船用獨立式應急燈具的設計

王永光,錢志良

（蘇州大學機電工程學院,江蘇 蘇州 215021）

船用獨立式應急燈具的設計

王永光,錢志良

（蘇州大學機電工程學院,江蘇 蘇州 215021）

船用照明,特別是應急照明系統是十分重要的部分。對于緊急情況下船舶的能動性，保證船員生命安全方面具有舉足輕重的重要意義。船用獨立應急燈具因其使用環境復雜，部分使用位置的電壓、頻率等主要環境參數受周圍電器負載干擾因素較大。本文論述了船用獨立應急燈具在應急電器選配及設計過程中各種注意事項。

船用應急燈具；應急裝置；鎳鎘電池；鎳氫電池

1 船用應急燈具按供電方式和控制方式組合分為如下七種類型

（1）自帶電源獨立控制型（2）自帶電源集中控制型（3）集中電源獨立控制型（4）集中電源集中控制型（5）子母電源獨立控制型（6）子母電源集中控制型（7）子母電源子母控制型

目前國內產品以（1）類自帶電源獨立控制型為主（俗稱單體燈）,在國內占產品總量80 %左右。（2）類集中電源集中控制型占有百分之十幾的份額。另外（3）類集中電源獨立控制型也占有少數份額,在一定環境內具有較強的競爭力。其它（4）、（5）、（6）、（7）類產品在國內尚無成熟產品推 。本文討論的為（1）類自帶電源獨立控制型應急燈具。

2 船用燈具所要經歷的用電環境的特殊性

船舶在制造過程中，其用電環境有其獨特的幾個變化周期：

（1）岸電期：造船初期，直到船舶自備發電系統安裝調試完成使用前，船舶在船塢里使用的電源均為船塢岸上的陸地電源。實際上，整個造船過程中，80%以上的時間使用的是岸電。可能大家覺得岸電沒什么不好啊，穩定可靠，大家平時生活用的都是跟船塢岸電一樣的陸地電源。岸電本身沒什么不好，問題是，船舶自有發電系統的最終電源配備指標與岸電往往是有差異的。尤其是國內船廠所承接的國外造船項目。船電的最終環境，往往是230V/60Hz，而我們的岸電環境是220V/50Hz。

（2）船電調試期：船舶自備發電系統安裝完成后的調試階段，這段時間，因發電系統與負載之間的匹配問題，船廠會集中做一些調試，各種負載的頻繁開關，造成船舶本身用電環境較大的波動。

（3）船電試航期：試航期船舶自備發電系統調試已完成，船舶上的用電環境基本會穩定在一定的值上，這個最終可能達到設計目標，如230V/60Hz，偶爾也可能會有某些參數有偏差，例如電壓始終會在238V上調不下來或著是223V左右上不去。

3 船用獨立應急燈具的主要的電器配件及船用過程里會受到的影響

（1）鎮流器（LED燈具則為LED驅動）

（2）電池組

（3）應急裝置

上文講到了船舶在制造過程中，其用電環境有其獨特的幾個變化周期。電壓及頻率都會有較大的起伏。以鎮流器為例，鎮流器分電子與電感兩種（如果是LED燈具的話一般叫做LED驅動），是燈具正常供電情況下，保證燈具正常使用的主要電器配件。鎮流器雖然不是應急燈具的應急電器，但是同裝在一個燈具內，對于應急器件依舊會產生很大影響。舉個典型的例子，如一需要求IP67的固定式熒光應急燈具，選用的是230V/60Hz VS電感鎮流器，IP67要求的燈具封閉性能使得燈具內部溫度很難散發出來，正常情況下如果用電環境是230V/60Hz，鎮流器的發熱會是在60-70攝氏度之間，但是造船岸電階段的用電是220V/50Hz，因為赫茲的不同，經測試鎮流器的發熱會升高到80-90攝氏度之間。這個20攝氏度的溫度提升，對于IP等級要求高的應急燈具來說是致命的。很可能出現的情況是，船還沒造完，電池組因為耐受不了這樣的長期高溫而全面報廢！

同樣的，電子鎮流器，LED驅動，應急裝置，電池組，都會直接或間接，不同程度的受用船上用電環境變化的影響。

4 兩種主流電池組

4.1 鎳鎘電池

鎳鎘電池可重復500次以上的充放電，經濟耐用。與其它種類電池相比之下，鎳鎘電池可耐過充電或放過電，鎳鎘電池的放電終止電壓為1.0V/cell；使用溫度范圍在-20℃～60℃，在此范圍內可進行放電。

鎘鎳電池的電池表達式為：（-）Cd|KOH（NaOH）|NiOOH（+）

電池反應為：

放電時：Cd+NiOOH+H2O→Ni（OH）2+Cd（OH）2

充電時：Ni（OH）2+Cd（OH）2→Cd+NiOOH+H2O

4.2 鎳氫電池

鎳氫電池是有氫離子和金屬鎳合成的電池。它的電量儲備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對環境無污染。電池反應為：

充電時 正極反應：Ni（OH）2 + OH- → NiOOH + H2O + e-

負極反應：M + H2O + e- → MH + OH-

總反應：M + Ni（OH）2 → MH + NiOOH

放電時 正極：NiOOH + H2O + e- → Ni（OH）2 + OH-

負極：MH + OH- → M + H2O + e-

總反應：MH + NiOOH → M + Ni（OH）2

單看兩種主流電池組的介紹，很多船舶設計工程師都會自然而然的認為，選用使用鎳氫電池組的應急燈具性能會更好一些，但是從實際的工程使用狀況來看，事實并非可以一概而論。很多情況下，鎳鎘電池所裝備的船用應急燈具會比鎳氫電池裝備的應急燈具表現的更好。

5 應急裝置

應急裝置是燈具應急及電池組沖放電過程維護的主要控制器件。其品質性能的優越與否直接關系應急燈具的生死。有的廠商認為，使用一些簡單的恒流（且電流要小）充電電路設計，不管有沒有計時器，都可以安全地為鎳氫電池充電，允許的長時間充電電流為 C/10h（電池的標稱電量除以10小時）。實際上，一些造價低廉的無線電話基地臺和最便宜的電池充電器正是這樣工作的。盡管這可能是安全的，但對電池的壽命可能會有不良影響。

6 船用應急燈具的設計要點

6.1 鎮流器的選用

如無特別指明，盡量選用電壓及頻率范圍比較寬的電子鎮流器。因為當前一般的電子鎮流器的額定電壓范圍都可以涵蓋到220V-240V，額定頻率范圍都可以涵蓋到50-60Hz。這樣能有效的減少，造船過程中岸電船電用電環境轉換過程的影響。而且電子鎮流器，發熱量小，對于應急燈具內部應急裝置及電池組的溫度影響也小。

6.2 應急裝置及電池組的選用

因為對于燈具廠家來講，很難逐一驗證應急裝置的電路設計原理及細節，所以建議盡量選用行業內大的品牌技術成熟的應急裝置及電池組套裝。例如TRIDONIC，OSRAM，PHILIPPS等。

6.3 整裝測試

標準使用測試

測試環境：船電參數，最高環溫，整裝燈具通電。

測試方法：完整的充放電3個周期，主要元器件周邊需放置測溫感應點。

測試結果：測得3個應急時長的變化趨勢，不能有顯著下降的情況出現，否則失敗。測得的各元件周邊溫度不能有超出其所在元件Ta值的情況出現，否則失敗。

最大風險使用測試

測試環境：岸電參數，最高環溫，整裝燈具通電。

測試方法：完整的充放電3個周期，主要元器件周邊需放置測溫感應點。

測試結果：測得3個應急時長的變化趨勢，不能有顯著下降的情況出現，否則失敗。測得的各元件周邊溫度不能有超出其所在元件Ta值的情況出現，否則失敗。

7 結束語

本文主要綜合介紹了船用獨立式應急燈具在設計方面所涉及的各種用電環境及主要電器配件，并對設計過程中的配件選型方法及測試原則進行了闡述。雖然船用獨立式應急燈具在整個船舶照明電氣設計中只占很小的部分，但關乎人員的生命安全，其重要性不言而喻。一旦發生由于設計不完善而造成人身傷害及財產重大損失將會給個人和社會帶來不可挽回的后果。

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