Изготовление кабелей

Кабели поставляются в широком многообразии размеров, материалов и типов, в зависимости от их назначения. Кабели состоят из трёх главных компонентов:

Конструкция кабеля и используемые материалы определяются следующими факторами:

В больших силовых кабелях используют так называемые секторные проводники, которые делают их тоньше, чем если бы использовались круглые проводники. В кабельную сборку могут добавляться не токопроводящие пряди наполнителя, чтобы поддерживать её форму.

Для использования на судах большинство кабелей должны быть малодымящего типа, не содержащего галогены. Это потому, что материалы с содержанием галогенов в огне выделяют коррозионные и ядовитые газы. Коррозионный элемент этих газов может разрушать электронику по пути следования, а ядовитый может быть опасен для персонала. Это особенно важно для мест, где собирается много людей, таких как жилые отсеки судна.

В большинстве современных силовых кабелей для изоляции проводников используются полимеры полиэтилена, включая сшитый полиэтилен (XLPE), что позволяет использовать такие кабеля при боле высокой температуре проводников, чем более старые типы, использующие ПВХ изоляцию.

Специальные кабели часто изготавливаются на заказ, как, например, кабеля для управляемых удаленно подводных аппаратов (ROV, Remote Operated Vehicle). Такие кабеля чаще всего гибридные и включают в себя провода для подачи энергии и контрольных сигналов, оптоволокно для данных и сигналов кабельного ТВ.

Кабели среднего и высокого напряжения

Кабели для использования в установках среднего или высокого напряжения (свыше 1000 В) имеют дополнительные проводящие экраны между проводниками. Кроме того, проводящий экран может окружать каждый изолированный проводник. Это выравнивает электрическую нагрузку на изоляцию кабеля. Отдельные проводящие экраны таких кабелей соединяются с землёй / заземляющими проводами на концах кабеля. Чтобы увеличить безопасность, кабели среднего и высокого напряжения имеют цвет, отличающийся от других кабелей, обычно ярко-красный, и устанавливаются на отдельные кабельные опоры.

Производство кабелей

Производство кабелей включает в себя определенное количество этапов, начиная с сырья, такого как толстая медная проволока в больших количествах.

В качестве примера дадим краткое описание разных этапов процесса производства больших силовых кабелей со стальной оплёткой для механической защиты.

Различные слои силового кабеля:

Чтобы получить определенный размер медной проволоки для конкретного типа кабеля, сырьевые медные проволоки протягиваются фрикционными колёсами через волочильные штампы, приобретая нужный размер (рис.1).

Отдельные проволочки соединяются в многожильный проводник (1) (рис.2). Проводники покрываются изолирующим материалом, таким как сшитый полиэтилен (XLPE) определенного цвета, чтобы отличить этот проводник при использовании. Для силовых кабелей это фазы, нейтраль или земля, если она используется (2).

Отдельные изолированные провода скручиваются вместе (рис.3), и между жилами добавляется компаунд-наполнитель (3). Поверх компаунда и проводов наносится внутренняя изоляция (4).

Слой стальной проволоки наворачивается вокруг внутренней изоляции, образуя стальную оплётку (5) (рис.4).

Поверх стальной оплётки наносится наружный изоляционный слой (6) (рис.5). Как пример структуры на рис.6 показано поперечное сечение силового кабеля. Это сечение кабеля без внутреннего слоя изоляции, но с заполняющим компаундом.

Каждая проводник фазы состоит из 39 субпроводников, в каждом из которых около 40 проволочек. Таким образом, в этом примере каждая фаза состоит из примерно 1600 отдельных тонких медных проволочек.

Когда процесс производства завершен, кабель готов к испытаниям производителя, а после этого к поставке (рис.7).

Кабельные лотки и прокладка кабеля

Обоснованное эмпирическое правило – минимальный внутренний радиус изгиба низковольтного кабеля равен 6 диаметрам кабеля. Выше 1000 В, то есть для высоковольтных кабелей, эта цифра лежит между 15диаметров для многожильных кабелей и 20 – для одножильных.

Также во внимание надо принимать температуру воздуха во время прокладки; при температурах ниже +5°С протягивание кабелей должно быть остановлено, так как велика вероятность повреждения внешних экранов и изоляции жил.

Высоковольтные кабели должны быть отделены от низковольтных.

Кабели должны быть официально утвержденного типа. В случае если таких кабелей нет, имеющиеся кабели должны быть испытаны производителем и сертифицированы классификационным сообществом. Эти испытания должны включать в себя:

Все испытания должны поводиться в соответствии с надлежащими стандартами производителя до отгрузки кабеля.

Фиксированные кабельные опоры для одного или небольшого количества кабелей – это простая полоска стали, приваренная к судовой структуре. Для большого количества кабелей используются лотки лестничного типа.

Кабельные лотки приходят различных размеров и сделанные из различных материалов. Самые простые – из обыкновенной стали, окрашенные до укладки кабеля. Лотки для наружного использования – горячего цинкования (погружением) или из нержавеющей стали. Когда используется нержавеющая сталь, такие лотки должны быть изолированы от обычных кабельных опор, чтобы избежать гальванической коррозии.

Когда важен вес конструкции, применяются алюминиевые лотки. Они должны быть стойкими к морской воде, чтобы избежать сильной коррозии.

Примеры фиксированных и гибких кабельных лотков

В любом случае все кабельные лотки других типов, чем обыкновенные стальные, будут более дорогими как по материалу, так и по установке.

Еще один вариант легких кабельных лотков – стеклопластик. Такой тип лотков обозначатся как FRP или GRP.

Кабели обычно фиксируются пластиковыми хомутами (т. н. Ty-raps), которые должны быть из материала, устойчивого к УФ, ели применяются снаружи. Стальные хомуты используют, когда кабели монтируются на вертикальных лотках или на нижней поверхности потолочного горизонтального лотка.

Когда присутствуют одножильные или высоковольтные кабели, особое внимание надо уделять выбору материалов (немагнитные, нержавеющая сталь).

Максимальная дистанция между опорами кабеля, мм

Дополнительная огнезащита путем нанесения огнеупорного покрытия (белый слой наверху) на кабели, проходящие через противопожарную палубу

Туннель для труб и кабелей в большом грузовом судне.

Водонепроницаемая кабельная проходка (MCT, Multi Cable Transit)

Высоковольтные кабели

Минимальный радикс изгиба для фиксированных кабелей

Высоковольтные кабели

Высоковольтные кабели несколько отличаются с точки зрения конструкции. Начиная с 3 кВ высоковольтные кабели имеют конструкцию радиального поля с заземленными экранами между жилами и наружной изоляцией. Радиальное распределение силы поля получается путем радиального переноса силы поля от проводника к изоляции и от изоляции к экранам, с использованием полупроводящих слоёв и специальных монтажных деталей. «Радиальное распределение» означает однородное по напряженности поле, приводящее к минимальным электрическим нагрузкам.

Высоковольтные кабели должны проходить испытания после установки и после завершения оконечной заделки (терминирования).

Специальные монтажные детали состоят из термоусадочной 3-полюсной втулки, которая соединяет кабельный наконечник на сердечнике (проводнике) с полупроводниковым слоем сердечника и экран сердечника с полупроводниковым слоем вокруг изоляции сердечника.

Кабель с радиальными полями

Рулевая рубка на телескопическом подъёмнике

Кабельная проходка с резиновыми уплотнительными блоками

Гибкие кабели

Стандартные морские кабели пригодны для фиксированной установки на борту судов и береговых установок. Хотя и выполненные из скрученных проводников, эти кабели пригодны только для ограниченного движения в закреплении при подходящей температуре. Надстройка с вертикальным движением, используемая на речных судах и позволяющая проходить под мостами, и в то же время обеспечивать хороший круговой обзор при высоком грузе, требует специальных гибких проводников. Изоляционный материал и материал оболочки должны быть более гибкими, учитывая погодные условия, такие как мороз. Дополнительное внимание требуется специальным кабелям, таким как коаксиальные, чтобы достичь требуемой долговечности.

Кабельная проходка

Многокабельные или однокабельные проходки делаются похожим образом. Водонепроницаемые переборки требуют иного вида проходки, по сравнению с проходкой через противопожарную переборку или палубу. Стандартные кабельные проходки имеют огнезащиту А-60 и водонепроницаемы до давления 50 м водной колонны (5 бар). Легко приобрести разные их типы, включая проходку с заливкой, которая герметизируется подходящим компаундом после завершения прокладки кабелей.

Многокабельные проходки (Multicable Transits, MCT’s) – стальная рама, которая приварена или прикручена к палубе или переборке. Кабели проходят через эту раму, и пространство между ними заполняется тщательно подобранными резиновыми блоками. Когда все блоки установлены, с краю вставляется большой резиновый блок, сжимаемый болтами, который, расширяясь при этом, герметизирует всю проходку. Эта система позволяет в будущем открывать проходку и прокладывать через неё новые кабели.

Сертификация

Акт экспертизы продукта (или сертификат, в зависимости от Классификационного сообщества) – констатация того, что Класс проверил чертежи или предварительное описание оборудования (или его модификации) и что оно одобрено к использованию по назначению.

В нашем случае это касается электрических кабелей, предназначенных для использования на судах. Декларируется, что кабели были произведены в соответствии с Правилами для стальных судов (Rules for Steel Vessels (ships)) и в соответствии с Кодом MODU (Rules for Mobile Offshore and Drilling Units).

Кроме того, если должна проводиться переделка (конверсия) существующего классифицированного судна или морской установки, которая требует одобрения Класса, это подтверждение должно быть дано после изучения и одобрения чертежей, которые в этом случае должны быть предоставлены для одобрения.

Получить такое одобрение должно изменение в конструкции судна или любого оборудования, которое является частью генерации энергии, ходовой установки, целостности водоизоляции, если это описано в Классификационных правилах или Регулировании SOLAS. SOLAS в принципе является вопросом государства флага, но многие страны делегировали это Классу.

Часто соответствующие чертежи сопровождаются комментариями, которые местный инспектор должен проверить при одобрении по месту проведения конверсии. Эти комментарии в данном случае написаны в DAD. Местный инспектор при выполнении работ опирается на конкретный раздел DAD в этом рапорте.

Соединение кабелей

Жизненно важная часть электрических устройств – соединение кабелей, потому что именно они осуществляют реальную взаимосвязь между различными частями системы. Кабельные соединения поставляются любых форм и размеров для любых возможных видов соединения, например:

Каждый тип соединения имеет свои специфические требования, и существуют компании, которые разрабатывают и производят весь диапазон коннекторов для кабелей. Одна из разработок – PIT-разъёмы (Push-in Terminal) для контрольных кабелей, которые работают без болтов и сберегают время подсоединения.

Силовые соединения, как для высокого, так и для низкого напряжения, более критичны, особенно когда это соединение для больших токов. Когда эти соединения не выполнены с правильно подобранными кабельными наконечниками (для поперечного сечения проводника) и не обжаты правильным инструментом, такое соединение может быть слабым. Слабое соединение имеет большее сопротивление, на нём выделяется тепло, которое может привести к пожару.

Это применимо и к шинопроводу в распределительных щитах. Гайки и болты, которые на шине, должны быть затянуты динамометрическим ключом, выставленным на нужную величину.