船用独立式应急灯具的设计

王永光,钱志良

（苏州大学机电工程学院,江苏 苏州 215021）

船用独立式应急灯具的设计

王永光,钱志良

（苏州大学机电工程学院,江苏 苏州 215021）

船用照明,特别是应急照明系统是十分重要的部分。对于紧急情况下船舶的能动性，保证船员生命安全方面具有举足轻重的重要意义。船用独立应急灯具因其使用环境复杂，部分使用位置的电压、频率等主要环境参数受周围电器负载干扰因素较大。本文论述了船用独立应急灯具在应急电器选配及设计过程中各种注意事项。

船用应急灯具；应急装置；镍镉电池；镍氢电池

1 船用应急灯具按供电方式和控制方式组合分为如下七种类型

（1）自带电源独立控制型（2）自带电源集中控制型（3）集中电源独立控制型（4）集中电源集中控制型（5）子母电源独立控制型（6）子母电源集中控制型（7）子母电源子母控制型

目前国内产品以（1）类自带电源独立控制型为主（俗称单体灯）,在国内占产品总量80 %左右。（2）类集中电源集中控制型占有百分之十几的份额。另外（3）类集中电源独立控制型也占有少数份额,在一定环境内具有较强的竞争力。其它（4）、（5）、（6）、（7）类产品在国内尚无成熟产品推 。本文讨论的为（1）类自带电源独立控制型应急灯具。

2 船用灯具所要经历的用电环境的特殊性

船舶在制造过程中，其用电环境有其独特的几个变化周期：

（1）岸电期：造船初期，直到船舶自备发电系统安装调试完成使用前，船舶在船坞里使用的电源均为船坞岸上的陆地电源。实际上，整个造船过程中，80%以上的时间使用的是岸电。可能大家觉得岸电没什么不好啊，稳定可靠，大家平时生活用的都是跟船坞岸电一样的陆地电源。岸电本身没什么不好，问题是，船舶自有发电系统的最终电源配备指标与岸电往往是有差异的。尤其是国内船厂所承接的国外造船项目。船电的最终环境，往往是230V/60Hz，而我们的岸电环境是220V/50Hz。

（2）船电调试期：船舶自备发电系统安装完成后的调试阶段，这段时间，因发电系统与负载之间的匹配问题，船厂会集中做一些调试，各种负载的频繁开关，造成船舶本身用电环境较大的波动。

（3）船电试航期：试航期船舶自备发电系统调试已完成，船舶上的用电环境基本会稳定在一定的值上，这个最终可能达到设计目标，如230V/60Hz，偶尔也可能会有某些参数有偏差，例如电压始终会在238V上调不下来或着是223V左右上不去。

3 船用独立应急灯具的主要的电器配件及船用过程里会受到的影响

（1）镇流器（LED灯具则为LED驱动）

（2）电池组

（3）应急装置

上文讲到了船舶在制造过程中，其用电环境有其独特的几个变化周期。电压及频率都会有较大的起伏。以镇流器为例，镇流器分电子与电感两种（如果是LED灯具的话一般叫做LED驱动），是灯具正常供电情况下，保证灯具正常使用的主要电器配件。镇流器虽然不是应急灯具的应急电器，但是同装在一个灯具内，对于应急器件依旧会产生很大影响。举个典型的例子，如一需要求IP67的固定式荧光应急灯具，选用的是230V/60Hz VS电感镇流器，IP67要求的灯具封闭性能使得灯具内部温度很难散发出来，正常情况下如果用电环境是230V/60Hz，镇流器的发热会是在60-70摄氏度之间，但是造船岸电阶段的用电是220V/50Hz，因为赫兹的不同，经测试镇流器的发热会升高到80-90摄氏度之间。这个20摄氏度的温度提升，对于IP等级要求高的应急灯具来说是致命的。很可能出现的情况是，船还没造完，电池组因为耐受不了这样的长期高温而全面报废！

同样的，电子镇流器，LED驱动，应急装置，电池组，都会直接或间接，不同程度的受用船上用电环境变化的影响。

4 两种主流电池组

4.1 镍镉电池

镍镉电池可重复500次以上的充放电，经济耐用。与其它种类电池相比之下，镍镉电池可耐过充电或放过电，镍镉电池的放电终止电压为1.0V/cell；使用温度范围在-20℃～60℃，在此范围内可进行放电。

镉镍电池的电池表达式为：（-）Cd|KOH（NaOH）|NiOOH（+）

电池反应为：

放电时：Cd+NiOOH+H2O→Ni（OH）2+Cd（OH）2

充电时：Ni（OH）2+Cd（OH）2→Cd+NiOOH+H2O

4.2 镍氢电池

镍氢电池是有氢离子和金属镍合成的电池。它的电量储备比镍镉电池多30%，比镍镉电池更轻，使用寿命也更长，并且对环境无污染。电池反应为：

充电时 正极反应：Ni（OH）2 + OH- → NiOOH + H2O + e-

负极反应：M + H2O + e- → MH + OH-

总反应：M + Ni（OH）2 → MH + NiOOH

放电时 正极：NiOOH + H2O + e- → Ni（OH）2 + OH-

负极：MH + OH- → M + H2O + e-

总反应：MH + NiOOH → M + Ni（OH）2

单看两种主流电池组的介绍，很多船舶设计工程师都会自然而然的认为，选用使用镍氢电池组的应急灯具性能会更好一些，但是从实际的工程使用状况来看，事实并非可以一概而论。很多情况下，镍镉电池所装备的船用应急灯具会比镍氢电池装备的应急灯具表现的更好。

5 应急装置

应急装置是灯具应急及电池组冲放电过程维护的主要控制器件。其品质性能的优越与否直接关系应急灯具的生死。有的厂商认为，使用一些简单的恒流（且电流要小）充电电路设计，不管有没有计时器，都可以安全地为镍氢电池充电，允许的长时间充电电流为 C/10h（电池的标称电量除以10小时）。实际上，一些造价低廉的无线电话基地台和最便宜的电池充电器正是这样工作的。尽管这可能是安全的，但对电池的寿命可能会有不良影响。

6 船用应急灯具的设计要点

6.1 镇流器的选用

如无特别指明，尽量选用电压及频率范围比较宽的电子镇流器。因为当前一般的电子镇流器的额定电压范围都可以涵盖到220V-240V，额定频率范围都可以涵盖到50-60Hz。这样能有效的减少，造船过程中岸电船电用电环境转换过程的影响。而且电子镇流器，发热量小，对于应急灯具内部应急装置及电池组的温度影响也小。

6.2 应急装置及电池组的选用

因为对于灯具厂家来讲，很难逐一验证应急装置的电路设计原理及细节，所以建议尽量选用行业内大的品牌技术成熟的应急装置及电池组套装。例如TRIDONIC，OSRAM，PHILIPPS等。

6.3 整装测试

标准使用测试

测试环境：船电参数，最高环温，整装灯具通电。

测试方法：完整的充放电3个周期，主要元器件周边需放置测温感应点。

测试结果：测得3个应急时长的变化趋势，不能有显著下降的情况出现，否则失败。测得的各元件周边温度不能有超出其所在元件Ta值的情况出现，否则失败。

最大风险使用测试

测试环境：岸电参数，最高环温，整装灯具通电。

测试方法：完整的充放电3个周期，主要元器件周边需放置测温感应点。

测试结果：测得3个应急时长的变化趋势，不能有显著下降的情况出现，否则失败。测得的各元件周边温度不能有超出其所在元件Ta值的情况出现，否则失败。

7 结束语

本文主要综合介绍了船用独立式应急灯具在设计方面所涉及的各种用电环境及主要电器配件，并对设计过程中的配件选型方法及测试原则进行了阐述。虽然船用独立式应急灯具在整个船舶照明电气设计中只占很小的部分，但关乎人员的生命安全，其重要性不言而喻。一旦发生由于设计不完善而造成人身伤害及财产重大损失将会给个人和社会带来不可挽回的后果。

[1]钟妙芬.浅谈消防应急灯具及其供电设计[J].消防科学与技，2001（02）：24-25.

[2]汪治华,张献东.氢镍电池组充电控制技术研究[J].电源技术，2013（03）：390-392.