介绍
克罗地亚SCHRACK TECHNIK Ltd的董事 Josip Zdenković 在他的上一篇文章中撰写了一篇关于在 Matsko 号船上使用 Victron Energy 设备的博客。Josip 和他的团队精确地展示了如何在船上的电气装置中进行“手术切口”，以便在发电机噪音不受欢迎时添加一个安静的电源。他承诺在下一篇文章中至少描述一些关于船上安装的基本和一般规则。以下是 Josip 自己撰写的文章。这次，同样来自 SCHRACK TECHNIK 的 Dalibor Buljan 协助制作了这些图片。这是上一篇文章。
船舶安装的一些细节
如果您决定自行建造或重建船舶装置，本文旨在作为您自己研究的初步框架。我们无法说出我们想要说的一切，也无法确保我们已经以足够清晰和准确的方式向所有人解释了所有内容！请记住，在船上使用您装置的人远非专业人士，可能对使用船舶电气装置没有任何特殊知识。阅读本文后，请咨询每天处理船上装置并拥有适当熟练工人的认证设计师或公司。阅读本文并不能使您在没有进一步专家咨询的情况下独立工作。但也许它会让一些事情比以前更清楚一些……
将船停靠在码头或船坞后，我们要做的第一件事就是连接岸电。我们的电池可能没电了，我们已经关闭了冰箱以节省电池电量。最终，我们希望连接到航行期间未使用或不需要的更强大的负载。图 1 显示了使用接线盒柜连接到电气分配器的船只。
图 1 – 维斯岛码头配备了由 SCHRACK TECHNIK 设计的电源接线盒（与上面的标题图片相同，但在夏天拍摄）
如果我们想了解船上安装，首先让我们考虑一下，根据低压电气安装标准 IEC 60364 第 7-709 部分，我们期望在岸上的接线盒中找到什么，该标准描述了码头和类似位置的安装要求。简单来说：使用接线盒上的岸上插座的电源时需要什么样的保护？为什么要使用所有这些保护？
电流对人体的影响
电对人体的影响最重要的因素是流过人体的电流强度，如下所示：
- 释放电流——无需帮助，即可与带电部件（带电部件）分离的最大电流。
- 非颤动电流——电流水平高于释放电流，但仍不会导致死亡，并且
- 颤动电流——致命的最小电流（其值因人而异）。
除了电流强度，暴露时间也有很大影响。图 2 显示了人体根据暴露电流的强度和时间的反应区域。请注意，区域 3 被虚线分为左右两部分。
图 2 – 电流强度和持续时间对人体的影响
如果我们想要控制人体接触电，就必须知道哪种电压水平会导致电流流动仍然被允许，因此是无害的。在正常环境条件（干燥条件）下，人与带电部件直接接触的永久允许电压在交流电（AC）50Hz 下低于 50V，直流电（DC）低于 120V。在更困难的环境条件下（例如，直接连接到地电位的人与带电部件的永久接触，并且由于皮肤或衣服潮湿，人体电阻显著降低），接触电压边界降低到 25V AC 和 60V DC。
如果一个人接触到频率为 50Hz 的 50V 以上的电源电压，为了保护他，该电压水平的持续时间不得超过规定的时间。例如，接触频率为 50Hz 的 230V 交流电压的带电部件时，接触时间不得超过 170 毫秒 (ms)，在极端恶劣、潮湿的条件下，接触时间不得超过 50 毫秒！当然，考虑到人体内确切的电流路径，会有一些差异，但这超出了本文的范围。
岸上接线盒内设有防触电保护装置
通过将设备安装在封闭的机柜中并使用绝缘良好的电缆，可以防止直接接触带电设备的带电部件。但由于可能发生的绝缘故障，带电导体仍可能连接到金属外壳或其他金属块，而这些金属块在正常使用中永远不会通电。然后我们讨论与带电部件的间接接触，因此需要适当的间接接触保护。故障期间同时可接触部件之间出现的电压称为接触电压。例如，当故障发生在输入电缆绝缘层损坏且损坏的电缆接触靠近电器输入端子的金属电器外壳且人与地电位良好连接时，预期的接触电压值可以是电源的全电压水平，如图3所示。
图 3 – 间接接触：意外接触带电部件 – 接触有缺陷设备的金属外壳
保护人体免受间接接触的常用方法是电源发生故障时自动关闭。通过码头接线盒中的自动关闭装置来防止间接接触带电部件的装置之一是过流保护装置。要使该装置成功执行电源的自动关闭，特定故障必须产生足够强的故障电流，以在足够短的时间内切断电源，因此对人体无害。
这意味着：
- 必须有一个允许故障电流流动的闭环电路（运行故障电流的电路取决于网络和负载接地系统；即 TN、TT、IT；同样，我们不会深入探讨！）。
- 必须及时使用适当的过流保护装置中断故障电流，以防止对接触电压的人员造成伤害。
码头接线盒中的过流保护装置是微型断路器 (MCB)。图 4a 给出了 SCHRACK TECHNIK MCB 的典型横截面内视图以及关断电流时间特性。
图 4a – SCHRACK TECHNIK MCB 横截面；几种额定电流为 32A 的 MCB 类型的关断曲线
保护开关 MCB 具有两个触发器，用于激活其关闭机制。通过杆移位手动开启。杆后面的开关位置指示器指示打开或关闭状态。
第一个关断触发器是热触发器，用于监控长期但较小的过载电流量。它用于防止电线绝缘层因这种轻微电流过载而熔化。当连接到某些线路的用电设备数量超过内置电线横截面积允许的数量时，就会发生这种过载。热触发器使用双金属元件。用于断流的双金属元件通常可用于熨斗、热水器和各种恒温器。
第二种关断触发器是磁触发器。故障短路电流流过线圈会产生磁场，从而形成吸引关断机制的电磁铁。MCB 有三种类型：B、C 和 D。在热触发响应方面，它们都以相同的方式和时间起作用，而在更高的短路电流水平下，特性则不同。B 型 MCB 在 5 In 时断开（5 个额定电流 - 通常用作家用 MCB），C 型在 10 In 时断开（用于变压器和荧光灯），D 型在 20 In 时断开（其应用于大型电机、变压器和汞灯）。当足以满足特定特性的短路电流流过 MCB 时，所有断路器（B、C、D 型）都会在 100 毫秒内关闭。为了防止发生短路，刨床在施工时应始终检查流过断路器的电流水平。该短路电流必须足够大，才能触发 MCB 中的磁性过流触发器。
码头接线盒中用于确保使用自动断电保护来防止与带电部件间接和直接接触的下一个也是最重要的设备是剩余电流装置 (RCD) 开关。大约 90 年前，Schrack 先生首次为 RCD 开关申请了专利！RCD 开关最重要的数据是额定电流“In”和额定（跳闸）差动剩余电流“IΔn”。每个岸上接线盒插座应使用一个单独的 RCD 开关。
RCD 开关的工作原理如图 4b 所示。该原理基于基尔霍夫第一定律，即流入节点的电流总和等于流出节点的电流总和。
简而言之：RCD 开关监控从公用设施通过相线进入负载的电流量与通过中性线离开负载流向公用设施的电流量之间的差值。RCD 开关的一个关键部件是铁氧体环，它实际上是环形变压器的核心。当负载没有故障时，流过铁氧体环（初级侧）的负载电流总和等于零，因此在铁氧体环周围的绕组（次级侧）中没有感应电流。如果发生故障，保护导体 PE（地）将接管故障电流。因此，中性线中将没有电流。这会造成不平衡。流过铁氧体环的电流总和不再等于零。铁氧体环周围的绕组本身会产生一些电流，这些电流会进一步流过电磁铁。电磁铁吸引电枢，因此开关关闭。测试按钮和电阻器可用于测试 RCD 开关。按下按钮时，RCD 开关必须关闭电源。RCD 开关只能用于中性线和保护线分开引导的系统。
额定剩余电流为 30mA 的 RCD 开关应在故障电流超过 15mA 时断开，因此关闭时间通常低于 100 毫秒。但是，RCD 开关无法检测负载中的短路。为此，使用已经描述的 MCB。RCD 开关仅在电流“流”到它不应该流的地方时（流过金属外壳或流过人体流向地面）才会做出反应！
图 4b – RCD 开关的工作原理
如今的技术使得断路器和 RCD 开关能够集成在一个底盘中。这种装置称为组合保护开关。它将 MCB 和 RCD 开关的所有特性整合在一个外壳中。这种保护装置很可能位于码头上每个岸电插座的接线盒中，如图 5 所示。
图 5 – 岸电连接端子盒
图 5a – SCHRACK TECHNIK 设计的克罗地亚维斯岛岸上接线盒
船只连接
用于连接船舶的电缆由工业电缆插头和三线柔性电缆组成，该电缆永久固定在船舶装置上，也可以通过船舶插头上的工业电缆插座连接。电缆插头和电缆插座中的一个触点连接到电缆中的保护导体（三线电缆中的三个导体之一）。电缆长度不应超过 25 m，并且电缆在该长度内不得有任何中间件。
图 6 – Victron 岸电连接电缆
当使用工业插头进行船侧连接时，必须将其安装在容易接触的地方，以免发生损坏，例如由于船舶运动而导致的电缆顶起、接触绳索或锚或与任何其他运动部件挤压。
图 7 – 船上安装带 Victron Energy 插头的简单电路板安装
从船上的输入插头，电流通过 MCB 和 RCD 开关（或如上所述的组合保护开关）传递到负载。保护接地导体连接到船上的电位均衡轨。船舶的所有金属部件和电气设备也通过单独的导体连接到电位均衡轨。电位均衡轨必须连接到船舶的金属部件，该部件始终与船舶周围的水接触。
对所有金属部件进行电位均衡，并将电位均衡导轨良好接地，这也是防止间接接触过高接触电压的带电部件的基本保护措施之一。如果任何电线绝缘故障影响到任何电器的金属外壳，则所有互连的金属部件上都会出现相同的电压，因此不会出现接触电压，因为导电部件之间会有电压差。
电位均衡与用过流保护装置 (MCB)断开电源以及用剩余电流装置 (RCD)断开电源相结合，提供了足够有效的保护。
看到图 5、6 和 7，人们可能会开始感到安全和放心，因为到目前为止我们所说的一切都不比通常的内部安装更复杂。但大自然已经考虑到，当考虑船上安装时，这不是思考的结束，而只是正确的起点！
海洋的影响
金属具有其自身特定的电势特性，以使自身分子保持在一起。这种电势因金属而异，如图 8 所示。
图 8 – 海水中金属的平均电位
金属浸入海水后的特定电位水平如图 8 所示，范围从
-1,6V 到 + 0,4V。当比较两种金属的电位时，请注意各种金属之间存在电位差（例如，锌为 -1,6V，青铜为 -0,3V）。1,3V 的电位差实际上是可以驱动电的电压。
将各种金属浸入电解质（一种导电液体）中，我们得到一个原电池，或者更简单地说，一个具有一定电压的电池。 更负（不太贵重）的金属称为阳极，它是我们电池的负极。 更不负或甚至更正的金属（更贵重）称为阴极，它是我们电池的正极。 我们从小学学习伏打实验时就知道了这一点；将铜和锌条浸入硫酸中，变成电压为 1.1 的电池。 这里也回想一下对常见铅电池工作原理的类似描述。
如果两种金属浸入电解液中，并形成电连接，比如说用电线连接或只是电连接在一起，就会发生电位均衡过程。负极阳极将释放多余的电子流向阴极。电子流，即负电荷载体，通过电连接从负极流向正极。我们也可以理解正电荷从正极移动到负极，即从阴极流向阳极。正电荷流动方向通常被认为是“直流电的官方方向”。我们说电流通过电线从电池正极流向负极。阳极失去电子，无法再将其分子保持在一起。阳极的释放部分始终带正电，称为离子。因此，在导线中，我们有电子流，而在电解质中，我们有“离子”流。因此，电路在电气上是闭合的，并且趋向于电位均衡。
这个过程是一种电化学腐蚀，更准确地说是电偶腐蚀（浸入电解质中的两种金属的特定电位的电偶电压差产生电流）。 更负、更不活泼的阳极电极正在“腐蚀”，同时，更不负、更活泼的阴极电极被保留下来，甚至被部分阳极金属覆盖。 消耗的阳极称为牺牲阳极。 而通过故意牺牲阳极来保护阴极的整个过程称为阴极腐蚀保护。
图 9 – 电偶腐蚀和针对电偶腐蚀的阴极保护
图 9 左侧显示了一艘未受保护的船舶上发生的情况。两种不同的金属电连接并浸入海水中。由于电化学腐蚀，青铜正在腐蚀，而不锈钢部分则保留下来。图 9 右侧显示的船舶有一个锌牺牲阳极。锌会腐蚀，而青铜和不锈钢仍按预期保存下来。在这里，我们可以理解“牺牲”阳极这个名称的完整含义。
进一步假设我们的船配备了定期维护和更换的牺牲阳极。牺牲阳极的尺寸是根据海底需要保护的金属表面的尺寸设计的。但如果我们到达码头，只需将船连接到岸上电源，保护导体就会将码头金属部件和船舶金属部件电连接起来。码头和船舶在海水中，并通过保护导体电连接。这会导致电化学腐蚀，其中牺牲阳极不仅保护船舶，还保护码头金属部件。在保护码头的同时，牺牲阳极会比预期的更快消失，因为它们仅用于保护船舶！情况如图 10 所示。
图 10 – 牺牲阳极为何磨损更快？船舶保护阳极“保护”码头
让我们考虑以下情况。如图 11 所示，几艘船连接到同一个岸上接线盒。它们的金属部件也通过保护导体连接。现在可能发生的情况是，您的船（受牺牲阳极保护）还保护着附近未受保护的船只，您通过岸电连接电缆和岸上接线盒装置的保护导体与该船只相连。因此，牺牲阳极的磨损速度会再次比预期的更快。快速磨损的问题不在于阳极或其更换的价格，而在于当您消耗掉牺牲阳极时，连接中电位第二大的金属就会开始腐蚀；比如说，青铜螺丝就会腐蚀。当您第二年返回到在码头上过冬并连接到岸上接线盒的船上时，最不希望看到的就是一颗“被咬掉”的螺丝，这样才能对冬季电池进行最佳的维护。
图 11 – 牺牲阳极磨损速度比预期更快的原因：2 号船还“保护”了 1 号船
我们如何避免这种由简单的岸上电气连接导致加速磨损的情况？通过施加极性相反的外部电压（等于或大于引起电化学腐蚀的原电池的电动势总量）可以保护金属免受电化学腐蚀。但这一切并不容易，因为与岸上的连接会引入未知且可变数量的未受保护的金属……
电流隔离器的使用
图 12 显示了防止与岸上电源连接而导致快速电化学腐蚀效应的一种非常实用的解决方案。来自船舶插头触点的保护接地导体应连接到电流隔离器的一个端子。电流隔离器的另一个端子连接到船舶中的电位均衡轨。电流隔离器是两组串联连接的二极管的反向并联组合。电流隔离器中的二极管可阻止任何方向的电流，电流电压最高可达 1.4 V。这个 1.4 V 的水平仍然高于船舶水下金属与水下码头金属之间或船舶水下金属与相邻未受保护船舶之间可能出现的直流电流电压水平。因此，直流电流电路（如图 10 和 11 所示）被中断。对于危及生命的较高电压水平，电流隔离器根本不起作用。从这个意义上讲，电流隔离器不会影响船舶金属质量与岸上保护接地之间的连接。因此，岸上接线盒中的保护装置和船上保护装置的运行保持不变，正如没有使用电流隔离器时一样！岸上接线盒中的保护装置和船上的保护装置的运行保持不变，这是理所当然的，即与没有使用电流隔离器时一样！岸上接线盒中的保护装置和船上的保护装置的运行保持不变，这是理所当然的，即与没有使用电流隔离器时一样！
图 12 – Victron 电流隔离器断开电流电路
但是，如果廉价的电流隔离器中的一个二极管损坏了怎么办？如果它爆炸（出现开路），那么船舶自然会受到进一步的保护，免受电流的影响，因为船舶金属与码头或邻近船舶金属之间没有连接。但船上的整个装置仍与岸上的地面没有连接，这又可能危及生命！如果二极管短路，则不再有电流隔离。这种威胁来得毫无征兆，因此应定期检查电流隔离器，特别是在每次岸上插座 MCB 因任何大故障而激活后。此外，如果船上有大量高频开关电源在工作，电流隔离器可能会失去其功能。我们不会在这里尝试解释这种现象，但这种威胁也存在。
隔离变压器的使用
因此，将船舶设施与岸上隔离以防止电流流动并确保船上人员最高安全的最佳方法是使用隔离变压器。隔离变压器从岸上传输 1:1 电压，但变压器次级电路与初级电路完全分离，从而提供电流隔离。这种情况如图 13 所示。初级侧（岸侧）的隔离变压器接受保护接地导体，并将其连接到变压器中的端子。但这个特定的输入端子没有进一步连接！在次级侧，即船舶一侧，隔离变压器承载交流电压的两个端子之一在电位均衡轨上接地。隔离变压器的金属外壳也与电位均衡轨相连。
图 13 – 隔离变压器解决了所有电流问题
图 14 显示了 Victron 隔离变压器的示例，该变压器包含一个软启动装置，用于防止将变压器连接到电源时预期的短期电流增加（高达额定电流的十倍）。短期电流增加几乎肯定会导致岸上接线盒中的过载保护装置激活。保护装置的激活是不必要的，因为它不是由任何故障引起的，而是由变压器在连接过程中的正常行为引起的。通过借助内置软启动连接隔离变压器，可以防止保护装置的意外激活。
图 14 – Victron 隔离变压器与软启动器的近视图
结合两个输入电源的船舶电力装置
如果我们同时拥有或者想要拥有更多电源会怎么样？
不允许同时并联运行逆变器电源和岸电电源或发电机电源，同时为所有船舶负载供电。为什么？假设我们有双电源，一个来自岸上，另一个来自逆变器，两者同时为船舶负载供电。然后，由于对接线盒进行维护工作，岸上电源暂时关闭。在这种情况下，船舶从逆变器向岸上的接线盒反向供电，这可能会导致在接线盒周围工作的维修人员触电。因此，有必要在船上提供重叠电源，以便一次只有一个电源处于活动状态 - 要么是岸上连接，要么是船上逆变器的电源。图 15 显示了一种这样的简单解决方案。它规定，在岸上供电的情况下，一些电器可以连接到主电源，当电力仅来自船上的逆变器时，这些设备通常不会通电。只有当岸上电源存在时，电热水器才会通电，而在船舶由电池供电时，航行期间不会通电。
图 15 – 岸电和逆变器手动电源方向切换的简单电路
图 16 显示了自动转换开关。正如措辞所说，电源在两个电源之间自动转换，已定义优先输入集。如果优先输入通电，它将为船舶供电。如果优先输入断电，开关会自动立即切换到辅助电源。如果主电源再次恢复，经过一段可调节的延迟时间后，主电源将再次为船舶供电。两个电源绝不会同时为船舶供电。
图 16 – Victron 自动转换开关
结论
在收集您自己的知识和研究该领域时，请仅将本文用作基本指导。如果您决定自己重建船只或建造一艘新船，请记住我们无法说出我们想要的一切，并且我们不确定我们是否以足够清晰和准确的方式解释了所有内容。请仔细阅读 Victron 和 SCHRACK 手册！我们没有对材料的海洋腐蚀进行更复杂的描述（橡木也会腐蚀），如果船上有故障或损坏的直流装置通过杂散电流增加电流电压，则腐蚀情况会恶化。我们应该更深入地研究各种类型的网络 - TT、TN 和 IT - 以及这些网络中 MCB 和 RCD 开关的运行，以全面了解这些保护装置的运行。我们将本文仅限于 IEC 标准为码头规定的沿海网络类型，因此应应用于码头的岸上终端箱（TNS 系统）。
不要忘记，车载设备是供普通人使用的。为了他们的安全，请务必咨询经过认证的设计师或从事车载设备安装的公司，以及拥有经过培训的熟练工人。
当您停靠在码头或码头并希望建立与接线盒的岸电连接时，请向港口服务人员索取有关接线盒安装的通知书。IEC 标准规定必须提供此类文件，以告知您有关接线盒及其内置保护装置的信息。
最后，千万不要在码头和游艇码头游泳，尤其是不要靠近可能装有空调的船只。码头上应该有禁止游泳的标志，因为如果船只安装不正确，船只周围的海水可能会危及生命！