首頁 / 普通考試 輪機技術考古題 / 民國115年 普通考試 輪機技術 船用電學與自動控制概要 民國115年 普通考試 輪機技術 船用電學與自動控制概要考古題
民國115年 普通考試 輪機技術 船用電學與自動控制概要收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
為什麼船舶電路中必須重視短路現象？請從電流、熱效應與保護裝置三
個方面進行說明解釋。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、短路現象的意義與電流層面：船舶電力系統正常負載電流受負載阻抗限制；一旦相間或相對地絕緣破壞，形成金屬性短路，迴路阻抗僅剩電源內阻抗與電纜阻抗，依 I＝E/Z 關係，短路電流（short-circuit current）可驟增為額定值的數十倍。巨大電流使發電機電樞反應劇烈、端電壓驟降，並聯運轉機組間產生環流而跳脫，甚至引發全船停電（blackout），危及推進與操舵能力。 二、熱效應與電磁機械力：短路電流熱效應遵循焦耳定律 Q＝I²Rt，發熱量與電流平方成正比，數個週波內即使導體溫度急升，造成絕緣焦化、熔毀甚至起火；電纜與匯流排並承受與 I² 成正比的電磁力（electromagnetic force），可能使母線變形、絕緣子破裂。接點接觸電阻處的局部過熱亦可能引燃周圍可燃物，為船舶火災常見肇因。 三、保護裝置的動作與協調：為限制上述危害，船舶電路配置熔斷器（fuse）、無熔絲斷路器（MCCB）及保護電驛（protective relay），以過電流、瞬時短路與接地故障保護迅速切離故障迴路。保護設備須具備足夠啟斷容量（breaking capacity）與短路耐受能力，並依選擇性（selectivity）原則由下游往上游依序動作，避免越級跳脫造成大範圍停電。 四、設計與法規考量：依船舶電氣規範，保護裝置額定值須與電纜載流量匹配，並計算預期短路電流以選定設備規格；另須注意發電機短路比、暫態電抗與保護曲線的配合。實務上應定期檢測絕緣、清潔配電盤、確認接點鎖緊與扭矩適當，以降低短路發生機率。 五、綜合評述：短路保護的核心在「快速偵測、限量切除、維持供電」。電流層面顯示危害規模，熱效應說明破壞機制，保護裝置則為最後防線；三者須以短路電流計算為基礎整體設計，並配合定期維護與船員應變演練，方能確保船舶電力系統的可靠性與安全性。
船舶照明設備依光源可分為白熱燈、螢光燈與高強度氣體放電燈（HID），
請說明這三種照明設備的特性。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、白熱燈（incandescent lamp）：以鎢絲通電加熱至白熾發光，構造簡單、價格低廉、點燈立即、可連續調光，演色性極佳（Ra 接近 100），光色溫暖。惟發光效率僅約 10～15 lm/W，大部分電能轉為熱能，壽命約 1,000 小時，燈絲怕振動與電壓衝擊。船上多用於應急照明、艙間局部照明、信號燈與儀表照明。 二、螢光燈（fluorescent lamp）：屬低壓汞蒸氣放電燈，放電產生紫外線，經管壁螢光粉轉換為可見光，須搭配安定器（ballast）與啟動器。發光效率約 60～90 lm/W，壽命約 6,000～10,000 小時，表面溫度低、光線均勻、眩光較小；惟功率因數較低、低溫啟動困難、含汞須妥善回收。船上常用於住艙、走廊、機艙及一般艙間照明。 三、高強度氣體放電燈（HID, high-intensity discharge lamp）：包含水銀燈、金屬鹵化物燈與高壓鈉燈，藉高壓氣體放電發光，光通量大、體積小、效率約 80～120 lm/W、壽命長，適合大面積高照度場所，如甲板、貨艙、貨櫃場與桅燈。惟須安定器與點燈器，啟動與再啟動時間長（須冷卻），演色性與光色差異大，部分燈種含汞。 四、特性比較與選用考量：就效率、壽命、演色性、啟動特性、維護成本與環境衝擊比較，螢光燈與 HID 效率優於白熱燈，白熱燈則以即時性與演色性取勝。船舶選用須考慮電壓波動、鹽霧腐蝕、振動、環境溫度，以及機艙、油漆間等危險場所須採防爆燈具（explosion-proof luminaire），應急照明並須由應急電源供電。 五、發展趨勢：發光二極體（LED）照明因效率高、壽命長、即時啟動、不含汞、可調光，已逐步取代上述三類光源；惟須注意驅動電源之電磁干擾（EMI）、散熱設計與燈具防水防塵等級，方能適應船上惡劣環境。
電力計器主要構件可分為驅動裝置、控制裝置與制動裝置，請說明這三
個主要構件的重要功能。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、電力計器的組成架構：類比式指示儀表（indicating instrument）主要由驅動裝置、控制裝置與制動裝置三大構件組成，另含指針、刻度盤與外殼。三者分別負責產生偏轉轉矩、反轉矩與阻尼轉矩，共同決定儀表的靈敏度、準確度、刻度均勻性與讀值穩定性。 二、驅動裝置（driving device）的功能：將被測量（電流、電壓、功率等）轉換為驅動轉矩，使可動部偏轉。依原理可分永久磁鐵動圈式（PMMC）、動鐵式、電動力式（electrodynamometer）與感應式等；其轉矩須與被測量成確定函數關係（如 T ∝ I 或 T ∝ I²），為儀表靈敏度與準確度的基礎。 三、控制裝置（controlling device）的功能：產生與偏轉角成正比的反轉矩（controlling torque），使指針在驅動轉矩與反轉矩平衡（Td＝Tc）處停止，因而可由偏轉角讀出被測量。常見彈簧式（游絲）、重力式與磁力式；彈簧須無遲滯、溫度係數小且不易疲勞，其特性決定刻度是否均勻及量測範圍。 四、制動裝置（damping device）的功能：產生與轉速成正比的阻尼轉矩（damping torque），吸收可動部動能，使指針迅速穩定、避免長時間擺動。常見空氣阻尼、油阻尼與電磁阻尼（鋁盤在磁場中感應渦流）。阻尼僅影響響應速度，不改變最終指示值，故不影響準確度。 五、三者關係與船舶應用：驅動決定偏轉方向與大小，控制決定平衡位置與刻度，制動決定穩定時間，須協調設計。船上配電盤的電壓表、電流表、功率表、頻率表及絕緣電阻表均依此原理；並須考慮船舶橫搖縱搖造成的傾斜誤差、振動、鹽霧與電磁干擾。數位式儀表雖以 A/D 轉換與微處理器取代機械構件，仍可對應感測、比較回授與濾波穩定三項功能。
請說明船用電機進行絕緣電阻檢驗的重要性，以及使用高阻計時應注意
的安全事項。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、絕緣電阻檢驗的重要性：船舶電氣設備長期處於高濕、鹽霧、油污、振動與溫度變化環境，絕緣材料易吸潮、老化、龜裂，使絕緣電阻下降、洩漏電流增加，可能導致觸電、火災及設備燒損。定期量測絕緣電阻可早期發現劣化趨勢，作為清潔、乾燥、檢修或汰換的依據，並維持船級與法定檢驗的適航要求。 二、檢驗方法與判定原則：一般以 500 V 或 1,000 V 高阻計（megohmmeter）量測，依設備電壓等級選用測試電壓；量測值應與規範最低要求（常見新設備不低於 1 MΩ，實際依規範與電路類別而定）及歷史紀錄比較，並作溫度換算。若數值偏低或較前次明顯下降，應分段查修，不可僅以單次讀值判定。 三、安全事項（停電與隔離）：量測前必須切斷電源、拉開隔離開關、掛牌上鎖，並以驗電器確認無電；對電容器、電纜及長線路等儲能元件須充分放電，防止殘餘電荷傷人。嚴禁帶電量測，並應確認被測迴路與其他帶電系統已完成隔離。 四、安全事項（測試操作與放電）：測試線應保持清潔乾燥、避免纏繞或跨越其他迴路；加壓期間人員不得碰觸導體或測試端，測試完畢須對被測物放電，因高阻計輸出高壓會使電纜充電。量測時應佩戴絕緣手套、使用絕緣工具，並注意船舶搖晃造成的跌倒與碰撞風險。 五、安全事項（設備保護與紀錄）：變頻器、PLC、電子式電驛及通訊設備應先拆離或予以短路，以免高壓損壞；確認儀器電壓等級、量測範圍與電池狀態。量測應記錄日期、環境溫濕度、測試電壓與讀值，建立趨勢圖，並依維護計畫週期執行，形成完整的預防保養閉環。