Комплекс электрических кабелей, распределительных устройств и арматуры цепи, служащей для подачи электроэнергии потребителям, называется электрической цепью.
На современных судах имеется большое число самостоятельных электрических цепей различного назначения, которые рассмотрены ниже; их основные виды выделены полужирным шрифтом.
Силовая цепь предназначена для подвода электроэнергии к силовым потребителям, т. е. к электроприводам судовых механизмов всех назначений и мощным электронагревательным приборам. На судах может быть несколько самостоятельных цепей освещения.
Цепь основного или нормального освещения служит для питания светильников общего, местного и специального назначения нормальном для судна режиме и подключается к ГРЩ. Основное требование к цепи — обеспечение норм освещенности и качества освещения (равномерность в пространстве и времени, достаточная надежность и бесперебойность). Цепь основного освещения на средних и крупных судах с электростанцией переменного тока получает питание от отдельной секции ГРЩ, питающейся, в свою очередь, от основных шин через понижающие трансформаторы 380/220 или 380/127, реже 220/127 В. От этой секции получают питание групповые щиты освещения. Эта часть цепи носит назначение первичной цепи освещения. Кабельные линии от групповых щитов к светильникам образуют вторичную цепь освещения.
Цепь нормального освещения может иметь, в свою очередь, несколько следующих самостоятельных цепей.
Цепь освещения судовых помещений выполняют таким образом, чтобы светильники общего освещения получали питание по одним кабельным линиям, а светильники местного освещения, штепсельные розетки — по другим.
Цепь наружного освещения может иметь местные выключатели, но вся цепь выключается централизованно, из ходовой рубки, например после съемки судна с якоря.
Трюмное освещение выполняется стационарными светильниками, переносными трюмными люстрами, либо теми и другими совместно. Для трюмных люстр в районе люков трюмов устанавливают розетки. Питание этих розеток и стационарных светильников освещения трюмов производится от самостоятельного щита.
Цепь сигнально-отличительных фонарей должна питаться двумя путями: от ГРЩ и от ближайшего щита освещения; при наличии АДГ— от ГРЩ через АРЩ. В соответствии с Правилами Регистра сигнально-отличительные фонари получают питание также от аккумуляторной батареи 24 В.
Цепь освещения машинного отделения выполняется таким образом, чтобы светильники в шахматном порядке получали питание от двух независимых щитов освещения или от двух фидеров ГРЩ.
Цепь аварийного освещения получает питание от АРЩ, который в нормальном режиме подключается к ГРЩ. Цепь выполняется обычно без выключателей. Светильники (со специальной меткой) располагают у постов и пультов управления, ГРЩ, АРЩ, в проходах, у трапов и в местах возможного скопления людей, у шлюпок, в штурманской, радио- и рулевой рубках и т. д.
Цепь аккумуляторно-аварийного освещения обеспечивает временное освещение, при выходе из строя или обесточивании основной цепи освещения. При наличии АДГ аккумуляторно-аварийное освещение работает в период между исчезновением напряжения в цепи освещения и запуском АДГ. В качестве светильников аккумуляторно-аварийного освещения устанавливают малогабаритную катерную арматуру с лампами на 24 В. В последние годы для питания светильников аккумуляторно-аварийного освещения устанавливают местные малогабаритные аккумуляторы с автономной автоматической подзарядкой от цепи нормального освещения.
Цепь низковольтного переносного освещения выполняется на 12 и 24 В и питается через общие понижающие трансформаторы или штепсель-трансформаторы, когда распределение электроэнергии выполнено на нормальном напряжении, а в корпусе каждой розетки установлен понижающий трансформатор. Низковольтное переносное освещение (переносные лампы) используют при выполнении осмотров и ремонта оборудования.
Цепь радиотрансляции обеспечивает трансляцию радиопередач, магнитофонной записи или служебных команд по судовым помещениям.
Цепь установок слабого тока включает телефонные цепи, цепи различных видов звонковой связи и сигнализации (авральная, обиходная, пожарная и т. д.), цепи машинных и рулевых телеграфов, тахометров и др.
Цепи прочих устройств включают цепи зарядки аккумуляторов, цепь питания прожекторов и другие обособленные электрические цепи, которые могут быть на судне.
Электрические цепи выполняются судовыми кабелями и проводами. Судовой кабель — это один или несколько изолированных электрических проводников, имеющих одну или несколько общих защитных оболочек. Защитная оболочка предохраняет изоляцию и токоведущие жилы от механических и химических воздействий.
В зависимости от назначения различают следующие группы кабелей:
1. Используемые в силовых и осветительных цепях для прокладки по неподвижным конструкциям (КНР, КНРП, КНРЭ, СРМ, СРТМ, СРБМ, КБН, КБНЭ, КОВЭ) и для прокладки по подвижным конструкциям (НРШМ, РШМ).
2. Применяемые в схемах управления, связи и внутрисудовой телефонии для прокладки по неподвижным конструкциям (КНРТ, КНРТП, КНРТЭ, КНРЭТ, КНРЭТЭ, КНРЭТП, КСМТ, КСМТЭ, КСМЭТ, КСМЭТЭ, КСМ, КСМЭ) и для прокладки по неподвижным конструкциям (МРШН, МЭРШН, КУШГ, НГРШМ).
3. Высокочастотные кабели (РК, РД, РКС, РКГ, РКПГ).
Обозначение кабелей (расшифровка букв):
для кабелей 1-й группы: К — кабель, С — свинцовая оболочка, Б — броня из стальной ленты (у кабелей, имеющих свинцовую оболочку) или бутилкаучуковая изоляция, Р — резиновая изоляция жил и наружная оболочка, Н — негорючий, Ш — шланговый, М — морской, П — панцирь из стальных оцинкованных проволок, Э — экранированный (плетенка из медных луженых проволок), В — полихлорвиниловый шланг, О — облегченный;
для кабелей 2-й группы: К — кабель, Н — негорючий, Р — резиновая изоляция, Э (в конце шифра)—экранированный (плетенка из медных луженых проволок), Э (в середине шифра) — экранированные жилы, Т — телефонный, П — панцирь из стальных оцинкованных проволок, С — судовой, М — малогабаритный, Ш — шланговый.
для кабелей 3-й группы: Р — радиокабель, К — коаксиальный, Д — двухжильный, С — свинцовая оболочка, Г — гибкий, ПГ — повышенной гибкости.
Изоляция большинства силовых морских кабелей рассчитана на напряжение 700 В переменного и 1000 В постоянного тока.
По виду защиты кабели делят на: негерметичные — не защищенные от попадания влаги; герметичные — защищенные от попадания влаги в радиальном и продольном направлениях; панцирные— защищенные от механических повреждений; экранированные — защищенные от помех радиоприему и механических повреждений.
Стандарт на судовые кабели предусматривает для жил сечения: 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 425; 625 мм2.
Конструктивно они выполнены в виде скрученных в общую жилу тонких проволок.
По степени гибкости жилы судовых кабелей, проводов и шнуров согласно ГОСТ 1956—64 подразделяют на четыре типа: нормальные; гибкие; повышенной гибкости; особо гибкие.
Многожильные кабели могут иметь 2, 3, 4, 5, 7, 10, 12, 14, 16, 19, 24, 27, 30, 33, 37, 52 и 61 жилу.
Характеристики некоторых наиболее употребительных судовых кабелей приведены в табл. 1.
Внутренний монтаж распределительных щитов, контакторных станций, пультов управления и т. п. выполняют с помощью проводов в полихлорвиниловой изоляции марок ПГВ, УВГ и УВОГ.
Провода УВГ и УВОГ в отличие от ПГВ имеют усиленную изоляцию, гибкую (УВГ) или особо гибкую (УВОГ) жилы и применяются для подсоединения подвижных элементов схем.
Провода в отличие от кабелей не имеют защитной оболочки, поэтому не могут применяться для монтажа внешних цепей. В отдельных случаях провод может быть использован для монтажа цепи освещения в сухих помещениях (каютах пассажиров и команды).
Выбор сечения кабелей. При протекании тока по кабелю (проводу) в нем выделяется тепло и кабель нагревается. Установившийся температурный режим кабеля наступит, когда количество тепла, выделяемого в единицу времени током, станет равным количеству тепла, отдаваемого им в окружающую среду. Нагрев кабеля ограничивается допустимой температурой изоляции, поэтому для каждого кабеля может быть допущена определенная токовая нагрузка, превышение которой приводит к порче изоляции или преждевременному ее старению.
По условиям нагрева сечения судовых кабелей выбирают по таблицам допустимых нагрузок с учетом режима работы, числа жил и термической стойкости изоляции. Таблицы составлены для определенных способов прокладки, оговоренных Правилами Регистра, и температур окружающей среды 40 и 45°С — для тропических условий.
Таблица 1. Характеристика наиболее распространенных морских кабелей и проводов и область их применения
Примечания: 1. Конструкции соответствующих кабелей обозначены в таблице и на рисунке цифрами. 2. Позиции на рисунке: 1 — токоведущая жила; 2 — изоляция резиновая; 3 — оболочка резиновая; 4 — оплетка стальная, 5 — оплетка медная; 6 — оболочка свинцовая; 7 — изоляция полихлорвиниловая.
Режим работы кабеля определяется режимом работы токоприемника. В табл. 2 приведены допустимые нагрузки кабелей с резиновой изоляцией при температуре окружающей среды 40°С.
Если температура среды превышает 40°С, то указанные в таблице нагрузки нужно умножить на поправочные коэффициенты: 45°С— 0,89; 50°С — 0,78; 55°С — 0,63; 60°С — 0,45.
Таблица 2. Допустимые нагрузки в амперах на кабели и провода с резиновой изоляцией и допустимым нагревом жилы 65° С при температуре окружающей среды 40° С (цифры 1, 2 и 3 в головке таблицы — число жил кабеля)
При скрытой или многорядной открытой прокладках, а также при прокладке кабеля в трубах длиной свыше 1,3 м значения допустимых токов, приведенных в таблицах, должны быть снижены на 25%.
Если применяется кабель с изоляцией, допустимая температура которой отличается от 65°С, то следует пользоваться другими таблицами. Для выбора сечения кабеля по таблице необходимо определить расчетный ток по следующим формулам:
для постоянного тока:
для однофазного переменного тока:
для трехфазного переменного тока:
где Рп — потребляемая мощность, кВт; k3 — коэффициент загрузки потребителя; Uн — номинальное напряжение цепи, В; cos ф — коэффициент мощности потребителя.
Расчетный ток фидера, питающего несколько потребителей постоянного тока:
где k0 — коэффициент одновременности; ∑Iр — суммарный ток потребителей, питаемых фидером; Iзап — ток запасных ответвлений.
Расчетный ток фидера, питающего несколько потребителей переменного тока, определяют следующим образом. Рассчитывают активную Iа и реактивную Iх составляющие тока каждого потребителя:
Полный ток фидера:
Расчетный ток фидера:
Если cos ф потребителей близки по своим значениям, то ток фидера можно определить по упрощенной формуле Iф = ∑Iр.
Потребители электроэнергии могут нормально работать при определенном значении напряжения, поэтому выбранный по нагреву кабель проверяют по условию допустимого падения напряжения (%):
Допустимое падение напряжения ΔUдоп по нормам Правил Регистра для кабелей, соединяющих генераторы с ГРЩ, не должно превышать 1%; для кабелей, соединяющих ГРЩ с силовыми потребителями, работающими продолжительно, — 7%, а работающими в повторно-кратковременном и кратковременном режимах, — 10%; для цепей освещения и сигнализации — 5% при напряжении цепи свыше 30 В и 10% при напряжении 30 В и ниже.
Падение напряжения в кабелях, питающих щит радиостанции, щиты радио- и электронавигационных устройств и зарядные щиты, не должно превышать 5%. Кабели, питающие короткозамкнутые асинхронные электродвигатели, не должны иметь падение напряжения во время прямого пуска более 25 %
Для цепей постоянного тока падение напряжения (%) определяют по формуле:
где l — длина кабеля в один конец, м; ɣ — проводимость меди, м/Ом×мм2 (ɣ = 54,4 при 20°С и ɣ = 46 при 65°С); S — сечение кабеля, мм2.
Для трехфазной цепи с коэффициентом мощности cos ф потеря напряжения (%) складывается из потерь на активном R и индуктивном X сопротивлениях кабеля:
В цепях переменного тока следует различать падение и потерю напряжения. Падение напряжения есть геометрическая (векторная) разность напряжений в начале и конце линии. Потеря напряжения представляет собой алгебраическую разность между напряжениями в начале и конце линии.
Для судовых цепей часто пользуются упрощенной формулой:
Если для выбранного сечения окажется, что ΔUр > ΔUдоп, то выбирают большее сечение.
Проверку по падению напряжения обычно производят лишь для наиболее удаленных токоприемников. Проверку на потерю напряжения кабелей, идущих к мощным и удаленным потребителям, необходимо производить с учетом индуктивного сопротивления кабелей, так как использование упрощенных формул может дать значительную погрешность.
