Судовые кабели и провода

Передача электрической энергии в силовых и осветительных сетях и телефонная связь осуществляются при помощи кабелей и проводов.

Кабель состоит из одного или нескольких изолированных проводни­ков, заключенных в общую защитную, а поверх нее герметичную оболочки. Кабели можно прокладывать в сырых помещениях и на открытой палубе.

Провод по сравнению с кабелем имеет облегченную защитную оболочку. Поэтому провода прокладывают только в сухих и отапливаемых помещениях.

Кабели и провода для силовых и осветительных установок рассчи­тывают на напряжение до 700 В переменного или 1000 В постоянного тока, для телефонных установок - на напряжение 100 В постоянного тока.

Помимо судовых проводов, внутри приборов и аппаратуры применяют изолированные монтажные провода, допускающие непо­средственную прокладку по металлическим деталям. Для соединения антенны судовой радиостанции с антенным вводом применяют раз­новидность неизолированных проводов - антенные канатики.

К кабелям и проводам предъявляется ряд требований, обуслов­ленных особенностями прокладки и эксплуатации: повышенная гибкость (что важно при прокладке трасс в ограниченных по размеру судовых помещениях); электрическая прочность изолирующих оболо­чек; негорючесть; стойкость к воздействию воды, масла и др.

Токоведущие жилы скручивают из отдельных отожженных медных проволок с площадью поперечного сечения от 0,35 до 625 мм² для силовых кабелей и проводов и 1 мм² для телефонных проводов.

Жилы заключены в изолирующую оболочку из резины, поливинилхлоридного пластиката и полиэтилена, стекловолокна, фторопласта-4 и др.

Наружные защитные оболочки кабелей изготовляют из маслобензостойкой, не распространяющей горения резины, шлангового поливинилхлоридного пластиката и свинца. Поверх изолирующей оболочки кабели и провода могут иметь металлические оболочки различного назначения.

Для уменьшения помех радиоприему применяют экрани­рующие оболочки из медной луженой проволоки, охватывающие весь кабель, жилы внутри кабеля экранируют металлизированной бумагой.

Для защиты от механических повреждений используют неэкранирую­щую оплетку из стальной оцинкованной проволоки (панцирную оплет­ку) или металлическую броню из стальной ленты или проволоки. Лента (проволока) наматывается спирально и образует сплошной цилиндри­ческий слой. Допускается применение кабелей с оболочками из меди, чистого свинца и его сплавов.

Обозначение кабелей и проводов состоит из марки, числа жил и площади их поперечного сечения, значения допустимого напряжения (например, кабель КНРЭ 3x25).

Буквы в марке обозначают:

- для кабелей силовых приемников и осветительных приборов: К - кабель, Н - негорючий, Р - резиновая изоляция жил и наружная оболочка, П - оплетка из стальных оцинкованных проволок ( «панцырь» ), Э - экранированный, М - морской, Б - изоляции на основе бутилкаучука, В - поливинилхлоридная оболочка, О - облегченный.

На судах для таких приемников применяют кабели типов КНРк, КНРП, КНРЭ, КБН, КБНЭ, КОВЭ (при неподвижной прокладке) и РШМ, НРШМ (при подвижной).

- для кабелей управления, связи, телефонии (в дополнение к указанным выше обозначениям): С - судовой, М - малогабаритный, Т - телефонный.

К таким кабелям относятся кабели типов КНРТ, КНРТП, КНРТЭ, КНРЭТЭ и др. Если буква Э находится внутри марки кабеля, то это означает, что экранируется одна или несколько жил, если в конце марки, то экранируется весь кабель.

Судовые кабели и провода имеют, как правило, многопроволочные жилы, что увеличивает их гибкость и исключает переломы жил вслед­ствие вибрации и других механических воздействий.

Количество жил в различных кабелях составляет 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 12, 14, 16, 19, 24, 27, 30, 33, 37, 41, 44, 48, 52 и 61, что удовлетворяет потребностям судовых электрических сетей любого назначения.

Внедрение новых видов изоляции с повышенными тепловыми нагрузками (бутилрезиновая, кремнийорганическая, минеральная и др.) позволяет уменьшить массу кабельных сетей вследствие уменьше­ния толщины изоляционных оболочек и одновременно увеличить срок службы кабелей. Последнее позволяет обойтись без трудоемкого и дорогостоящего ремонта кабельных трасс в течение всего периода эксплуатации судна.

Следует заметить, что применение на судах кабелей с минеральной изоляцией проблематично. Такие кабели представляют собой медную трубку, внутри которой запрессованы в непроводящей окиси магния одна или несколько медных жил. Эти кабели огнестойки, компактны, долговечны, однако их недостатком является отсутствие гибкости.

На судах кабели и провода прокладывают в виде кабельных трасс, состоящих из отдельных кабелей или групп кабелей. Последние образуют ряды и пучки.

Ряд - это группа кабелей, имеющая общее крепление, в которой каждый кабель соприкасается с двумя соседними, кроме крайних (рис. 8.2, а).

Если группа кабелей состоит из двух рядов, не разделенных зазором и имеющих общее крепление, то прокладка называется 2-рядной (рис. 8.2, б).

Если в группе 3 и более рядов, кабели образуют пучок (рис. 8.2, в).

Рис. 8.2. Способы прокладки Рис. 8.3. Кассета со скользящим

кабелей: а – 1-рядный; 2 – 2-ряд- замком

ный; в - пучком

Ряд - это группа кабелей, имеющая общее крепление, в которой каждый кабель соприкасается с двумя соседними, кроме крайних (рис. 8.2, а).

Если группа кабелей состоит из двух рядов, не разделенных зазором и имеющих общее крепление, то прокладка называется 2-рядной (рис. 8.2, б).

Если в группе 3 и более рядов, кабели образуют пучок (рис. 8.2, в).

При прокладке отдельных кабелей применяют скобы, скоб-мосты и перфорированные панели. При прокладке рядов и пучков кабелей применяют специальные подвески, называемые кассетами (рис. 8.3).

Кассеты приваривают к корпусу судна на определенном расстоянии одна от другой по длине трассы, их можно устанавливать вертикально, горизонтально и наклонно.

Пучки кабелей в кассеты укладывают без крепления, что значительно ускоряет и упрощает монтажные работы. Кассетами и скобами крепят кабели с площадью поперечного сечения пучка соответственно до 400 и 150 см2. Применяется также свободная укладка кабелей в трубы и желоба.

Кабельные трассы должны быть по возможности прямыми, доступными для осмотра и обслуживания.

Места изгиба кабелей должны иметь определенное значение внутреннего радиуса R: обычно R = ( 2…10)d, где d - внешний диаметр кабеля.

Металлические или броневые оболочки кабелей должны быть надежно заземлены, т. е. электрически соединены с корпусом судна. Для заземления применяют медный провод или металлические скобы, плотно прилегающие к оболочке кабеля. Если кабель проходит через кабельный сальник, для заземления применяют кольца, находящиеся внутри сальника.

Для образования ответвлений от судовых кабелей и проводов применяют разветвительные (крестовые) коробки, внутри которых электрическое соединение кабелей проводят при помощи винтовых зажимов.

Для маркировки кабелей и проводов применяют бирки - латунные или фибровые пластинки, прикрепленные к кабелю узким пояском из латуни или оцинкованной стали. На пластинки наносят необходимые маркировочные надписи.

8.3. Расчёт и выбор кабеля

Кабель для подключения электрооборудования выбирается в три этапа:

1. Выбор марки кабеля

2. Выбор сечения кабеля

3. Проверка кабеля на допустимую потерю напряжения

Надежность СЭО во многом определяется состоянием изолирую­щих оболочек кабелей и проводов, которое зависит в основном от характера и продолжительности тепловых процессов при нагреве оболочки током жилы.

Марку кабеля выбираем из условий прокладки.

Сечение кабеля выбирается из стандартных по допустимому току с учётом режима работы подключаемого оборудования .

Расчётный ток определяем по мощности электрооборудования:

- для двигателей постоянного тока

I = 10 Р k / ( U η )

- для цепей переменного однофазного тока

- для двигателей трёхфазного тока

I = 10 Р k / ( U η cosφ )

k - коэффициент загрузки двигателя;

U - номинальное напряжение двигателя (для асинхронного двигателя линейное), В;

η - номинальный КПД двигателя;

cosφ - номинальный коэффициент мощности асинхронного двигателя;

8.3.1.Определение расчетных токов кабелей

Расчёт тока одиночного потребителя постоянного тока

I = P/U

Расчетный ток (А) кабеля, питающего группу приемников постоянного тока

I = k + I

где k - коэффициент одновременности работы приемников, питающихся от данного фидера;

n - число приемников;

- сумма полных токов всех п приемников, питающих­ся от данного фидера, А; I - ток запасных ответвлений, А;

Расчётный ток двигатель постоянного тока

I = 10 Р k / ( U η )

Расчётный ток однофазной цепи переменного тока

I = 10 Р / (U cosφ)

Расчётный ток трехфазного асинхронного двигателя

I = 10 Р k / ( U η cosφ )

где Р - номинальная мощность двигателя, кВт;

k - коэффициент загрузки двигателя;

U - номинальное напряжение двигателя (для асинхронного двигателя линейное), В;

η - номинальный КПД двигателя;

cosφ - номинальный коэффициент мощности асинхронного двигателя;

Расчетный ток 3-фазного генератора принимают равным номинальному

I = I = ( S *10 ) / ( 3* U )

где S - номинальная мощность генератора, кВ*А;

10 - коэффициент перевода киловатт в ватты;

U - номинальное первичное напряжение генератора ( линейное ), В.

8.3.2. Выбор площади поперечного сечения жил кабелей

. Для выбора площади поперечного сечения жил кабелей используют таблицы норм токовых нагрузок (табл. 8.1 ). Эти нагрузки допускаются при прокладке не более 6 кабелей в одном пучке или в 1 ряд с плотным прилеганием одного к другому, или в 2 ряда, независимо от числа кабелей, но при условии, что между группой или пучком из 6 кабелей имеется свобод­ное пространство для циркуляции воздуха.

Таблица 8.1-Длительные допустимые токовые нагрузки ( А ) одножильных кабелей и проводов для температуры окружающей среды + 45ºС

Номинальное сечение жилы, мм	Изоляционный материал
Поливинилхлорид	Поливинил- хлорид теплостойкий	Бутиловая резина	Этиленпро- пиленовая резина	Силиконовая резина или минеральная изоляция
Максимальная рабочая допустимая температура жилы, ºС
1,5
2,5
					-
					-

Если фактические условия отличаются от перечисленных нормиро­ванных, вводят поправочные коэффициенты k … k .

Коэффициент k учитывает изменение условий прокладки кабелей (при прокладке более 6 кабелей или при отсутствии свободного пространства между ними k = 0,85).

Коэффициент k учитывает изменение числа жил в кабеле ( для 2-жильных кабелей k = 0,85, для 3- и 4-жильных k = 0,7).

Коэффициент k - учитывает изменение режима работы по отношению к длительному (при кратковременном режиме k = 1,06…1,46, при повторно-кратковременном k = 1,24…1,51).

Коэффи­циент k - учитывает отличие температуры окружающей среды от нормированной 45 ºС ( для температур 35…85ºС k = 1,29…0,45 ).

Площадь поперечного сечения жил кабеля выбирают из условия

I ≥ k k k k I

где I - расчетный ток кабеля, А;

I - допусти­мый ток нагрузки для кабеля с выбранной площадью поперечного сечения жил при нормированных условиях эксплуатации.

8.3.3.Проверка кабелей на потерю напряжения

Напряжение на выводах приемника электроэнергии всегда меньше напряжения на шинах ГРЩ вследствие потерь напряжения в линии между ГРЩ и приемником.

В линиях электропередачи постоянного тока потеря напряжения числен­но равна арифметической разности напряжений в начале и конце линии, причем понятия "потеря напряжения" и "падение напряжения" равнозначны.

Потеря напряжения ( %) в линии электропередачи постоянного тока

ΔU =( 2*10 I l ) / ( γsU ) или ΔU = ( 2*10 Р l) / ( γsU )

где 2 – коэффициент, учитывающий наличие двух проводов линии;

I - ток приемника, А;

l - длина линии, м;

γ = 48,1 м/( Ом*мм ) - удельная проводимость меди при 65ºС;

s - площадь сечения жилы кабеля, мм ;

U - номинальное напряжение приемника, В;

Р - потребляемая из сети мощность прием­ника, кВт.

В сетях переменного тока потеря напряжения имеет активную и реактивную (индуктивную) составляющие, причем последней можно пренебречь, так как при частоте тока 50 Гц она значительно меньше активной.

С учетом этого потеря напряжения (%) в 1 -фазной линии электропередачи переменного тока

ΔU =( 2*10 I l cosφ ) / ( γsU ) или ΔU =( 2*10 Р l ) / ( γsU )

Потеря напряжения в каждом проводе 3-жильного кабеля при номинальном токе

ΔU = ( 3*10 I Lcos φ ) / ( γsU ) или ΔU = ( 3*10 Р l ) / ( γsU )

где: I - ток двигателя ( генератора), А;

L – длина кабеля, м;

cos φ - номинальный коэффициент мощности двигателя ( генератора);

γ = 48,1– удельная проводимость меди при + 65° С, м / Ом*мм

s - площадь поперечного сечения жилы выбранного кабеля, мм ;

U - номинальное ( линейное ) напряжение двигателя ( генератора), В.

Если полученное в расчете значение потери напряжения в линии окажется больше допускаемого, надо из таблицы выбрать кабель с ближайшим большим значением поперечного сечения жил и повторить расчет.

В случае если линия электропередачи обеспечивает электроэнергией несколько приемников, потеря напряжения определяется отдельно для каждого участка, в пределах которого площадь сечения и ток не изменяются.

Тогда для наиболее удаленного приемни­ка потеря напряжения в линии определится суммой потерь на отдельных участках

ΔU = ΔU + ΔU + …+ ΔU

8.3.4. Требования Правил Регистра к значениям падения напряжения в линиях электропередач

Правила Регистра устанавливают такие нормы падения напряжения

ΔU( %) при номинальном токе нагрузки приемников электроэнергии ΔU :

- на участке генератор – ГЭРЩ ( АРЩ ) - ΔU ≤ 1%;

- на участке ГЭРЩ – приемник электроэнергии:

- для приемников освещения и сигнализации при напряжении выше 55 В - ΔU ≤5%;

- для приемников освещения и сигнализации при напряжении 55 В и ниже 55 В - ΔU ≤10%;

- для силовых, нагревательных и отопительных приемников независимо от напряжения - ΔU ≤7%;

- для силовых приемников с кратковременным ( S2 ) или повторно-кратковременным режимом работы независимо от напряжения - ΔU ≤10%;

- на клеммах асинхронного двигателя при прямом пуске - ΔU ≤25%.