111 專技高考高等考試 驗船師 船用電學（包括1船用電路2船用電機設備3船用電機檢驗4船用無線電通信設備檢驗） 考古題詳解

核心觀念

本題涉及法規以命題當年（民國 111 年）適用之**中國驗船協會（CR）《鋼船建造與入籍規範》（2020年版）第七篇「電機設備」（Part VII Electrical Installations）**為準（現行規範亦維持相同技術標準）。核心考點涵蓋兩大面向：

1. 船用配電系統型式（Systems of Distribution）：國際公約 SOLAS Chapter II-1 Reg 45 及 IEC 60092-201 標準與 CR 規範所認可之交流（AC）與直流（DC）標準配電型態，以及「利用船體作為回路（Hull return）」之限制性原則。
2. 用電設備最高供電電壓限制（Limits of Supply Voltage）：船舶環境潮濕且多金屬導體，存在嚴峻之觸電與火災風險，法規依「人員安全暴露程度」與「設備運行特性」，嚴格劃分不同裝備類別之最高容許額定電壓。

解題方法

本題為標準法規條文與工程實務整合題，解題切入點如下：

1. 配電方式分類歸納：

• 題目已排除「直流二線式」，直流配電需答出「直流三線式」及具特殊嚴格限制之「直流單線式（船體回流系統）」。
• 交流配電則依相數與線數系統性展開，分為單相二線式、單相三線式、三相三線式（船用最普及之絕緣系統）及三相四線式。

2. 供電電壓限制精準對應：

• 逐一對照 CR 規範第七篇第 1 章（或第 2 章）之「供電電壓之限制（Limits of Voltage）」標準表格。
• 區分「一般安全電壓（$250\text{ V}$）」、「一般低壓動力/電熱電壓（$500\text{ V}$）」與「高壓系統/無限制（依驗船機構特別考慮）」，精確給出法定限制數值與但書條件。

規範與題旨深入分析

一、配電方式之規範分析

依據 CR 2020 年鋼船規範，認可之配線方式包括：

1. 直流系統（DC Systems）：

• 直流二線式（Two-wire system）：題目已列出，導線與船體絕緣或單極接地。
• 直流三線式（Three-wire system）：具備兩條外側正負線及一條中性線（中性線通常接地），可提供兩種不同電壓等級（如 $220\text{ V}/110\text{ V}$）。
• 直流單線式（船體回流系統，Single-wire system with hull return）：利用鋼質船體作為負載回流導體。由於此系統容易引發電化學腐蝕、雜散電流及火災爆炸風險，CR 規範原則上禁止採用，僅嚴格特許於外加電流陰極防蝕系統、內燃機局部起動電路或絕緣監視裝置等極少數情況。

2. 交流系統（AC Systems）：

• 單相二線式（Single-phase two-wire system）：絕緣系統或其中一線接地。
• 單相三線式（Single-phase three-wire system）：中性線接地，可同時提供兩種單相電壓。
• 三相三線式（Three-phase three-wire system）：商船最常採用中性點絕緣系統（Insulated neutral system），其優點在於發生單相接地短路時，接地故障電流極小，保護開關不會立即跳脫，能維持船舶操航與重要輔機連續運轉。
• 三相四線式（Three-phase four-wire system）：中性點直接接地或經阻抗接地，線電壓（如 $380\text{ V}$ 或 $440\text{ V}$）供動力負載，相電壓（如 $220\text{ V}$）供照明及小容量設備。

二、四大類型之供電電壓限制分析

CR 規範對船舶供電電壓之法定上限規定如下：

1. 發電機、動力設備、連接至固定線路之電熱及烹飪器：

• 限制：直流 $500\text{ V}$（若為交流固定電熱及烹飪設備，最高電壓亦不得超過 $500\text{ V}$）。
• 考量人員在廚房或起居區域操作烹飪與電熱設備，且動力設備常需手動切換開關，電壓受 $500\text{ V}$ 低壓上限控管，防止電弧飛弧與嚴重感電事故。

核心觀念

本題測驗交通部頒布之《船舶設備規則》第四編「無線電信設備」（以命題當年民國 111 年法規為準；現行法已配合國際海事組織 GMDSS 現代化工程進行部分文字修正，但解題仍以命題當年為準），其法規架構源自《國際海上人命安全公約》（SOLAS）第 IV 章「無線電通信」。

依公約及我國法規規定，凡適用 SOLAS 公約之船舶（300 總噸以上之貨船及所有客船），不論航行於何種海域（A1–A4），均必須強制配置一組不隨海域改變的**「基本無線電通信設備（Radio Equipment: General）」**，以滿足遇險警報發射、搜救協調定位、現場通信及海上安全資訊（MSI）接收等基本功能。

解題方法

本題題幹要求說明「航行於 A1–A4 海域之船舶，應配置之無線電通信基本設備種類與數量」。解題時採雙層架構作答，以確保拿取滿分：

1. 主要作答核心（基本無線電通信設備）：列出法規規定適用於所有海域（A1–A4）船舶均必須裝置之基本設備種類、工作頻率／功能規格與法定配置數量（依船種及總噸位劃分）。
2. 補充完整性（各海域特定增配設備）：簡要列出船舶實際航行跨入 A1、A2、A3、A4 各分級海域時，依法必須額外增配的無線電通信設備，避免閱卷委員對題意解釋產生落差。

各項設備要件深入分析

依民國 111 年《船舶設備規則》規定，航行於 A1–A4 海域之所有適用公約船舶，必須配置之基本無線電通信設備種類、功能與數量規定如下：

一、 特高頻（VHF）無線電裝置

• 功能與規格：

1. 能以數位選擇呼叫（DSC）第 70 頻道（$156.525\text{ MHz}$）發射及接收遇險與安全信號。
2. 能以無線電話第 6 頻道（$156.300\text{ MHz}$）、第 13 頻道（$156.650\text{ MHz}$）及第 16 頻道（$156.800\text{ MHz}$）發射與接收語音通信。
3. 附設連續守聽專用之 DSC 守聽接收機，持續守聽特高頻第 70 頻道。

• 配置數量：至少 1 套。

二、 搜救定位裝置／雷達詢答機（Radar SART 或 AIS-SART）

• 功能與規格：能在 $9\text{ GHz}$ 頻帶工作之雷達詢答機，或自動識別系統搜救傳送器（AIS-SART），供搜救雷達或 AIS 接收器探測並導引搜救。
• 配置數量：

1. 所有客船及 500 總噸以上貨船：至少 2 具（分置於船橋兩舷，便於迅速攜至救生艇筏）。
2. 300 總噸以上未滿 500 總噸貨船：至少 1 具。

三、 國際航行警告電傳接收機（NAVTEX 接收機）

• 功能與規格：能在 $518\text{ kHz}$ 頻率自動接收英語播發之國際 NAVTEX 海上安全資訊（包括航行警告、氣象警告及緊急資訊）。
• 配置數量：至少 1 具。

四、 加強群呼接收設施（EGC 接收機）／高頻安全資訊接收設備

• 功能與規格：若船舶航行於無國際 NAVTEX 服務涵蓋之海域，應具備透過移動衛星系統（Inmarsat EGC）接收海上安全資訊之設施；或配備高頻窄頻帶直接印字電報（HF NBDP）接收航行警告之設備。
• 配置數量：至少 1 具。

五、 衛星應急指位無線電示標（Satellite EPIRB）

• 功能與規格：

1. 能於 $406\text{ MHz}$ 頻帶（Cospas-Sarsat 系統）發射遇險警報。
2. 裝置位置應便於手動釋放；且在船舶沉沒時，具備自動浮離（float-free）機構並能自動啟動發射。

• 配置數量：至少 1 具。

核心觀念

本題測驗船用電氣系統中「電動機迴路保護設計」之規範要求與工程實務，其核心規範以命題當年（民國 111 年）之我國《船舶設備規則》第二編第三章「電氣設備」、中國驗船中心（CR）《鋼船建造規範》第 VII 篇，以及國際標準 IEC 60092-202（船舶電氣設備—系統設計與保護）及 SOLAS 公約為依據。

電動機電力保護的核心原則為：

1. 設備安全性：隔離短路、過載等故障，防止絕緣劣化、火災及設備損毀。
2. 船舶供電與航行連續性：防止瞬間擾動造成非必要跳脫，並區分「一般負載」與「重要輔機（Essential Services）」之保護動作邏輯（例如舵機不得過載跳脫）。

解題方法

本題應採「故障情境分類 $\rightarrow$ 保護裝置 $\rightarrow$ 額定範圍與整定值 $\rightarrow$ 船用特殊例外」的系統化邏輯進行論述：

1. 短路保護（Short-Circuit Protection）：探討速斷與分斷能力，協調起動湧浪電流。
2. 過載保護（Overload Protection）：依電動機容量界定門檻，說明反時限特性與設定倍數。
3. 欠壓保護與失壓釋放（Undervoltage Protection / Release）：區分人員安全（防自啟）與重要輔機（順序自動重啟）之差異。
4. 欠相／單相運轉保護（Single-Phasing / Phase Failure Protection）：防止負序電流導致轉子與定子過熱。
5. 接地故障保護（Earth Fault Protection）：配合非接地（IT）系統或高阻抗接地系統的告警與跳脫設計。

選項分析（本題為申論題，此處針對設計情境與法規要點進行辨析）

• 情境一：短路保護 vs. 起動湧浪電流協調
• 分析：三相感應電動機全壓起動電流約為額定全載電流 $I_n$ 的 $4 \sim 8$ 倍。短路保護若整定過低會引發誤跳脫；若整定過高則無法保護電纜與繞組。因此暫態保護整定值必須高於堵轉電流（Locker-Rotor Current），且遮斷容量（Breaking Capacity）必須大於安裝位置的最大對稱短路容量。
• 情境二：過載保護之「跳脫」與「僅警報」界線（關鍵考點）
• 分析：一般電動機超過 $0.5\text{ kW}$ 須設置過載跳脫裝置；然而，舵機（Steering Gear）電動機依法規嚴禁安裝自動過載跳脫裝置，僅允許發出聲光警報，其迴路僅保留短路保護，以確保操舵控制不因暫時過載而中斷。
• 情境三：欠壓保護（UVP）與失壓釋放（UVR）之安全性選擇
• 分析：機械加工機具（如車床、鑽床）若在電網復電後瞬間自啟會危及人身安全，必須配置 UVP（需手動復歸）；推進輔機、冷卻水泵等重要負載若停機將危及航行，須配置具時間延遲之 UVR 並配合配電盤實施「順序再起動（Sequential Restarting）」。

解題技巧

1. 答題架構口訣：「短、過、欠、相、地」，五大情況缺一不可。
2. 數值記憶基準：

• 過載保護整定基準：$100\% \sim 125\% I_n$。
• 欠壓跳脫動作區間：$50\% \sim 70\% V_n$。
• 短路瞬跳整定倍數：$8 \sim 12 \times I_n$。

3. 高分必備亮點：主動提及「舵機電動機不可過載跳脫（僅警報）」與「重要輔機停電復原後之順序起動機制」，能向閱卷委員展現驗船師特有的海事法規思維。

【答案】

在船舶電力系統設計中，電動機之電力保護依規定應考量以下五種基本情境與相關額定範圍：

一、短路保護（Short-Circuit Protection）

1. 考慮情境： 電動機內部繞組絕緣破壞、接線端子短路或供電電纜相間短路。此時會產生極大短路電流，必須於數個周波內極速切離，避免火災及母線電壓崩潰。
2. 保護裝置與額定範圍：

• 裝置：無熔線斷路器（MCCB）之瞬時磁動脫扣器、熔斷器（Fuse）或馬達保護斷路器（MPCB）。
• 額定分斷能力（Breaking Capacity）：保護設備之額定對稱極限分斷容量 $I_{cu}$ 必須大於該安裝點之最大預期短路電流（Prospective Short-Circuit Current）。

核心觀念

本題旨在測驗驗船師在執行「入級檢驗（Classification Survey）」初期程序中，對圖樣審查（Plan Approval）法定要求之掌握程度。 依據各國際船級協會聯合會（IACS）會員船級協會（如財團法人中國驗船中心 CR、DNV、ABS、NK 等）之規範，新建船舶或重要機器設備在工廠開工製造前，必須將完整的設計圖樣與工程計算書呈送審核，以確認符合入級規範、國際海上人命安全公約（SOLAS）及國際電工委員會（IEC 60092 系列）標準。 本題隸屬於「船用電學（包括船用電路、船用電機設備、船用電機檢驗、船用無線電通信設備檢驗）」考科，重點著重於電氣系統、自動化監控、安全警報、無線電設備以及製造廠生產之大型旋轉電機與配電設備所需之送審資料（以命題當年民國 111 年法規標準為準；相關國際公約與入級規範後續微幅修訂不影響本題架構）。

解題方法

本題為專業申論問答題。解題切入點應區分「造船廠（船體與全船系統整合）」與「機器製造廠（單體設備製造）」之職責，並依電氣工程之架構採「系統圖樣 $\rightarrow$ 計算資料 $\rightarrow$ 設備結構 $\rightarrow$ 安全與通信 $\rightarrow$ 工廠試驗程序」五大主軸系統化鋪陳，以展現規範性與完整度。

選項分析

本題非選擇題，為專業申論題。評分關鍵在於能否精準列舉各系統的專業技術圖資名稱與計算書，而非僅作籠統概述。未區分系統類別、遺漏計算分析書（負載分析、短路電流）或忽略機器製造廠專屬圖樣者，將無法獲得高分。

解題技巧

1. 口訣記憶法——「四圖、二書、一表、一證」：

• 四圖：單線系統圖、配電盤圖、設備佈置圖、控制警報圖。
• 二書：短路電流計算書、測試程序書。
• 一表：電力負載分析表。
• 一證：設備型式認可/防爆檢驗合格證明。

2. 審題關鍵陷阱：題目包含「造船廠」或「機器製造廠」，回答時切勿只寫造船廠的全船圖面，必須涵蓋機器製造廠（如發電機、大型電動機、配電盤廠）之單體結構圖、技術規範及廠驗程序書。

【答案】

依據船級協會《鋼船建造與入級規範》及相關國際公約（SOLAS、IEC 60092）之規定，造船廠及機器製造廠於開工建造或製造前，依其業務範疇通常需將下列圖樣、計算書及資料呈送船級協會審核：

一、造船廠應呈送之圖樣與資料

（一）電力系統單線圖與分配電圖樣

1. 全船主電力系統單線圖（Main Power Single Line Diagram）：標明發電機容量、額定電壓、頻率、主配電盤母線規格、保護斷路器（ACB/MCCB）跳脫特性及額定啟斷容量。
2. 緊急電源及過渡緊急電源系統單線圖（Emergency & Transitional Power System Diagram）：緊急發電機、蓄電池組、自動切換開關（ATS）及緊急配電盤接線圖。
3. 動力與照明分配電系統單線圖（Power & Lighting Distribution Diagrams）：各主要分電盤、變壓器容量及配電迴路。
4. 航行燈與信號燈系統圖（Navigation & Signal Light System Diagram）：供電迴路、雙電源切換開關、警報控制器與指示盤圖。
5. 舵機動力及控制系統電路圖（Steering Gear Power & Control System Diagrams）：雙重供電電路、失壓/過載警報及駕駛台遙控接線圖。