舶夜航時駕駛臺盡量處于全黑狀態(tài)，LED指示燈發(fā)出的輝光會影響駕駛員的值班瞭望。

（2）故障分析

船用的LED指示燈一般是經過電阻器或阻容耦合器降壓后供給LED 使用。普通LED 的最小工作電壓為1.2～1.7 V、最小工作電流不到5 mA、啟輝電流更是低至1 mA，因此任何原因產生的微弱電流都可能使LED指示燈發(fā)出輝光。對電路進行漏電測試發(fā)現電路絕緣良好，不存在漏電現象；在斷電狀態(tài)下測量電源兩端電壓，發(fā)現電壓值較低，不足以對指示燈產生影響，據此排除了感應電壓導致故障的可能性；斷開LED 指示燈測量電容值，確定故障是由分布電容引起的。

（3）應對措施

① 采用啟輝電流更大的LED 指示燈，或將LED指示燈更換為白熾燈；

② 在LED 指示燈兩端并聯泄放電阻，消耗漏電電流。實際處理中LED 燈的工作電壓為24 V，在其兩端并聯了800 Ω 的電阻消除了指示燈的故障。

3.3 接地指示燈故障

（1）故障實例

某船在廠調試期間，當閥門遙控控制柜的空氣開關合閘時，220V 配電屏上的接地指示燈亮度出現明顯偏差，但是實際測試中并沒有發(fā)現接地故障。

（2）故障分析

根據接地指示燈的工作原理[3]，當三相電纜中某一相上的分布電容大于其它兩相時，該相的漏電電流較高，接地指示燈亮度也比較大。閥門遙控控制柜安裝在主甲板壓載控制室，遙控閥門安裝在機艙和管隧中，二者相距較遠且每一個遙控閥門都自帶一個電動機驅動的油泵。由于全船有多達近百個遙控閥門，因此會產生較高的分布電容。該船在電路設計時忽略了分布電容的影響，僅考慮到整套裝置功率很小而使用了單相220V 照明電力系統，該電力系統的電纜在船上分布最廣、用量最大，因此也更容易產生分布電容。

（3）應對措施

① 修改電路，使用三相220 V 電力，并注意均勻分配接線長度。實際處理中采用該種方法，經反復的調整接線，使得接地指示燈的亮度恢復一致；

② 通過配電盤上的絕緣表監(jiān)視電網絕緣值，接地指示燈僅作為絕緣表的后備測量手段；絕緣表在設計時，充分考慮到電纜分布電容的影響，可以消除分布電容給測量帶來的誤差。

3.4 儀表讀數故障

（1）故障實例

當使用兆歐表測量主發(fā)電機的絕緣電阻時，兆歐表的讀數從零緩慢上升，超過1 分鐘后才達到穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）故障分析

由于主發(fā)電機線圈存在較高的分布電容，在測量時兆歐表首先將對該分布電容進行充電，讀數隨著充電的進行緩慢上升，充電完成后指針才能穩(wěn)定，此時兆歐表顯示的數值才是真實的絕緣值。如果使用機械式兆歐表進行測量，當停止搖動手柄后，兆歐表內的手搖發(fā)電機停止發(fā)電，表針下方連接的比例線圈的電壓線圈失電，而電流線圈受到分布電容放電作用，導致整個比例線圈失衡，因此指針會馬上轉向最大值，甚至撞擊到限位器上。

（3）應對措施

① 在對電力電纜測量時，要將兆歐表保護環(huán)接在電纜的絕緣層上以消除誤差；

② 在對大功率電機進行測量時，應等指針穩(wěn)定后再進行讀數；測量結束后，應迅速脫開測量夾頭，以防分布電容放電損壞儀表；

③ 測量前先用試電筆測試電路是否帶電，對于分布電容較小的設備，這種操作相當于對電容進行放電。

4 結論

大多數分布電容導致的故障都是因為在電路設計時忽略了分布電容的影響，因此可以從以下幾方面消除分布電容的影響：

（1）優(yōu)化電路布置。減小交流回路的長度，并盡量選用兩芯電纜以及阻抗小、釋放電壓高的繼電器；

（2）采用直流控制代替交流控制。雖然分布電容對于直流控制回路也會有影響，但較交流控制回路影響要少得多；

（3）采用隔離變壓器和中間繼電器對電路進行分割。可以有效減小單個回路的分布電容，降低其影響；

（4）某些情況下可以將控火改為控零。該方法易于實現但存在安全隱患；

（5）加強對電氣設備系統的測試和驗收。例如：本文中的第一個案例，在設備廠調試期間，該套設備并未模擬實船環(huán)境鋪設長電纜，而僅在較短的試驗線路上安裝應急停止按鈕進行測試，所以是不可能測試出故障的；而在船廠測試期間，電源采用的是通過逆變技術得到的岸電，其波形為方波或梯形波而不是正弦波，從而使故障現象不明顯。