112 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

本題考查船舶發電機遭遇異常運轉或故障時，應如何保護發電機、原動機及船舶電力系統，並避免故障擴大或造成全船失電。作答時可依「過電流、電壓異常、並聯運轉異常、原動機異常」分類。

以命題當年（民國 112 年）法規為準，相關規定可參照《船舶設備規則》。其中，發電機並聯運轉時須有逆流或逆功率保護；保護設計也須兼顧發電機的熱容量、故障切除與供電連續性。

解題方法

依發電機可能遭遇的故障情境，逐項說明保護方式及其作用。題目未指定發電機種類或船舶電力系統型式，因此以下列出船舶發電機常見且重要的保護措施；交流並聯機組與直流機組適用的細節略有不同。

一、過載保護

負載超過發電機額定能力時，電流持續過大會造成繞組過熱、絕緣劣化，甚至燒損。可由發電機斷路器的長延時過電流脫扣器或過載電驛保護，動作設定須配合發電機的熱容量及過載能力。

船舶供電中，若過載是因負載需求超出可用發電量，還可設置優先卸載：先切除非重要負載，以維持推進、操舵、導航、通信及其他安全所需設備的供電。

二、短路保護

發電機或配電系統發生短路時，故障電流會急遽上升，須由瞬時或短延時過電流保護切除故障。發電機斷路器應能切斷故障電流，且保護設定須與下游饋線保護協調，優先切除故障範圍，避免不必要地切斷整個電源。

三、欠電壓保護

電壓過低會影響馬達啟動與設備正常運轉，也可能使發電機在電壓尚未恢復時投入匯流排。欠電壓保護可在電壓低於規定值且持續一定時間時發出警報或跳脫；合閘控制則應防止電壓未達允許條件的發電機投入匯流排。

四、逆功率或逆電流保護

核心觀念

本題考查船舶電力系統採用液體冷卻式變壓器時，如何控制冷卻液洩漏、火災與船舶傾斜造成液體外溢等風險。題目沒有提供選項，作答應列出液冷變壓器的安裝與安全條件。

解題方法

以液體冷卻式變壓器的主要危害為切入點，分別檢查安裝空間、冷卻液性質、洩漏處理與船舶傾斜時的安全性。以命題當年（民國 112 年）船舶電氣設備相關規範為準。

液體冷卻式變壓器可使用的條件如下：

1. 設於金屬隔間內，且隔間應設有適當的排液措施，以處理冷卻液洩漏。
2. 冷卻液應為不易燃且無毒，降低火災與人員健康風險。

核心觀念

本題考查三相交流發電機的感應電動勢方程式、繞組係數，以及發電機的相量電壓方程式。

每相感應電動勢的有效值為

$E_\phi=4.44 f\Phi T_\phi k_w$

其中 $k_w=k_p k_d$ 為繞組係數，$k_p$ 是短距係數，$k_d$ 是分布係數。題目未提供磁通量 $\Phi$，因此不直接由此式求感應電動勢；可由負載端相電壓及同步電抗壓降求得。

解題方法

題目給的是額定容量 $28.8\ \text{kVA}$，且負載端線電壓為 $120\ \text{V}$。先用三相視在功率求線電流：

$S=\sqrt{3}V_L I_L$

$I_L=\frac{28\,800}{\sqrt{3}\times120}=138.56\ \text{A}$

負載為 Y 接，因此線電流等於相電流：

$I_\phi=I_L=138.56\ \text{A}$

Y 接相電壓為

$V_\phi=\frac{V_L}{\sqrt{3}}=\frac{120}{\sqrt{3}}=69.28\ \text{V}$

功率因數為 $0.8$ 超前，故電流超前相電壓

$\theta=\cos^{-1}(0.8)=36.87^\circ$

忽略電樞電阻，發電機每相相量方程式為

$\underline E_\phi=\underline V_\phi+jX_s\underline I_\phi$

核心觀念

本題考查船舶無線電通信設備的供電可靠度，以及設備裝設、備援與維護措施。作答可依「供電不中斷、重要設備有備援、安裝環境適當、設備保持可用」四個方向說明。

法規以命題當年（民國 112 年）為準，主要依據《船舶設備規則》關於無線電設備之應急、備用電源及設備裝設的規定，並參照 SOLAS 第 IV 章第 13 條的能源供應原則。

解題方法

先由船舶可能遭遇的供電故障切入：主電源失效時，由應急電源供電；主電源與應急電源均失效時，仍須有專用備用電源支援遇險、緊急及安全通信。再補充電源切換、電池配置、設備位置與維護等措施，完整回答「裝設與用電」兩方面的要求。

作答要點

1. 設置多重電源，避免單一故障中斷通信 無線電設備應連接船舶主電源，並依規定由船舶應急電源供電。另須配置無線電設備專用備用電源，使主電源及應急電源故障時，仍可供應遇險、緊急及安全通信所需設備。

2. 備用電源須獨立且容量足夠 備用電源可採蓄電池或符合規定的其他電源，應能同時供應規定的無線電設備及必要附加負載，並維持規定的工作時間。蓄電池應有適當容量、充電設備及狀態監視，並保持在可立即使用的狀態。無線電設備用電池不得兼作起動馬達或點火系統電源，以免其他負載耗盡通信備電。