船舶交流电网中线连接系统的研究

焦勇

（渤海船舶职业学院，葫芦岛 125005）

1 引言

船舶交流电网为船舶电力拖动，电力操舵，导航，内部通讯和照明等电路提供电能。电力拖动系统包括电动机装置和控制装置，其中电动机起着原动力的作用，它的功能是把电能转化为机械能。电力操舵装置系统控制着船舶的方向。导航系统是船舶的耳朵和眼睛。内部通讯包括电话，广播，电信传令钟及电信号，是船舶的神经。船舶的照明包括舱室照明，甲板照明，探照灯，航行灯，信号灯和低压提灯，是全体船员做好工作的保障。

随着造船技术的迅速发展，电在船上的用途也越来越大。说的生动点，我们完全可以说船舶电网系统是船的血管和神经细胞。而交流系统是船舶的中枢神经。因此交流系统的中线连接方法是一个重要的问题[1]。

2 船舶交流电网中线绝缘系统与中线接地系统的分析

在船舶交流电网中，中线连接系统主要有两种：一是采用中线接地系统，二是采用中线绝缘系统。笔者通过对两个系统的深入考察和分析研究认为，在船舶交流电网中，中线绝缘系统优于中线接地系统。

2.1 中线接地系统

我们都知道，陆地上交流电网大多数采用中线接地系统。交流电网采用中线接地时，由于中线的接地电阻很小，因此中线与地间的电位差接近于零，相当于中性点直接接地。中线接地系统有以下特点[2]：

（1）在中线接地系统中，当其中一相出现短路等故障时（例如图1中A相短路），其它两相B、C对地电压基本不变，接近于相电压Up，有利于系统的稳定运行，防止系统振荡。而在中线绝缘系统中 B、C两相对地电压等于线电压Ul（Ul=Up）。但是，通常情况下在中线接地系统中某相出现短路故障时，保护装置会切断该相电源。

图1 三相四线制电路

（2）在中线接地系统中，电气设备和线路只需按相电压来考虑其绝缘水平，可降低电气设备的制造成本和线路的建设费用。

（3）在中线接地系统中，将电气设备在正常运行时不带电的金属导体部分与接地极之间作良好的金属连接，可在一定程度上保护人身的安全，降低人体遭受电击的危险。

2.2 中线绝缘系统

中线接地系统固然有许多优点。但是就目前来看，笔者研究发现，除个别情况外，船舶交流电网中一般采用中线绝缘系统，这与陆地上交流系统大多数采用中线接地的情况正好相反。船舶采用的中线绝缘系统，其优点主要体现为，在该系统中，其中一相短路接地不会使电源切断，而是发出警报（在接地检测系统中一般要安装警报器），有时间寻找并排除故障，这一点对船舶的航行安全是非常重要的，对于船舶因断电造成的重要设备失灵的危险是不能接受的。

但正如前面所述，中线绝缘系统在一相出现故障时会使另两相电压升高（另两相对地电压等于线电压Ul），这增加了人体触电危险的可能性，并提高对用电器绝缘水平的要求。

2.3 在船舶交流电网中使用中线绝缘系统的原因

在船舶上的考察，分析，研究表明，在船舶环境下，中线绝缘系统有其不可替代的优越性。

使用中线绝缘系统的原因之一。船舶交流电网若采用中线接地方法，一旦发生接地故障，电网断电会导致诸如舵机（船舶航行的主机）和重要的机舱辅机等重要航行设备（如导航设备，通讯设备）失灵，造成船舶瘫痪，甚至出现重大危险。在船舶环境下，对于三相交流电网中出现低阻抗（如过载，电器设备短路），从而导致保护熔断器及断路器的动作，严重时能使电源切断。这不仅影响电动机正常工作，还波及其它设备（如照明，通讯）。此外三相电路中的某相因故断路，在缺相状态下运行，可以造成短时间内烧坏重要设备（如发电机）的重大危险。反之，如采用绝缘系统，其中一相短路接地不会使电源切断，而只会使另两相电压升高并发出警报，这不仅有利于故障的排除，而且对于船舶安全也具有重大意义[3]。

原因之二，触电危险对中线接地和中线绝缘两种系统来说，是一样危险的。一种系统不比另一种系统更安全。对于中线绝缘系统，其遍及电网的对地额定漏电流是由于电容、设备表面漏电流以及可能发生的故障等原因造成的，因此，假设有人体触及电网，就会发生触电危险。对于接地系统，在船舶环境下，电压不论是380 V还是220 V都有致命的危险，因此它并不比绝缘系统更安全。根据近年来的大量实践表明，在所有的环境下，高于55 V的交流电压都被认为是不安全的[4]。

原因之三，电力系统发生故障时，两种中线系统都很难因电压浪涌而造成设备击穿。中线接地系统在这一点上也并非更优越。反对采用绝缘系统的主要论点是：当电力系统发生故障，或者当接通、断开开关时，会出现电流浪涌。这二种情况都会造成过电压浪涌，当电压浪涌过高，会造成电动机等电器设备击穿，从而发生危险。一个在电网分析器上实现的440 V三相绝缘系统的实验研究表明，一相接地的电感性负载发生故障，所产生的过电压为额定电压的 3.5至 4.5倍。如果故障是断续的，所产生的过电压为额定电压的4至5倍。另外开关的电流浪涌，对任何一种系统都将产生过电压浪涌，大约是额定相电压的 2至3倍。而在出厂前，一个装置中的各个部件都有严格的出厂试验。大多数的出厂试验，是用两倍工作电压加1000 V（最低2000 V）进行高压绝缘试验。对于设计的额定电压为440 V的装置，考虑到在运行中可能出现的偶然过电压，2000 V的最低极限电压也可提供较充裕的保护。况且更有实验表明电动机及控制设备等，在20000 V电压下（远高于浪涌电压），都有良好的绝缘性能。虽然在这种条件下的试验并不具有可重复性，但这仍可说明过电压造成绝缘击穿从而导致严重事故的可能性微乎其微。此外，目前船舶系统普遍使用整流器及二极管来保护设备。例如在计算机集控及仪表装置中，设计过程中会进一步考虑过电压浪涌的易损性问题等等[5]。

另外，发电机运行时，常由于附加负荷增加而过载。对于中线绝缘系统的电路过载问题，今天船用电站常采用自动卸载的方法予与解决。其方法是，由晶体管回路和继电器组成自动卸载电路。一些次要的电器设备通过不同级自动卸载，以保证其他主要电器设备的供电的连续性和稳定性。

3 结束语

对于船舶系统来说，接地故障会使重要设备失灵，而过电压造成故障的损害相比于断电的损害，通常来说还是比较轻的。据统计，船上最频繁的故障就是接地故障。若采用接地系统，就会使船舶系统运行风险加大，船舶安全得不到保障。而采用绝缘系统则可使其安全性大大增加。因此，在船舶交流电网中，中线绝缘系统是更优化的选择。

[1] 林华峰. 船舶电站. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社,2005.3.

[2] 华南工学院船舶船厂电气自动化教研组编. 船舶电力系统. 北京：国防工业出版社, 1982.6.

[3] 王鹏. 船舶电力系统短路电流. 船舶，2005（1）.

[4] 阮红军. 11000 kW海洋拖船电力系统设计. 船舶设计通讯, 2005（2）.

[5] 郝琇, 赵玉成. 船舶电力系统短路的试验研究. 船电技术, 2001（1）.