內(nèi)河公務(wù)船配電系統(tǒng)線制選擇與檢驗的探討

廖正勇

(嘉興市港航管理局，浙江 嘉興314033)

0 引言

嘉興市地處長江三角洲河網(wǎng)發(fā)達(dá)地區(qū)，是全國內(nèi)河航運(yùn)發(fā)達(dá)地區(qū)之一。其內(nèi)河造船業(yè)也頗具規(guī)模，首屈一指當(dāng)屬內(nèi)河公務(wù)船舶的建造。嘉興地區(qū)每年建造的內(nèi)河公務(wù)船舶近百艘，涉及海事、公安、消防、漁政、環(huán)衛(wèi)等，并已成為建造內(nèi)河公務(wù)用艇的重要基地。

由于特殊的內(nèi)河航道環(huán)境，內(nèi)河公務(wù)船舶不同于沿海的一般船舶，船體較小導(dǎo)致各個艙室空間狹小，用電負(fù)荷也較小。以前公務(wù)船舶在執(zhí)法過程中僅作為一般交通船使用，其設(shè)施設(shè)備相對簡單，全船動力設(shè)備不依靠電力供應(yīng)，通信、照明、航行信號設(shè)備由蓄電池供電。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，內(nèi)河船舶大型化的趨勢越發(fā)明顯，以及對在航行船舶執(zhí)法要求的不斷提高，因而對內(nèi)河公務(wù)船舶的要求也越來越高，如執(zhí)法現(xiàn)場化，監(jiān)控全程化，辦公舒適化，這些都離不開船舶電力的保證與供給。

目前內(nèi)河公務(wù)船舶配備的設(shè)備有1至3臺空調(diào)、視頻監(jiān)控設(shè)備、應(yīng)急可移動消防水泵和一些辦公用設(shè)備，其他都是按照內(nèi)河法規(guī)要求對動力、照明、安全、信號的需求配備。根據(jù)這些需求，僅靠蓄電池供電給設(shè)備，其容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足。因此現(xiàn)在公務(wù)船舶根據(jù)艙室空間和用電需求，一般均配備較小功率的單相或三相交流船用發(fā)電機(jī)組，這就涉及到電力系統(tǒng)供電線制的選擇、施工和檢驗。本文主要敘述公務(wù)船舶電氣檢驗過程中遇到的一些問題，以供探討。

1 配電系統(tǒng)線制的選擇

根據(jù)用電容量的大小以及用電設(shè)備的選擇，公務(wù)船舶的電源可分為單相和三相交流供電制，其電源由船舶自帶的(單相或三相)交流發(fā)電機(jī)組和岸電獲取。當(dāng)為單相發(fā)電機(jī)組時，船舶電力系統(tǒng)的線制基本采用交流單相雙線絕緣系統(tǒng)。考慮到用電安全及可靠，一般不采用一線接地的雙線系統(tǒng)和利用船體作為回路的單線系統(tǒng);當(dāng)采用三相發(fā)電機(jī)組時，船舶電力系統(tǒng)的供電制式大多采用交流三相三線絕緣系統(tǒng)或交流三相中性點(diǎn)接地的四線系統(tǒng)，同樣的原因，一般也不采用以船體作為中性線回路的三線系統(tǒng)。

1．1 交流單相雙線絕緣系統(tǒng)

交流單相雙線絕緣系統(tǒng)的設(shè)置，主要針對船舶上的空調(diào)、通訊、航行信號燈等單相用電設(shè)備。沒有三相用電設(shè)備，通常選擇1臺奧蘭、凱馬等單相發(fā)電機(jī)組。此類機(jī)組體積小、質(zhì)量輕，符合內(nèi)河公務(wù)船的要求，1組蓄電池作為應(yīng)急電源。此系統(tǒng)在內(nèi)河公務(wù)船上被廣泛使用。

1．2 交流三相三線絕緣系統(tǒng)

交流三相三線絕緣系統(tǒng)與一般大型內(nèi)河或沿海船舶的配電系統(tǒng)一致，主要用于船舶上的三相用電設(shè)備，如上述的應(yīng)急可移動消防水泵等一些應(yīng)急配套設(shè)備。相對其他配電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)較為明顯，如當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障仍然能繼續(xù)工作，最大限度地保持供電的連續(xù)性，因此得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是在內(nèi)河公務(wù)船舶中，要取得AC220 V電壓，必須經(jīng)變壓器獲得。這與公務(wù)船舶機(jī)艙空間較小、控制重量等要求不符，因此在公務(wù)船舶中很少采用。

1．3 交流三相中性點(diǎn)接地的四線系統(tǒng)

交流三相中性點(diǎn)接地的四線系統(tǒng)是將系統(tǒng)的中性點(diǎn)人為接地的線制。其特點(diǎn)是船舶動力、照明系統(tǒng)均由同一電源直接提供給2種(380 V和220 V)不同的電壓，不需要經(jīng)過變壓器變換電壓，從而省去了變壓器。這為內(nèi)河公務(wù)船舶擁擠的機(jī)艙節(jié)省了空間，同時與要求設(shè)備體積小、質(zhì)量輕來保證公務(wù)船舶航速的思路是一致的。這種系統(tǒng)過電壓倍數(shù)小，且維護(hù)方便，不需要在交流配電板中設(shè)置檢查電網(wǎng)的絕緣指示報警。但當(dāng)單相接地時便形成短路，可立即切斷故障，供電連續(xù)性難以得到保證。因此目前大多對供電連續(xù)性要求不高的內(nèi)河公務(wù)船舶選擇這種線制。

在中性點(diǎn)接地的四線系統(tǒng)中，其中性線回路具有較大的電流，可分為三相不平衡電流和三次諧波電流(這里不予討論)，三相不平衡電流與三線負(fù)載的不對稱度有關(guān)。因此應(yīng)注意三相負(fù)載的平衡，以便在正常情況下使用各相負(fù)載盡可能平衡在各自額定負(fù)載的15%以內(nèi)。在實際檢驗中發(fā)現(xiàn)，由于整個系統(tǒng)用電設(shè)備較少，且都是220 V用電設(shè)備，只有應(yīng)急移動消防泵是380 V用電設(shè)備，這導(dǎo)致系統(tǒng)接線或?qū)嶋H使用中，使得某項電流過大，其余兩項電流過小，甚至沒有。在檢驗過程中要注意電纜的容量是否能滿足最不平衡時的情況，防止電纜異常發(fā)熱以保證供電安全。同時，由于中性點(diǎn)接地和中性線流過電流，中性點(diǎn)接地的方式和中性線敷設(shè)的連續(xù)性是該船檢驗的關(guān)鍵。

2 中性點(diǎn)接地和N線敷設(shè)的施工與檢驗

2．1 中線點(diǎn)接地的方式

中性點(diǎn)接地的方式，在《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范(2009)》、《內(nèi)河小型船舶建造規(guī)范(2006)》和《內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則(2011)》中均沒有明確描述這種系統(tǒng)的接地要求和細(xì)節(jié)，可能這種線制在船上運(yùn)用的很少。在檢驗船舶中發(fā)現(xiàn)船上的中性點(diǎn)接地由船廠的電氣工程師直接用電線從發(fā)電機(jī)的接線柱上直接引出，簡單地用螺母壓接在發(fā)電機(jī)的機(jī)座上或在船體的骨架上，有的甚至隱藏的根本找不到或者油污油水等浸漬的位置，這給以后系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來了很大的隱患。

該系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地應(yīng)具有安全可靠的接地方式，這關(guān)系到該船上設(shè)備的安全運(yùn)行。船舶的工作環(huán)境惡劣，是一般電氣設(shè)備難以承受的，振動、沖擊、傾斜、搖擺、潮濕、油霧、霉菌等，都可以導(dǎo)致上述的接地連接方式斷開或者接觸不好形成虛接，從而使該線制變?yōu)槿嗨木€絕緣系統(tǒng)。在這種情況下，由于某相線絕緣不好(大多船舶經(jīng)常出現(xiàn)或存在)，使該相線與船體或相似位置相連接，導(dǎo)致其余兩相線對地(船體)電壓將由原來的相電壓(220 V)升高為線電壓(380 V)。由于沒有返回電源的導(dǎo)體通路，故障電流僅為極小的線地之間的電容電流，保護(hù)斷路器不動作，此電壓將持續(xù)存在。人體在檢修時接觸到無故障的相線，接觸電壓高達(dá)380 V，電擊致死的危險大大增加;掛接在無故障相線的額定電壓為220 V用電設(shè)備如果打開，也將由于中性點(diǎn)的“飄移”對設(shè)備引起損壞，同時也對線路絕緣的安全是很不利的。

雖然在規(guī)范和法規(guī)上沒有明確說明該線制的接地要求，但作者查閱了國際電工委員會(IEC)的相關(guān)規(guī)定，認(rèn)為具有重要的參考價值，即用專用的接地裝置與發(fā)電機(jī)引出在交流配電板中的N線相連接。這里的專用接地裝置是一內(nèi)設(shè)接地鍍錫銅排的不銹鋼盒子，該盒子應(yīng)安裝在一個便于檢查、不易受到機(jī)械損傷和油水等浸漬的地方，如艙壁或船體的骨架上，但絕不允許固定在船殼板上。盒子應(yīng)設(shè)有便于日常檢查、測量接地電阻的開閉封板，封板外面應(yīng)貼有明顯的接地標(biāo)志，同時告知非專業(yè)人員不得打開。接地排用電線與艙壁或骨架上接線柱可靠連接，銅接頭的兩側(cè)應(yīng)墊鍍錫銅墊圈，并應(yīng)設(shè)有彈簧墊圈或鎖緊螺母，以防止松動。在接線柱緊固之后，應(yīng)該隨即在接地導(dǎo)體的四周涂上防銹漆進(jìn)行封閉，以防止其導(dǎo)電接觸面氧化生銹，確保用測低電阻的歐姆表檢測的電阻要小于0．02 Ω，同時用藍(lán)色線(嚴(yán)禁使用裸線)將接地排與交流配電板中的N線匯流排相連接，其長度應(yīng)盡可能短。這里采用的接地線的橫截面積應(yīng)不小于相線的橫截面積。不過，這里需要提醒的是，以后該船每年的營運(yùn)檢驗，需要由專業(yè)電氣工程師用測低電阻的歐姆表測量該接地盒的接地電阻，電阻不得大于0．02 Ω。超過此值，則需要檢查接地排到船體的回路的連接可靠性。此過程需要在驗船師的監(jiān)督下進(jìn)行，同時應(yīng)在檢驗報告中注明。專用接地線與船體結(jié)構(gòu)的連接如圖1所示。

2．2 中性線敷設(shè)的連續(xù)性

中性點(diǎn)接地的四線系統(tǒng)的N線的敷設(shè)應(yīng)與陸上N線的敷設(shè)的要求是一致的，應(yīng)盡量避免“斷零”現(xiàn)象的發(fā)生。公務(wù)船舶上大多使用單相220 V的用電設(shè)備，如果發(fā)生“斷零”事故，雖然三相之間的相電壓仍然是380 V，但相對地(船體)的電壓將會隨著當(dāng)時使用的用電設(shè)備的隨機(jī)性不平衡而產(chǎn)生較大變化，而且N線的對地(船體)電壓也將升高，可能會發(fā)生對人的電擊事故。“斷零”燒設(shè)備的危險還在其隱蔽性，因為“斷零”后雖然設(shè)備壽命縮短，但這段時間內(nèi)燈泡依然亮，電動機(jī)仍工作，難以及時發(fā)現(xiàn)故障，待設(shè)備大量燒毀后才發(fā)現(xiàn)是“斷零”引起的，因此要注意船舶上N線的敷設(shè)的連續(xù)性。

圖1 專用接地線與船體結(jié)構(gòu)的連接

在船舶上敷設(shè)電纜，由于配電電器的存在，N線在全程敷設(shè)上不中斷是不可能的，因此選擇電纜及配電電器是保證不發(fā)生“斷零”現(xiàn)象的關(guān)鍵所在。根據(jù)上述中性點(diǎn)接地方式描述可以知道，從發(fā)電機(jī)到交流配電板這一段應(yīng)選擇四芯船用電纜。為保證N線上盡量少的線路端子連接，盡量減少串入開關(guān)和接頭，同時嚴(yán)禁在N線上串接熔斷器，將其N線直接接至交流配電板中的N排上，其余相線應(yīng)通過保護(hù)開關(guān)、監(jiān)測電器等設(shè)備。用電設(shè)備的饋線斷路器進(jìn)線N線和接地裝置的接地線都應(yīng)直接從N排上引出。這里要保證N線接頭的連接質(zhì)量，確保N線接頭的導(dǎo)電良好。

3 結(jié)語

綜上所述，由于中性點(diǎn)接地三相四線系統(tǒng)工作的特殊性，設(shè)計人員在選擇該線制時應(yīng)充分考慮各方面因素，充分比較，并將設(shè)計的思路和優(yōu)劣在設(shè)計之初告知船東業(yè)主;同時在設(shè)計時應(yīng)在圖中將關(guān)鍵設(shè)備(接地盒)和接地點(diǎn)描畫清楚，便于驗船師的審圖和檢驗;施工人員要按圖施工，認(rèn)真敷設(shè)電纜，測量接地電阻，確保整個電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

［1］ 宋謙．船舶電工制作［M］．哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社，2009．

［2］ 王厚余．低壓電氣裝置的設(shè)計安裝和檢驗［M］．北京:中國電力出版社，2007．