CN112260109B - 一种高防护双电制岸电箱 - Google Patents

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Abstract

一种高防护双电制岸电箱，包括箱体、三个塑壳主断路器、380V交流母排、两个接触器、直流快速熔断器组件；其中两个塑壳主断路器规格相同，从交流母排上取电，出线端分别连接两个接触器的进线端，两个接触器的出线端分别连接两个船载充电机；另一个通过线缆从一号塑壳主断路器的进线端子上取电；在直流快速熔断器组件上安装有四个熔断器本体，直流快速熔断器组件固定在直流铜排上，直流铜排通过绝缘子与箱体固定，铜排与绝缘子间加装橡胶垫块；熔断器本体的进线方式为下进上出；箱体上设有上门板和下门板。本发明解决岸电箱的对船载充电机的岸电配电问题；简化了岸电箱面板及内部监测电路、船载充电机充电的操作、监测流程。

Description

一种高防护双电制岸电箱
技术领域
本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种高防护双电制岸电箱。
背景技术
岸电箱为船载设备，并安装在船舶甲板上。船舶码头停靠时，岸电箱将岸上(或趸船上)的标准市电快捷接入靠岸船舶，以满足此时船舶所需的生活供电及通导、信号系统供电。
随着船舶行业的发展，新能源船舶，特别是纯电池动力船舶开始在内河、内湖中逐步显现，而传统的岸电箱已不能完全满足新能源船舶的停泊岸电接入需求，特别是动力蓄电池直流岸电充电的需求。
目前的岸电箱的配电功能仅限于靠岸船舶的生活供电。新能源船舶，特别是蓄电池动力船舶，在停泊时需要对动力蓄电池进行船载充电操作，现有岸电箱不具备蓄电池充电配电功能以及对直流母排的预充电配电功能。另外，使用岸基直流充电桩对动力蓄电池进行充电时，需打开蓄电池舱舱门，所需的充电电缆较长，不便于充电电缆的敷设、收纳。雨天打开舱门充电时，可能导致动力电池舱进水。除此以外，船载动力蓄电池的充电开关位于机舱内，而岸电的连接在甲板上完成，但充电操作及充电状态监测需进入机舱进行，充电操作过程不流畅。
发明内容
本发明的目的是通过一种高防护双电制岸电箱，解决蓄电池动力船舶使用船载充电机充电时，岸电箱的对船载充电机的岸电配电问题；另外，通过该岸电箱，可简化岸电箱面板及内部监测电路；简化船载充电机充电的操作、监测流程。通过本发明岸电箱面板上提供的快速直流充电接口，可简化岸基充电机充电操作流程。
本发明采取的技术方案是：
一种高防护双电制岸电箱，包括箱体、一号塑壳主断路器、二号塑壳主断路器、三号塑壳主断路器、380V交流母排、一号接触器、二号接触器、直流快速熔断器组件；
一号塑壳主断路器、二号塑壳主断路器、三号塑壳主断路器设置在箱体内部，其中，一号塑壳主断路器和三号塑壳主断路器规格相同，并通过接线排从岸电箱内部的380V交流母排上直接取电，二号塑壳主断路器为小电流规格，通过线缆从一号塑壳主断路器的进线端子上取电；
一号塑壳主断路器的出线端和三号塑壳主断路器的出线端分别连接一号接触器的进线端和二号接触器的进线端，一号接触器的出线端和二号接触器的出线端分别连接位于直流配电柜内的船载充电机一和船载充电机二；二号塑壳主断路器出线端则连接交流配电柜；
在直流快速熔断器组件上安装有四个熔断器本体，直流快速熔断器组件固定在直流铜排上，直流铜排通过绝缘子与箱体固定，铜排与绝缘子间加装橡胶垫块；熔断器本体的进线方式为下进上出，其进线连接直流充电插座中的直流充电主电缆的正极电缆，出线端连接动力电池(或其控制高压柜)的直流充电接口中的正极主电缆，四个熔断器本体分别对应四个进线连接直流充电插座，每个熔断器本体连接一个直流充电的正极电缆；箱体上设有上门板和下门板。
进一步的，在一号塑壳主断路器、二号塑壳主断路器、三号塑壳主断路器以及380V交流母排上加装开孔的透明L型PC材质防护板，该PC材质防护板固定在支撑条上，支撑条固定在箱体上。
进一步的，在箱体上设有不锈钢材质的扎带条、箱体加强筋及侧壁横撑条；在上门板和下门板内侧使用加强筋；岸电箱上设有与接地排相连的接地接口。
进一步的，在箱体内部设置两个可活动元件板，分别为上元件板、下元件板，并均设有固定衬，可活动元件板的打开方向均为由内向外。
在上元件板边缘设有一圈布线槽一，在上元件板还依次设有时间继电器，相序转换继电器，相序转换接触器、预充电接触器，多功能数显电测仪表、岸电的相序状态指示灯、岸电相序的手动转换开关、0-1-start三位置充电开关。
在下元件板边缘设有一圈布线槽二，在下元件板上布置有对外接线端子、相序继电器以及小型交流熔断器的底座。
进一步的，为增强岸电箱的防护能力，除上门板开孔少外，在上门板及下门板的内侧分别粘贴全密封橡胶条；在上门板及下门板的四周分别设计导流槽，以防止雨水及凝露侵袭。
进一步的，在箱体的穿透孔紧固螺丝外侧使用平垫片、内侧使用尼龙垫圈；安装完成并进行表面清理后，在穿孔内侧填充密封胶。
进一步的，岸电箱为壁挂式安装，使用六个箱脚与船体连接。
进一步的，在上门板外侧设置有状态指示灯；上门板内侧加装文件夹，上门板最大打开角度为90度，并使用机械式限位开关进行位置固定，防止船舶倾斜、摇摆时上门板摆动，导致人员碰撞、落水等安全事故；上门板与箱体的开合处使用不锈钢可伸缩搭扣锁定，满足不同人员的操作力度。
进一步的，下门板上布置四个750VDC、250A规格的直流充电插座，以及四个380VAC、125A规格交流插座，四个交流插座并接在交流母排上，交流母排通过绝缘子与箱体进行固定，绝缘子下方设有橡胶垫块；
下门板使用六个滚花头不脱出螺钉与箱体进行紧密连接，方便下门板的拆装。
进一步的，岸电箱采用下进线、下出线方式，并使用不锈钢材质填料函对箱体底部线缆的进、出线孔进行密封，防止外物侵入。
本发明的有益效果
岸电箱整体具有高防护性，可以安装在船舶露天甲板上，完全适应船舶水面大浪的侵袭及其他外物的侵袭。导流槽设计及箱体穿透孔的装配方式进一步加强了环境适应性。
岸电箱具有高强度，满足船舶长时倾斜、摇摆的停泊及航行工况。
岸电箱下门板上布置有多功能、高防护直流充电插座，岸基或趸船上直流充电桩可通过岸电箱上的直流充电插座直接为电池舱内的动力蓄电池组进行充电，降低充电线缆布线难度及充电操作难度。
岸电箱内布置有船载充电机的充电开关、预充电接触器、时间继电器，可实现对交流充电机的预充电，防止电压突变导致船载充电机内支撑电容的损伤。
岸电箱内安装交流主接触器，使用船载充电机对动力电池组进行充电时，可实现对充电机的自动控制及故障保护。只需将岸电箱内的充电开关短时置于自复式start使能位，整船自动化系统即可启动充电过程，无需进入电池舱进行其他充电操作；充电完成或充电过程出现故障时，则自动断开船载充电机的主电源。充电状态可通过岸电箱上门板多色指示灯即可进行关键状态判断，简化了整个充电操作流程。
附图说明
图1是本发明岸电箱上下门板图；
图2是本发明岸电箱内部结构图；
图3是本发明岸电箱左剖视图；
图4是本发明岸电箱右剖视图；
图5是本发明岸电箱上元件板布置图；
图6是本发明岸电箱下元件板布置图；
图7是本发明岸电箱穿透孔装配图；
图8是本发明岸电箱接口图；
图9是本发明岸电箱交流充电控制电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种高防护双电制岸电箱，包括箱体70、一号塑壳主断路器1001、二号塑壳主断路器1002、三号塑壳主断路器1003(分别为船载充电机一、日常辅助系统、船载充电机二进行配电及保护)、380V交流母排1006、一号接触器10061、二号接触器10062(分别作为船载充电机一和船载充电机二的自动控制开关，充电完成或充电过程发生故障时可自动断开)、直流快速熔断器组件1004(使用岸基或趸船直流充电桩充电时，该组件对直流充电过程进行过流、短路保护。其中，日常辅助系统供电电路与船载充电机充电电路相互独立。)；
高防护双电制岸电箱的外视图如图1。岸电箱为壁挂式安装，使用六个箱脚10与船体连接。
在上门板20外侧设置有多色状态指示灯201(其中，白色单色指示灯，用于指示岸电的接入情况，白-绿-红三色指示灯，分别表示充电为就绪、运行、故障状态)。
上门板20内侧加装文件夹202，用于存放设备图文，上门板最大打开角度为90度，并使用机械式限位开关203进行位置固定，防止船舶倾斜、摇摆时上门板摆动，导致人员碰撞、落水等安全事故；上门板20与箱体70的开合处使用不锈钢可伸缩搭扣204锁定，满足不同人员的操作力度。
下门板30上布置四个750VDC、250A规格的直流充电插座302(内含750V正负直流充电主电缆、24V正负辅助供电电缆、CAN通信电缆及连接确认信号电缆，用于与岸上或趸船上直流充电桩的多功能充电接口，其中两个插座为一组，使用双充电接口对一个电池组进行快速直流充电)，以及四个380VAC、125A规格交流插座304(用于与岸上或趸船上的标准市电岸电接口，用于船舶停泊时的日常供电及船载充电机供电)，四个交流插座304并接在交流母排1006上，交流母排通过第二绝缘子2006与箱体70进行固定，第二绝缘子2006下方设有第二橡胶垫块2010(可根据充电时间要求，连接不同数量的交流岸电电缆数量，并通过在船载充电界面选择相匹配的充电电流)；
下门板30使用六个滚花头不脱出螺钉305与箱体70进行紧密连接，方便下门板的拆装。
岸电箱采用下进线、下出线方式，并使用不锈钢材质填料函40对箱体70底部线缆的进、出线孔进行密封，防止外物侵入。
如图2所示，一号塑壳主断路器1001、二号塑壳主断路器1002、三号塑壳主断路器1003设置在箱体70内部，其中，一号塑壳主断路器1001和三号塑壳主断路器1003规格相同，并通过接线排从岸电箱内部的380V交流母排1006上直接取电，二号塑壳主断路器1002为小电流规格，通过线缆从一号塑壳主断路器1001的进线端子上取电；
双电制岸电箱的交流输入电源为标准市电岸电，即3相380V，50Hz交流电，其通过交流插座304汇入380V交流母排1006；在380V交流母排1006上还连接有多功能数显电测仪表506、相序转换继电器503(相序转换继电器503监测380V交流母排1006的相序，通过岸电相序的手动转换开关508的不同位置可选择380V交流母排1006对日用负荷供电的相序；岸电相序的手动转换开关508在自动位置时，自动控制相序转换接触器504动作，使日用负荷的电源始终为正序状态，防止辅助电动机、泵浦因输入反序的电源而进行反向旋转)。
直流充电桩输出直流电源，每2个直流充电插座302为一组，与一台双输出充电桩进行接口，在每个直流充电插座302与动力电池的充电正极主电缆间串接一个熔断器本体2103，用于直流充电系统的短路保护。在每个直流充电插座302中，除具有直流充电正、负主电缆外，还具有24VDC辅助供电电缆、主电缆温度监测传感器及其信号电缆、充电桩输出连接器连接确认电缆、电池输入连接器连接确认电缆以及电池管理系统与充电桩控制系统间的CAN通信电缆。
一号塑壳主断路器1001的出线端和三号塑壳主断路器1003的出线端分别连接一号接触器10061的进线端和二号接触器10062的进线端，一号接触器10061的出线端和二号接触器10062的出线端分别连接位于直流配电柜内的船载充电机一和船载充电机二；二号塑壳主断路器1002出线端则连接交流配电柜，船舶停靠时为整船提供日常辅助供电(见图8)；
在直流快速熔断器组件1004上(见图4)安装有四个熔断器本体2103，直流快速熔断器组件1004固定在直流铜排2104上，直流铜排2104通过第一绝缘子2101与箱体70固定，直流铜排2104与第一绝缘子2101间加装第一橡胶垫块2102；熔断器本体2103的进线方式为下进上出，其进线连接直流充电插座302中的直流充电主电缆的正极电缆，出线端连接动力电池(或其控制高压柜)的直流充电接口中的正极主电缆，四个熔断器本体2103分别对应四个进线连接直流充电插座302，每个熔断器本体2103连接一个直流充电的正极电缆；箱体70上设有上门板20和下门板30。
在一号塑壳主断路器1001、二号塑壳主断路器1002、三号塑壳主断路器1003以及380V交流母排1006上加装开孔的透明L型PC材质防护板，该PC材质防护板固定在支撑条2003上，支撑条2003固定在箱体70上。
在箱体上设有不锈钢材质的扎带条2007、箱体加强筋2009及侧壁横撑条2008；在上门板20和下门板30内侧使用门板加强筋209，分别如图3、图4所示，图3为左剖视图(1003右侧)，图4为右剖视图(1002右侧)。这些措施为加强岸电箱的强度，防止其在船舶长时的倾斜、摇摆工况下发生形变；岸电箱上设有与接地排相连的接地接口2105。
在箱体内部设置两个可活动元件板，分别为上元件板50、下元件板60，并均设有固定衬2001，可活动元件板的打开方向均为由内向外。
上元件板50的布置图如图5，在上元件板50边缘设有一圈布线槽一501，在上元件板50还依次设有时间继电器502，相序转换继电器503，相序转换接触器504、预充电接触器505，多功能数显电测仪表506(通过多功能数显电测仪表及其测量互感器1005可实现对岸电电压、电流、频率及功率等参数的实时监测、显示)、岸电的相序状态指示灯507、岸电相序的手动转换开关508(左侧开关为相序自动/手动开关，右侧为正序-0-逆序开关)、0-1-start三位置充电开关509(其中0位置为断开位，1位置为预充电接触器及主接触器线圈的供电位，start为充电使能位。上端、下端的充电开关分别为动力蓄电池电站1、2的充电开关)。
下元件板60的布置图如图6，在下元件板60边缘设有一圈布线槽二601，在下元件板60上布置有对外接线端子602、相序继电器603以及小型交流熔断器的底座604。
为增强岸电箱的防护能力，除上门板开孔少外，在上门板20及下门板30的内侧分别粘贴全密封橡胶条3003；在上门板20及下门板30的四周分别设计导流槽3001，以防止雨水及凝露侵袭。
在箱体70的穿透孔紧固螺丝702外侧使用平垫片701、内侧使用尼龙垫圈703；安装完成并进行表面清理后，在穿孔内侧填充密封胶704，穿透孔装配图见图7。岸电箱的整体防护能力达到IP56，可完全防止外物侵入及大浪侵袭，满足设备的船舶露天甲板安装、运用要求。
本岸电箱具备对动力蓄电池交流充电功能，对交流充电的控制电路如图9。本岸电箱对交流充电控制电路分为两个回路，均采用220V电源，一号接触器10061、二号接触器10062线圈吸合功率确定的情况下，采用220V控制电源可有效减小大电流主接触器的线圈的吸合瞬间冲击电流，同时减小正常充电操作及紧急停止充电操作时，充电开关509导致人体触电的危害。该控制电路中，KA11、KA21为船载交流充电机反馈的故障状态节点，交流充电机故障时，自动切断控制电路，进而自动断开主电路的供电；KA12、KA22为船载交流充电机反馈的预充电完成节点，充电预充电完成后，控制电路自动控制一号和二号接触器吸合，同时自动控制预充电接触器505断开，充电主电路开始工作；502为时间继电器，在充电开关509位于start位置或1位置后开始计时，8s后(时间可调整)，时间继电器的触点自动动作，起到与KA12、KA22相同的作用，此电路为预充电控制的冗余控制电路。两台交流充电机的控制回路相互独立，增强了整船充电系统的冗余能力，其220V控制电源来自交流配电板，该电源为380VAC岸电经塑壳主断路器1002支路及变比为400/230VAC船载变压器变换后的输出电源。

Claims (10)

1.一种高防护双电制岸电箱，其特征在于，包括箱体(70)、一号塑壳主断路器(1001)、二号塑壳主断路器(1002)、三号塑壳主断路器(1003)、380V交流母排(1006)、一号接触器(10061)、二号接触器(10062)、直流快速熔断器组件(1004)；
一号塑壳主断路器(1001)、二号塑壳主断路器(1002)、三号塑壳主断路器(1003)设置在箱体(70)内部，其中，一号塑壳主断路器(1001)和三号塑壳主断路器(1003)规格相同，并通过接线排从岸电箱内部的380V交流母排(1006)上直接取电，二号塑壳主断路器(1002)相对一号塑壳主断路器(1001)或三号塑壳主断路器(1003)的电流为小规格电流，通过线缆从一号塑壳主断路器(1001)的进线端子上取电；
一号塑壳主断路器(1001)的出线端和三号塑壳主断路器(1003)的出线端分别连接一号接触器(10061)的进线端和二号接触器(10062)的进线端，一号接触器(10061)的出线端和二号接触器(10062)的出线端分别连接位于直流配电柜内的船载充电机一和船载充电机二；二号塑壳主断路器(1002)出线端则连接交流配电柜；
在直流快速熔断器组件(1004)上安装有四个熔断器本体(2103)，直流快速熔断器组件(1004)固定在直流铜排(2104)上，直流铜排(2104)通过第一绝缘子(2101)与箱体(70)固定，直流铜排(2104)与第一绝缘子(2101)间加装第一橡胶垫块(2102)；熔断器本体(2103)的进线方式为下进上出，其进线连接到直流充电插座(302)中的直流充电主电缆的正极电缆，出线端连接动力电池的直流充电接口中的正极主电缆，四个熔断器本体(2103)分别对应四个直流充电插座(302)，每个熔断器本体(2103)连接一个直流充电的正极电缆；箱体(70)上设有上门板(20)和下门板(30)。
2.如权利要求1所述的一种高防护双电制岸电箱，其特征在于，在一号塑壳主断路器(1001)、二号塑壳主断路器(1002)、三号塑壳主断路器(1003)以及380V交流母排(1006)上加装开孔的透明L型PC材质防护板，该PC材质防护板固定在支撑条(2003)上，支撑条(2003)固定在箱体(70)上。
3.如权利要求1所述的一种高防护双电制岸电箱，其特征在于，在箱体上设有不锈钢材质的扎带条(2007)、箱体加强筋(2009)及侧壁横撑条(2008)；在上门板(20)内侧和下门板(30)内侧均使用门板加强筋(209)；岸电箱上设有与接地排相连的接地接口(2105)。
4.如权利要求1所述的一种高防护双电制岸电箱，其特征在于，在箱体内部设置两个可活动元件板，分别为上元件板(50)、下元件板(60)，并均设有固定衬(2001)，可活动元件板的打开方向均为由内向外；
在上元件板(50)边缘设有一圈布线槽一(501)，在上元件板(50)还依次设有时间继电器(502)、相序转换继电器(503)、相序转换接触器(504)、预充电接触器(505)、多功能数显电测仪表(506)、岸电的相序状态指示灯(507)、岸电相序的手动转换开关(508)、0-1-start三位置充电开关(509)；
在下元件板(60)边缘设有一圈布线槽二(601)，在下元件板(60)上布置有对外接线端子(602)、相序继电器(603)以及小型交流熔断器的底座(604)。
5.如权利要求1所述的一种高防护双电制岸电箱，其特征在于，在上门板(20)及下门板(30)的内侧分别粘贴全密封橡胶条(3003)；在上门板(20)及下门板(30)的四周分别设计导流槽(3001)。
6.如权利要求1所述的一种高防护双电制岸电箱，其特征在于，在箱体(70)的穿透孔紧固螺丝(702)外侧使用平垫片(701)、内侧使用尼龙垫圈(703)；安装完成并进行表面清理后，在穿孔内侧填充密封胶(704)。
7.如权利要求1所述的一种高防护双电制岸电箱，其特征在于，岸电箱为壁挂式安装，使用六个箱脚(10)与船体连接。
8.如权利要求1所述的一种高防护双电制岸电箱，其特征在于，在上门板(20)外侧设置有多色状态指示灯(201)；上门板(20)内侧加装文件夹(202)，上门板最大打开角度为90度，并使用机械式限位开关(203)进行位置固定；上门板(20)与箱体(70)的开合处使用不锈钢可伸缩搭扣(204)锁定。
9.如权利要求1所述的一种高防护双电制岸电箱，其特征在于，下门板(30)上布置四个750VDC、250A规格的直流充电插座(302)，以及四个380VAC、125A规格交流插座(304)，四个交流插座(304)并接在交流母排(1006)上，交流母排通过第二绝缘子(2006)与箱体(70)进行固定，第二绝缘子(2006)下方设有第二橡胶垫块(2010)；下门板(30)使用六个滚花头不脱出螺钉(305)与箱体(70)进行紧密连接。
10.如权利要求1所述的一种高防护双电制岸电箱，其特征在于，岸电箱采用下进线、下出线方式，并使用不锈钢材质填料函(40)对箱体(70)底部线缆的进、出线孔进行密封。
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