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[摘 要]文中结合法规规范介绍了船用主配电板出厂检验时需要注意的一些问题及处理方式
[关键词]主配电板 汇流排 空气断路器
中图分类号：TQ320.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0276-02
一、序言
主配电板是船舶电力系统的核心部分，对船舶电源发出的电能进行集中控制并合理分配给个用电设备，是功能完善的电站管理系统：可控制单台或多台发电机组同时并网运行。具有发电机组自启动、自动并车、负载分配、负载转移、分级卸载、电网绝缘监测、岸电与发电机互锁、重载和轻载管理、发电机组的保护与控制及其参数的设定等作用，目前，随着船舶设备电气化、自动化程度日益提高，船舶电站对配电板的依赖越来越大，一旦发生故障，将对船舶的正常航行及人民群众生命财产安全造成极大威胁，这就要求我们在检验主配电板过程中认真、仔细，对容易产生安全隐患的地方进行重点检查，为船舶提供可靠的、优质的配电设备，保障船舶航行安全。
二、柜体的重要性
主配电板作为重要的电气设备，首先需要有船检机构批准的相关图纸，并严格按照图纸制造，主配电板应具有符合《规范》第4篇表1.3.2.2规定的防护外壳。在一般舱室内安装的配电板，其顶部应达到防护等级IP22的要求，但如安装在符合规范要求的干燥舱室中，则其顶部的防护等级可降为IP21。配电板的两侧应有不低于防护等级IP2X的防护措施。额定电压大于500V者，其背面还应有不低于防护等级IP2X的防护措施；而且主配电板应具有坚固的结构，构架、底座、面板及盖板应平整坚固和有足够的机械强度，并采用能承受一定的机械、电气和热应力的材料制成。其外壳一般采用厚度不小于1.2mm的优质冷轧薄钢板制造。为了保证配电板的安全质量性能，通常我们比较注重对元器件的检验， 严格要求使用船用产品，并提供相应证书，往往忽视了其器件的载体——柜体安全性能的重视，其所采用钢板本身的质量，焊接工艺的要求，表面喷涂平滑度等等，缺少满足安全可靠性能的量化指标。配电板在出厂时都要进行各种试验并经船检认可，但是这些出厂试验只是偏重功能试验，包括耐压试验、温升试验、电气功能试验、绝缘测试等常规试验和爬电距离、电气间隙等常规检查，而没有对柜体进行耐热、耐潮、耐腐蚀、抗震动等试验；在日常检验中常常会遇到，不同的厂家，由于自身生产条件，生产工艺及生产成本的制约，所制造的柜体钣金其质量也参差不齐，在海上潮湿、盐雾、油雾及霉菌的恶劣条件下长期使用，给船舶的运营造成了安全隐患。因此，以笔者看来，在对厂家进行工厂认可及定期审核时，对钣金的设计生产人员及相应的各类数控设备、切割设备、焊接设备、防腐及喷涂设备等严格检查，坚决杜绝外协现象。并完善具体试验标准，提高配电板柜体的结构安全性和质量可靠性。
三、空气断路器的设置
断路器作为主配电板最重要的元器件，其选用的型号规格须严格按照批准的设计图纸，而且必须提供产品证书（曾经有发现使用“三无”空气开关，这会埋下严重的事故隐患）。主发电机用断路器一般应选用框架式自动空气开关，发电机用断路器的保护性能应满足规范要求，其过电流脱扣器的整定值应为可调式的（需要注意有些型号的空气断路器的脱扣器是档位可调式，可能出现与发电机过载整定值不匹配的情况），如属不可调者，则应为易于更换不同数值的形式。对功率在50KW以下的发电机，可采用塑壳断路器来保护。安装自动空气断路器时不要疏忽其飞弧距离当自动空气断路器在带电接通、分断正在工作的发电机和电动机等负载时，会产生电弧光泄放在灭弧室上方。尤其在发电机、电动机或汇流排短路时，空气开关喷发出的电弧将是极其猛烈的。电弧是高温灼热的导电物质，极易引燃、毁坏其喷射途径中的绝缘物质。如遇带电点或导电物质，还会造成短路现象，造成火灾使配电系统部分或整体瘫痪，对船舶安全造成严重威胁。万能式空气开关及装置式空气开关制造厂在出厂时，对其安全灭弧距离多作了明确的规定。例如：DW95型空气断路器，其安全灭弧距离规定在灭弧罩上方200mm范围。TO-100型装置式开关则为灭弧罩上方80mm。即：在这个范围内，必须保证绝对空间。不得布置有易燃易爆物质及易受损害的绝缘件，更不能有各类带电点和一切导电物质（如汇流排、金属骨架），也不得有任何物体堵塞、阻碍电弧光正常泄放。对于发电机保护、控制的空气断路器，在其灭弧室上方安全灭弧范围内，必须注意不得安装万能转换开关、仪表、指示灯、按钮，不得横穿电缆及金属安装构件。以保留足够的电弧泄放空间；对于接通、分断电动机等负载的装置式开关，安装时可能容易忽略这个问题。因为主配电板受其安装处所高度空间条件限制，以及日后维修保养的方便（最下排负载开关与底座板之间要保留足够空间）。在保证其灭弧距离前提下，尽可能将小容量整定值开关（如热保护值为15A）调至最上排，在框架金属骨架靠近灭弧室方向上敷贴耐火、耐热的绝缘物质。用以隔离电弧光，防止接地短路。同时注意防止金属固件暴露在绝缘板外面。在日常使用中，定期检测灭弧室的主触头超程和动触头复原弹簧的状态，动、静触头由于分、合频繁，会因相互摩擦而磨损，从而造成超程减小，接触压力减小。当超程减小到一定程度时，要更换动、静触头。动触头复原弹簧变形超过一定限度时，必须及时更换。不过施耐德的MT系列宣称采用了特殊的灭弧结构，增加弧电阻，能更有效的灭弧，六层的金属过滤罩能吸收由电弧产生的能量，并使外溢气体去电离，在安装上保证了零飞弧，即使在操作维护中遇到分断短路，也不会有危险电弧喷出灼伤人员。
四、汇流排的选择与布置
汇流排的制造及布置也是极其重要而容易忽视的，汇流排应由导电用电解铜或铜合金制成，其电气连接表面应平整光滑，并进行防腐蚀和氧化处理，汇流排必须坚固耐热，并能承受由于短路电流而产生的冲击力。在日常检验时，经常发现汇流排的规格，有些图纸设计单位没明确标明尺寸，有些生产厂家不按规范要求施工，如汇流排厚度不够，截面积偏小等等。其实我们可以根据以下图表来确定汇流排和连接导体的规格； 按图1表1及表2计算汇流排和连接导体所要承载的电流：
AE-发电机用汇流排；EJ-馈电用汇流排；DL-连接导体；
FM，HN-连接导体；MO，NQ-连接导体；OP，NQ-连接导体
汇流排，连接导体及其支承件应能承受短路时产生的热应力及机械应力而不致损坏。对于额定短路电流大于10KA的配电装置，应进行汇流排及其支撑件的短路强度计算和复核。
汇流排截面和形状的选择，通常要综合考虑汇流排的允许电流强度、短时电流强度和短路机械强度，取其大者。当无确切短路数据时，可根据汇流排的允许电流值来选择汇流排的截面和并联根数。如采用几根汇流排并联使用时，其单根汇流排安全载流量相对于上表3应适当降低。均压汇流排的载流能力，应不小于电站中最大发电机额定电流的50%。交流三相四线系统中中性线汇流排的截面积，应不小于相应相汇流排截面积的50%。
汇流排布置着重要考虑电气安全性。配电板中电气设备应有足够的电气间隙及爬电距离，以保证设备安全可靠工作。带电部件之间，以及裸露导电部件和带电部件之间的电气间隙和爬电距离应符合下表3的规定：
如果达不到规定要求时，在机舱这种高温、潮湿等恶劣工作环境中，一旦绝缘件表面受潮、凝聚盐雾、油雾及霉菌的情况下，漏电、爬电等可能性就大大的提高，甚至产生短路的恶性事故。这就要求日常检验时，重点对空气开关接线端汇流排的检查（特别对锚机、绞缆机等大功率电机的空气开关），使之安装符合要求。
五、舵机电动机和变压器空气开关的设置
舵机电动机和变压器开关应选用带瞬动保护的空气断路器，，舵机设备对供电可靠性要求是很高（设两套供电线路，左右舷敷设，尽量远离等等），在航行过程中由于各种原因，堵转力矩的忽然增大而导致过载，如果断路器跳闸停电，舵机无法工作，使船舶失去控制，甚至可能发生灾难性的船毁人亡事故。因此，规范规定舵机电动机应设置短路保护和过载报警装置，如设有包括起动电流在内的过电流保护，则应不小于所保护电路或电动机满载电流的2 倍，并应配置能够允许适当的起动电流通过。所以，为了保证舵机在各种海况下的可靠运行，主配电板的舵机电动机空气开关采用只带瞬时脱扣的短路保护，不设过载保护。这就要求我们在选择空气开关时，注意检查舵机电动机空气开关瞬时脱扣电流整定值，动作电流整定值由批准图纸确定（一般取额定电流12倍）。空气开关出厂前要整定好，并特别注明动作值。船用照明变压器是船舶电站的重要枢纽，它为船舶照明系统、航行信号系统、通讯导航系统、控制系统和安全报警系统供电。是保证船舶正常生产作业、安全航行和船上人员日常生活的重要设备。
照明变压器根据规范要求和系统设计考虑到保护动作的配合，空气开关只设瞬时脱扣的短路保护。并根据设计手册确定动作电流值，空气开关制造厂出厂前要整定好，并特别注明动作值。并且为了在航行时维修保养的方便，建议变压器的原边和副边都设置空气开关。
六、近期所遇到的几个问题
近几年，由于航运市场的不景气，配电板厂家的竞争愈来愈激烈，为了争取到订单，对客户言听计从，随意改变图纸设计。笔者曾经遇到过这些情况：
为了节省成本，主配电板的控制屏设转换开关，几台发电机共用一个空气断路器，这样做的弊端是显而易见的，如果几台发电机的功率不一样，其过载及短路保护的整定值也不同，空气开关将失去保护的作用；即使几台发电机的功率一致，也是不允许的，因为一旦空气开关损坏，所有发电机将无法正常供电；还有几台发电机共用一套仪表，同样会因为一两个仪表损坏而导致所有发电机的参数无法监测。
有客户为了日后私自安装电器设备方便，要求厂家在配电板的负载屏设置多个备用空气开关（有时甚至多达十余个），这导致了很多问题：其一，发电机的电力负荷是否会超出允许范围；其二，空气开关的整定值是否与之匹配；其三，如果连接油泵、风机之类的电动机还须设置分励脱扣线圈等等。
七、结束语
以上这些需要注意的问题，在出厂试验时，或者安装在船上进行系泊、航行试验时，不一定马上发生事故。但船舶长期在海上航行，时常遭遇恶劣的气候及复杂的海况。在这个过程中，上述问题带来的潜在危险将日益显现。日积月累，一旦条件成熟，便有可能发生安全故障甚至引发重大恶性事故。根据木桶原理，一个产品，无论其他部分的品质有多优异，其整体质量水准，仍取决于其中最薄弱的环节的质量水平，所谓千里之堤，溃于蚁穴。所以，我们在检验时，要重点检查薄弱环节，杜绝事故隐患，使主配电板全面地满足规范要求，为船舶航行安全保驾护航。
参考文献
[1] 中国海事局《国内航行海船法定检验技术规则》（2011）第4篇第2-1章.
[2] 中国船级社《国内航行海船建造规范》（2006）及其修改通报.
[3] 中国船级社《钢制海船入级规范》（2006）及其2007、2008修改通报第4篇.
[4] 中国船舶工业总公司《船舶设计实用手册》电气分册.
[5] GB/T 7061-2003船用低压成套开关设备和控制设备.
[6] GB/T 11634-2000船用交流低压配电板通用技术条件.
[7] GB/T 11803-89船用交流低压配电板机构及基本外形尺寸.
[8] CBZ342-84船用配电控制设备制造工艺.
[关键词]主配电板 汇流排 空气断路器
中图分类号：TQ320.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0276-02
一、序言
主配电板是船舶电力系统的核心部分，对船舶电源发出的电能进行集中控制并合理分配给个用电设备，是功能完善的电站管理系统：可控制单台或多台发电机组同时并网运行。具有发电机组自启动、自动并车、负载分配、负载转移、分级卸载、电网绝缘监测、岸电与发电机互锁、重载和轻载管理、发电机组的保护与控制及其参数的设定等作用，目前，随着船舶设备电气化、自动化程度日益提高，船舶电站对配电板的依赖越来越大，一旦发生故障，将对船舶的正常航行及人民群众生命财产安全造成极大威胁，这就要求我们在检验主配电板过程中认真、仔细，对容易产生安全隐患的地方进行重点检查，为船舶提供可靠的、优质的配电设备，保障船舶航行安全。
二、柜体的重要性
主配电板作为重要的电气设备，首先需要有船检机构批准的相关图纸，并严格按照图纸制造，主配电板应具有符合《规范》第4篇表1.3.2.2规定的防护外壳。在一般舱室内安装的配电板，其顶部应达到防护等级IP22的要求，但如安装在符合规范要求的干燥舱室中，则其顶部的防护等级可降为IP21。配电板的两侧应有不低于防护等级IP2X的防护措施。额定电压大于500V者，其背面还应有不低于防护等级IP2X的防护措施；而且主配电板应具有坚固的结构，构架、底座、面板及盖板应平整坚固和有足够的机械强度，并采用能承受一定的机械、电气和热应力的材料制成。其外壳一般采用厚度不小于1.2mm的优质冷轧薄钢板制造。为了保证配电板的安全质量性能，通常我们比较注重对元器件的检验， 严格要求使用船用产品，并提供相应证书，往往忽视了其器件的载体——柜体安全性能的重视，其所采用钢板本身的质量，焊接工艺的要求，表面喷涂平滑度等等，缺少满足安全可靠性能的量化指标。配电板在出厂时都要进行各种试验并经船检认可，但是这些出厂试验只是偏重功能试验，包括耐压试验、温升试验、电气功能试验、绝缘测试等常规试验和爬电距离、电气间隙等常规检查，而没有对柜体进行耐热、耐潮、耐腐蚀、抗震动等试验；在日常检验中常常会遇到，不同的厂家，由于自身生产条件，生产工艺及生产成本的制约，所制造的柜体钣金其质量也参差不齐，在海上潮湿、盐雾、油雾及霉菌的恶劣条件下长期使用，给船舶的运营造成了安全隐患。因此，以笔者看来，在对厂家进行工厂认可及定期审核时，对钣金的设计生产人员及相应的各类数控设备、切割设备、焊接设备、防腐及喷涂设备等严格检查，坚决杜绝外协现象。并完善具体试验标准，提高配电板柜体的结构安全性和质量可靠性。
三、空气断路器的设置
断路器作为主配电板最重要的元器件，其选用的型号规格须严格按照批准的设计图纸，而且必须提供产品证书（曾经有发现使用“三无”空气开关，这会埋下严重的事故隐患）。主发电机用断路器一般应选用框架式自动空气开关，发电机用断路器的保护性能应满足规范要求，其过电流脱扣器的整定值应为可调式的（需要注意有些型号的空气断路器的脱扣器是档位可调式，可能出现与发电机过载整定值不匹配的情况），如属不可调者，则应为易于更换不同数值的形式。对功率在50KW以下的发电机，可采用塑壳断路器来保护。安装自动空气断路器时不要疏忽其飞弧距离当自动空气断路器在带电接通、分断正在工作的发电机和电动机等负载时，会产生电弧光泄放在灭弧室上方。尤其在发电机、电动机或汇流排短路时，空气开关喷发出的电弧将是极其猛烈的。电弧是高温灼热的导电物质，极易引燃、毁坏其喷射途径中的绝缘物质。如遇带电点或导电物质，还会造成短路现象，造成火灾使配电系统部分或整体瘫痪，对船舶安全造成严重威胁。万能式空气开关及装置式空气开关制造厂在出厂时，对其安全灭弧距离多作了明确的规定。例如：DW95型空气断路器，其安全灭弧距离规定在灭弧罩上方200mm范围。TO-100型装置式开关则为灭弧罩上方80mm。即：在这个范围内，必须保证绝对空间。不得布置有易燃易爆物质及易受损害的绝缘件，更不能有各类带电点和一切导电物质（如汇流排、金属骨架），也不得有任何物体堵塞、阻碍电弧光正常泄放。对于发电机保护、控制的空气断路器，在其灭弧室上方安全灭弧范围内，必须注意不得安装万能转换开关、仪表、指示灯、按钮，不得横穿电缆及金属安装构件。以保留足够的电弧泄放空间；对于接通、分断电动机等负载的装置式开关，安装时可能容易忽略这个问题。因为主配电板受其安装处所高度空间条件限制，以及日后维修保养的方便（最下排负载开关与底座板之间要保留足够空间）。在保证其灭弧距离前提下，尽可能将小容量整定值开关（如热保护值为15A）调至最上排，在框架金属骨架靠近灭弧室方向上敷贴耐火、耐热的绝缘物质。用以隔离电弧光，防止接地短路。同时注意防止金属固件暴露在绝缘板外面。在日常使用中，定期检测灭弧室的主触头超程和动触头复原弹簧的状态，动、静触头由于分、合频繁，会因相互摩擦而磨损，从而造成超程减小，接触压力减小。当超程减小到一定程度时，要更换动、静触头。动触头复原弹簧变形超过一定限度时，必须及时更换。不过施耐德的MT系列宣称采用了特殊的灭弧结构，增加弧电阻，能更有效的灭弧，六层的金属过滤罩能吸收由电弧产生的能量，并使外溢气体去电离，在安装上保证了零飞弧，即使在操作维护中遇到分断短路，也不会有危险电弧喷出灼伤人员。
四、汇流排的选择与布置
汇流排的制造及布置也是极其重要而容易忽视的，汇流排应由导电用电解铜或铜合金制成，其电气连接表面应平整光滑，并进行防腐蚀和氧化处理，汇流排必须坚固耐热，并能承受由于短路电流而产生的冲击力。在日常检验时，经常发现汇流排的规格，有些图纸设计单位没明确标明尺寸，有些生产厂家不按规范要求施工，如汇流排厚度不够，截面积偏小等等。其实我们可以根据以下图表来确定汇流排和连接导体的规格； 按图1表1及表2计算汇流排和连接导体所要承载的电流：
AE-发电机用汇流排；EJ-馈电用汇流排；DL-连接导体；
FM，HN-连接导体；MO，NQ-连接导体；OP，NQ-连接导体
汇流排，连接导体及其支承件应能承受短路时产生的热应力及机械应力而不致损坏。对于额定短路电流大于10KA的配电装置，应进行汇流排及其支撑件的短路强度计算和复核。
汇流排截面和形状的选择，通常要综合考虑汇流排的允许电流强度、短时电流强度和短路机械强度，取其大者。当无确切短路数据时，可根据汇流排的允许电流值来选择汇流排的截面和并联根数。如采用几根汇流排并联使用时，其单根汇流排安全载流量相对于上表3应适当降低。均压汇流排的载流能力，应不小于电站中最大发电机额定电流的50%。交流三相四线系统中中性线汇流排的截面积，应不小于相应相汇流排截面积的50%。
汇流排布置着重要考虑电气安全性。配电板中电气设备应有足够的电气间隙及爬电距离，以保证设备安全可靠工作。带电部件之间，以及裸露导电部件和带电部件之间的电气间隙和爬电距离应符合下表3的规定：
如果达不到规定要求时，在机舱这种高温、潮湿等恶劣工作环境中，一旦绝缘件表面受潮、凝聚盐雾、油雾及霉菌的情况下，漏电、爬电等可能性就大大的提高，甚至产生短路的恶性事故。这就要求日常检验时，重点对空气开关接线端汇流排的检查（特别对锚机、绞缆机等大功率电机的空气开关），使之安装符合要求。
五、舵机电动机和变压器空气开关的设置
舵机电动机和变压器开关应选用带瞬动保护的空气断路器，，舵机设备对供电可靠性要求是很高（设两套供电线路，左右舷敷设，尽量远离等等），在航行过程中由于各种原因，堵转力矩的忽然增大而导致过载，如果断路器跳闸停电，舵机无法工作，使船舶失去控制，甚至可能发生灾难性的船毁人亡事故。因此，规范规定舵机电动机应设置短路保护和过载报警装置，如设有包括起动电流在内的过电流保护，则应不小于所保护电路或电动机满载电流的2 倍，并应配置能够允许适当的起动电流通过。所以，为了保证舵机在各种海况下的可靠运行，主配电板的舵机电动机空气开关采用只带瞬时脱扣的短路保护，不设过载保护。这就要求我们在选择空气开关时，注意检查舵机电动机空气开关瞬时脱扣电流整定值，动作电流整定值由批准图纸确定（一般取额定电流12倍）。空气开关出厂前要整定好，并特别注明动作值。船用照明变压器是船舶电站的重要枢纽，它为船舶照明系统、航行信号系统、通讯导航系统、控制系统和安全报警系统供电。是保证船舶正常生产作业、安全航行和船上人员日常生活的重要设备。
照明变压器根据规范要求和系统设计考虑到保护动作的配合，空气开关只设瞬时脱扣的短路保护。并根据设计手册确定动作电流值，空气开关制造厂出厂前要整定好，并特别注明动作值。并且为了在航行时维修保养的方便，建议变压器的原边和副边都设置空气开关。
六、近期所遇到的几个问题
近几年，由于航运市场的不景气，配电板厂家的竞争愈来愈激烈，为了争取到订单，对客户言听计从，随意改变图纸设计。笔者曾经遇到过这些情况：
为了节省成本，主配电板的控制屏设转换开关，几台发电机共用一个空气断路器，这样做的弊端是显而易见的，如果几台发电机的功率不一样，其过载及短路保护的整定值也不同，空气开关将失去保护的作用；即使几台发电机的功率一致，也是不允许的，因为一旦空气开关损坏，所有发电机将无法正常供电；还有几台发电机共用一套仪表，同样会因为一两个仪表损坏而导致所有发电机的参数无法监测。
有客户为了日后私自安装电器设备方便，要求厂家在配电板的负载屏设置多个备用空气开关（有时甚至多达十余个），这导致了很多问题：其一，发电机的电力负荷是否会超出允许范围；其二，空气开关的整定值是否与之匹配；其三，如果连接油泵、风机之类的电动机还须设置分励脱扣线圈等等。
七、结束语
以上这些需要注意的问题，在出厂试验时，或者安装在船上进行系泊、航行试验时，不一定马上发生事故。但船舶长期在海上航行，时常遭遇恶劣的气候及复杂的海况。在这个过程中，上述问题带来的潜在危险将日益显现。日积月累，一旦条件成熟，便有可能发生安全故障甚至引发重大恶性事故。根据木桶原理，一个产品，无论其他部分的品质有多优异，其整体质量水准，仍取决于其中最薄弱的环节的质量水平，所谓千里之堤，溃于蚁穴。所以，我们在检验时，要重点检查薄弱环节，杜绝事故隐患，使主配电板全面地满足规范要求，为船舶航行安全保驾护航。
参考文献
[1] 中国海事局《国内航行海船法定检验技术规则》（2011）第4篇第2-1章.
[2] 中国船级社《国内航行海船建造规范》（2006）及其修改通报.
[3] 中国船级社《钢制海船入级规范》（2006）及其2007、2008修改通报第4篇.
[4] 中国船舶工业总公司《船舶设计实用手册》电气分册.
[5] GB/T 7061-2003船用低压成套开关设备和控制设备.
[6] GB/T 11634-2000船用交流低压配电板通用技术条件.
[7] GB/T 11803-89船用交流低压配电板机构及基本外形尺寸.
[8] CBZ342-84船用配电控制设备制造工艺.