船舶電氣設備佈置_111514

Report
澎湖,台灣 , 11/18/2014
船舶電氣設備佈置
蘇俊連* 陳清金**
*國立高雄海洋科技大學輪機工程系
**台灣國際造船股份有限公司設計處電機設計課
1
GMDSS : 全 球 海 上 遇 險 和 安 全 系 統
(Global Maritime Distress and Safety System)
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RADAR MAST
3
4
5
WHEEL HOUSE 佈置
6
NAVIGATION CONSOLE
7
WHEEL HOUSE
8
NAVIGATION CONSOLE
9
Integrated Bridge Systems (IBS)
10
11
12
INERTIAL NAVIGATION SYSTEM (INS)
13
ENGINE CONTROL ROOM
14
ENGINE CONTROL ROOM
15
MAIN ENGINE CONTROL SYSTEM
16
INTEGRATED AUTOMATION SYSTEM
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船舶節能設計分析
一、主機採用電子點火方式
電子點火不同於凸輪軸之推頂動作,
可精確控制點火時間與噴油嘴使用
數量。
二、錨機與繫纜馬達之驅動使用
變頻器
變頻器對馬達可調速,且輸出不但
改變電壓而且同時改變頻率。
18
船舶機艙電氣裝備配置說明
•
•
機艙電器設備整體佈置安裝簡單乾淨
俐落,整體無雜亂的感覺,可見事先
已有詳細的模擬與規劃,才不會有事
後追加施工的突兀。
船上的分電盤與配電盤,應該事先與
製造商約定尺寸大小,安裝位置規劃
詳細,以致配電盤佈置得整齊劃一。
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船舶機艙電氣裝備配置分析
• 淨油機房的淨油機與傳送泵
的控制盤,整合於一群啟動
盤,是不錯的設計方式。但
控制盤置於淨油機房外面 ,
操作開關時,無法即時看到
裝備的狀況。
• 因機艙控制室體積太小 ,群
啟動盤安裝於機艙,現代很
多控制皆採用電子控制 ,而
機艙的溫度約45度C,如此佈
置應考慮,控制線路壽命的
問題。
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船舶甲板電氣裝備配置說明
• 散裝船在貨艙的圍緣(coaming)皆有安裝
手提式貨艙燈插座,而此艘船無任何插座。
• 救生筏設計位置較靠近中心線,相對於本
廠習慣安排於船舷邊不同,因此處理燈光
照明,須注意位置的變化。
• 前桅桿之結構上面,只有一座四方形平台,
無繁雜的結構。
21
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船舶住艙電氣裝備配置說明
時鐘主鐘用壁掛式,此種安
裝方式是較不美觀,且人員
經過易碰撞到,優點安裝施
工容易。
W/H Indicator Stand 設計
較寬,整合好許多操作盤面
與開關在盤面,減低W/H
control console的安裝空間
擁擠感。
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船舶住艙電氣裝備配置說明
• 指示作用的盤面如RATE of TURN
安裝在wheelhouse bridge最外側
供靠港指示用,優點是操車時直接
可以看到,缺點需考慮到防水等級
是否足夠,本公司傳統皆安裝於
wheelhouse 側壁P/S 邊。
• Wheelhouse前牆之指示作用的盤
面如舵角指示器、風速風向儀等皆
是壁掛於牆上,與本公司習慣安裝
在meter panel方式不同。
23
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船舶電氣裝備整合控制
 設備的啟動與停止控制,
儘量將附近的設備,整
合於同一控制盤面。
24
24
法規對船舶主電源要求
1. 足以供應船舶正常操作及適居的電力
2. 至少由兩部發電機組組成
3. 當任一部發電機組停止供電時,仍能維持推進、安全及最低
舒適度
4. 不受推進機器或軸系之速度及轉向影響,仍維持船舶正常操
作及適居條件
5. 任一發電機失效時,其餘發電機仍能讓主推進起動
6. 主電源為船舶之推進及操舵所必需時,喪失任何一部發電機
,仍能確保船舶安全
7. 避免發電機過載,自動切斷生活起居等次要裝備電路,必要
時可多個階段減載
8. 足以起動或連接大型電動機
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法規規定-500噸以上之船應有緊急電源
•緊急電源與相關設備、應裝於上層連續甲板以上,
由露天甲板通達,不得位於避碰艙壁之前方。
•緊急電源不得與A類機艙空間或裝有主電源相關設備
鄰接。
•可用電力足以供應緊急時之安全設施
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緊急時之安全設施
• 緊急集合地點與登艇站及舷外應急照明3小時。
• 下列處所18小時緊急照明:
(i) 走廊、梯道及出入口
(ii) 機艙及主發電站
(iii) 控制站、主配電站與緊急配電站 (iv) 消防裝具處所
(v) 操舵裝置處所 (vi) 救火泵處所 (vii) 油輪之貨油泵室
• 下列設備18小時之操作:
(i) 航行燈及國際海上避碰規定之燈光。
(ii) VHF 、 MF 、INMARSAT無線電設備。
(iii) 火警系統 (iv) 日間信號燈、氣笛 (v) 救火泵一台
• 操舵裝置,總噸位在10,000及以上船舶,其應有30 分鐘連續
操作之能量;總噸位在10,000以下者其應有10鐘之能量。
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Emergency Generator Service
Emergency lights
Navigation lights
Boat deck lights
Lift board winch (不須)
Nautical equipment
Radio equipment
Battery charging device
Emergency fire pump
Steering gear (one set)
Engine monitoring system
Em’cy compressor
Elevator
Machinery automatic equipment
Engine room ventilating fan (one set)
Emergency fire pump room ventilating fan
Signal lights (except Suez Canal search light)
Interior communication equipment
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緊急電源為發電機者
• 有獨立燃料供應,燃料閃點不低於43ºC。
• 主電源失效時,緊急發電機能在45秒內自動起動、
連接至緊急配電盤及各項設施
• 緊急發電機足夠結合其他機器,30 分鐘內由喪失動
力情況恢復船舶之推進。
• 緊急配電盤應裝設於緊急電源之鄰近
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緊急發電機房
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緊急發電機組之起動
• 能在溫度0ºC冷機狀態下迅速起動
• 自動起動者應能連續起動三次。
防止自動起動耗竭及人工起動失效
應設30分鐘內另加3次起動之第二能源。
• 緊急發電機起動方式有電力及液壓及壓縮空氣起動
者,得允許為人工起動,如手搖、慣性起動器、人
工充填液壓蓄能器或火藥填充筒等方法,能予以證
明為有效者。
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哥詩達協和號客輪觸礁的教訓
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哥詩達協和號客輪
•
•
•
•
總噸位:114,137噸
長度為290.2公尺、船寬達35.5公尺
吃水為8.2公尺、共有13層甲板。
Wartsila 12V46C電機六部,產生75,600(kW) 的電
力,驅動兩台21MW Alstom 固定螺距螺槳 (FPP)
推進馬達。
• 營運航速為19.6節,但最大航速可達23節。
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觸礁的經過
• 海事法規主要規範,已將船舶結構與船員訓練的所有方面
都涵蓋在內,並無缺失。
• 當時天候良好、月明星稀,晚上9點45分,突然撞上吉格
里歐島的黎斯柯爾岩礁 。
• 主因是人員臨場表現失誤(唯一無法透過立法規範)。
• 船長做出貼近海岸行駛的致命決定。
• 依賴先進的電子化航行輔助設備,只用6號小比例海圖
• 觸礁海水迅速湧入,輪機艙嚴重受損,失去推進動力
• 緊急發電機啟動運轉,但只能間歇性的發揮效用
• 操舵系統由緊急發電機提供動力,但方向舵卻卡死
• 1小時15分鐘後呈15°傾斜,4至8號水密艙區完全被淹沒
• 5死、15人失蹤及60人輕重傷 4000人獲救
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學到的教訓
• 用10萬分之1的比例海圖,以相當快的航速、在毫無照明
的海岸沿線航行必須受到嚴重譴責
• 緊急疏散程序管理鬆散,許多資深船員應變引導雜亂無章
• 建造時穩度計算與模擬測試,顯示該船完全符合國際海上
人命安全公約 (SOLAS)
• 為了讓乘客起居食宿空間充足,所有推進與動力設備佈置
於船底部,最容易受損害
• 每小時500至1,300立方公尺的高性能海水幫浦,只能靠主
配電盤來做供電,全數被海水淹沒
• 複雜的電力產生/配送系統,導致緊急發電機無法持續穩
定的供電
• 高級船員通常都被鼓勵與乘客們多做聯誼,許多客船的船
長都被視為名人
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船泊電力系統的電壓、週率
Item
Voltage
Frequency
Phase
Conductor
Generator
AC 450V
60 Hz
3
3 wire
Power motor
AC 440V
60 Hz
3
3 wire
Do.(fractional
horse power &
special service)
AC 110V
60 Hz
3
or
1
3 wire
Electric range
and oven
(if provided)
AC 440V
60 Hz
3
3 wire
Heating
AC 440V
60 Hz
3
or
1
3 wire
General and
Emergency
lighting
2 wire
2 wire
or
AC 110V
60 Hz
1
2 wire
AC 110V
60 Hz
1
2 wire
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船泊電力系統的電壓、週率
Item
Voltage
Frequency
Phase
Conductor
Nautical
equipment
AC 440V
60 Hz
3
or
1
3 wire
60 Hz
1
2 wire
-
-
2 wire
or
AC 110V
and/or
DC 24V
2 wire
Interior
communication,
general alarm, etc.
AC 110V
and/or
DC 24V
60 Hz
1
2 wire
-
-
2 wire
Radio equipment
AC 110V
and/or
DC 24V
60 Hz
1
2 wire
-
-
2 wire
Entertainment
equipment
AC 110V
60 Hz
1
2 wire
Battery light
DC 24V
-
-
2 wire
Bow thruster
AC 3,300V
60 Hz
3
3 wire
Reefer container
AC 440V
60 Hz
3
3 wire
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船泊電力系統的電壓、週率
• 船 舶 電 力 系 統 高 壓 動 力 馬 達 依 習 慣 均 採 用 AC
440V 60Hz 3相 3線式,但大型馬達(400KW以上)
如 艏 推 進 器 , 可 考 慮 使 用
AC 3,300V(或6,600V) 60Hz 3相 3線式以便減輕少
馬達尺寸節省電纜成本。
• 船舶電力系統低壓可依船東需求或母港電壓標準
採用AC 110V 電源或AC 220V電源,當然也可採
用 與 日 本 相 同 的 AC 110V 或 與 美 國 相 同 的 AC
115V電源。
38
電力系統的組成 FEEDER SCHEME
39
機艙控制室
40
主配電盤
41
主配電盤內部
42
主配電盤外觀
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發電機並聯的條件
•相同的負載下垂特性曲線
•電壓相同
•頻率相同
•相序相同
•相位一致,相角無誤
•波形須相同
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自動控制系統的發展
• 繼電器控制器:電路圖上看出其功能,只要有配
件即可做適當的修改,但體積大修改困難。
• PC板控制器:縮小控制系統體積,有保養容易快
速的優點,但電路板損壞只能完全換新,無詳細
標示電路板內部線路,不能修理也不容修改。
• 電腦控制器:主要是以可程式控制器為主,不同
的系統具備相同的硬體,以軟體構建出不同的功
能,優點是修改容易,維修方便,
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PLC的優點(與繼電器比)
•
•
•
•
•
•
具可靠性,体積小
控制線路具彈性,建立、修改快速
控制線路可列印出來
安裝測試時間短
可與電腦連線便於資料收集管理
具未來成長性
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PLC的優點(與電腦比)
• 使用階梯符號,類似電路圖
• 可高亮度顯示,便於曾除錯
• 適用於工業惡劣環境(具質量的一致性、可
靠性和長久性)
• 可直接交談
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PLC的缺點
•
•
•
•
•
•
•
作業系統和控制功能無法更新
專用硬體取得受限
需要本身的應用開發軟體和維護環境
不同的控制領域需採用不同的硬體和軟體
用戶的應用被迫適應控制硬體
應用的CPU比PC落後
缺乏開放性和靈活性
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電力管理系統
• FLOW CHART SYMBOL
49
電力管理系統
50
FLOW CHART
51
Synchronizing Panel
3 - ACB close-open switches
1 - AC voltmeter (for generators)
1 - AC voltmeter (for bus)
1 - Frequency meter (for generators)
1 - Frequency meter (for bus)
1 - Selector switch for AC voltmeter and frequency meter
(for generators)
3 - Governor motor control switches
1 - Synchroscope and switch
1 set - Synchronizing lamps
1 - Automatic synchronizing device for all generators
1 - Automatic load sharing device for all generators
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Synchronizing Panel
1 - Pilot lamp for shore connection
3 - Indicating wattmeters
1 - Main diesel generator starting selector switch (Remote Manual/Auto)
3 - Main generator start-stop switches
3 - Main diesel generator remote-start possibility indicating lamps
3 - Main diesel generator stand-by indicating lamps
3 - Main diesel generator starting-failure alarm lamps
3 - Main generator ACB non-close alarm lamps
3 - Main generator ACB abnormal trip alarm lamps
3 - Automatic synchronizing and load sharing start push button switch
3 - Automatic load transferring start push button switch
3 - Automatic synchronizing device operating indicating lamp
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Synchronizing Panel
1 - Power management system
1 - Preferential trip alarm lamp
1 - Low insulation level alarm lamp for 440V AC
1Low insulation level alarm lamp for secondary
circuits (220V AC) of general service transformer
1Low insulation level alarm lamp for secondary
circuits (220V AC) of forward lighting transformer
For emergency generator set:
1 - Emergency generator running indicating lamp
1 - Emergency generator stand-by indicator lamp
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Generator Panels
1 - ACB
1 - Generator space heater switch
1 - Generator space heater "ON" indicating lamp
Each 1 - AC ammeter and selector switch for
connection with each phase
1 - Reverse power relay
Each 1 - AC voltmeter and selector switch for
connection with each two phase
1 - Generator running indicating lamp
55
Generator Panels
1 - Generator running indicating lamp
1 - ACB close indicating lamp
1 - ACB open indicating lamp
1 - Automatic voltage regulator
1 - Alarm lamp for over current
1 - Alarm lamp for reverse power
1 - Alarm lamp for high & low voltage
1 - Alarm lamp for low frequency
56
發電機併聯
57
Thank You
for Your Attentions!
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