Планирование ЭМС

Составление плана ЭМС для таможенного патрульного судна с полным пакетом морского и навигационного оборудования, а также гидравлическим носовым приводом.

1.  Общая информация о проекте

Таможенное патрульное судно с полным пакетом морского и навигационного оборудования, а также гидравлическим носовым приводом. – современное высокоскоростное патрульное и спасательное судно с полуводоизмещающим корпусом для работы в прибрежных районах и открытом море. Патрульный катер имеет стальной корпус и надстройку из алюминия. Двигательная установка состоит из двух управляемых электроникой дизельных моторов «common rail», вращающих гребные винты с регулируемым шагом. Электрооборудование 400/230 В 50 Гц, трёхфазное, с четырьмя проводами и заземлённой нейтралью запитано от двух управляемых электроникой дизельных моторов «common rail» с генераторами. Носовой трастер гидравлический. Все моторы с электрическим стартом и аварийное питание – от батарей.

2.  Определение ЭМС

Электромагнитная совместимость (Electromagnetic Compatibility) – это способность оборудования и/или его сочетания нормально работать вместе, а также в (электромагнитных) условиях на борту судна. Электронное и электрическое оборудование официально утверждённого типа проверяется сертифицированной лабораторией, чтобы подтвердить, что оно будет нормально функционировать при ожидаемых условиях на борту судна.

Требования для испытания на утверждение типа можно найти на веб-сайтах классификационных сообществ, а также Международных стандартов IEC 600945 и IEC 600533. Часть этих испытаний относится к ЭМС, а также к помехам для передаваемых сигналов бедствия малой мощности, таких как сигналы VHF на частотах 156-165 МГц. Для более подробного определения ЭМС смотрите IEC 533 «Электромагнитная совместимость на судах».

Силовые и контрольные кабели внутри двойного пола

3.  Общий план мероприятий

Этот план используется для получения первого впечатления о том, как иметь дело с ЭМС. Он помогает выработать руководящие принципы и рекомендации по техническим мерам для достижения электромагнитной совместимости на судне и для судового оборудования. Эти превентивные меры касаются электрического и электронного оборудования, и, в особых случаях, не электрического оборудования. Для ЭМС применимы следующие общие меры:

 4.  Разделение

Пространство на судах ограничено, особенно на малых. Установка оборудования в другом помещении или на значительном удалении друг от друга, чтобы предотвратить помехи, сильно затруднено. Чтобы найти наилучший компромисс для расположения радио и навигационных антенн, составляется список антенн в порядке их важности, а затем находится подходящая позиция. Антенны взаимодействуют, если расположены рядом друг с другом.

Чтобы получить хороший приём телевидения, рекомендуется установить ненаправленную телевизионную антенну выше антенн работающих каждый день VHF радиостанций.

5.  Уменьшение уровня помех в их источнике

После выбора места для различных антенн, необходимо определить вклад бортового оборудования в уровень помех. Должно быть учтено расстояние до другого оборудования и определены меры для контроля.

Первый источник помех – внешний, такой как другие суда или береговые средства контроля. Оборудование, расположенное в верхней зоне палубы, должно быть способно работать в условиях ЭМС в соответствии с IEC 801-3 (частота 27 МГц – 500 МГц, сила поля 10 В/м).

Вблизи от судовых антенн эти уровни значительно превышены, например:

Поэтому план размещения антенн должен быть пересмотрен с учетом влияния бортовых источников сигналов.

6.    Первый источник помех

Окружающая обстановка – основной источник помех для сигналов, приходящих с других судов и береговых систем. Её свойства определены в стандартах. Любое официально утвержденное по типу оборудование удовлетворяет этим стандартам и пригодно для работы в условиях, существующих на судах.

Снаружи судового корпуса сигналы сильнее, чем внутри металлической структуры.

Электромагнитная обстановка может быть разделена на две зоны:

Кабели, проходящие по зоне «выше палубы», работают как антенны и переносят сигнал в зону «ниже палубы» и к другому электронному оборудованию. Чтобы избежать этого, все внешние кабели должны или проходить внутри оцинкованных стальных труб, или быть экранированными. Экран должен быть заземлен с обеих сторон, по возможности как можно ближе к месту, где кабель проходит через стальные стены.

7.  Второй источник помех

Второй источник помех – система кабелей внутри стальной или алюминиевой структуры, переносящая все виды сигналов по кораблю. Вид сигнала, передаваемого по кабелю, определяет, какой тип кабеля должен быть использован, и группу, к которой относится кабель.

(Базовая матрица, связывающая сигнал и измерения. Каждое применение должно быть отдельно рассмотрено в деталях)

Группа 1 – нейтральная

Группа 2 – чувствительная

Кабель с одиночным экраном, дополнительно – скрученные пары проводов

Коаксиальные кабели

Коаксиальные кабели, экранированные силовые кабели

Пример сепарационного расстояния в см, которое нужно выдерживать между кабелями разных групп

Кабели, оканчивающиеся в одной установке, не требуют сепарации друг относительно друга.

Экранированные кабели

Заземление

Мультикабельный сквозной проход (Multi Cable Transit, MCT)
с огнеупорными кабелями

8.  Третий источник помех

Третий источник помех – система энергоснабжения. Повторим, это лишь базовые стандарты, которые должны быть детализированы для конкретного проекта.

Проектируемая энергосистема – трёхфазная четырёхпроводная система с заземленной нейтралью, с двумя дизельными генераторами. Нейтраль заземлена в генераторе. Разъединитель цепи генератора имеет 4 полюса. Всё оборудование приспособлено к «механическому» аспекту окружающей среды на судне – температуре, движению и вибрации судна.

Система энергоснабжения очень похожа на снабжение береговых промышленных объектов. Стандартные промышленные преобразователи частоты со стандартными фильтрами ограничивают гармонические искажения приемлемым уровнем, как было описано выше. Всё оборудование должно работать корректно, когда энергоснабжающая система переменного или постоянного тока обладает следующими характеристиками:

9.  Увеличение порога чувствительности

Дистанционное управление и системы автоматизации – зачастую распределенные системы, с «умными» локальными устройствами, снабженными фильтрующими и ограничивающими цепями, чтобы можно было использовать неэкранированные кабеля для цифрового входа и выхода.

Обмен данными между локальными устройствами и рабочими станциями должен осуществляться экранированными кабелями, проложенными отдельно от силовых кабелей. Обмен данными должен проходить по коаксиальным кабелям или же сигнал должен быть усилен до такого уровня, что порог чувствительности превышает уровень помех от силовых кабелей. В этом случае не требуется сепарация.

Это решение также можно использовать, когда во время приёмных испытаний в гавани (Harbor Acceptance Tests, HAT) и в море (Sea Acceptance Trials, SAT) обнаруживаются непредвиденные помехи.

Кабели проходят внутри металлической структуры, чтобы уменьшить уровень помех

10. Оборудование связи и навигации:

Вид спереди и сзади

1. VHF 1 и 2: радиотелефон CX4 с волновой ячейкой, с цифровым избирательным вызовом (Digital Selective Calling, DSC):

3. Маячок (устройство самонаведения) HF 2182: приёмные кабели коаксиальные.

4. Приёмное устройство MF/HF:

6. DGPS 1 и 2. Антенны должны быть расположены так, чтобы избегать одинаковых слепых зон.

GSM 1 и 2. Антенны не должны образовывать схожие слепые зоны, как и AIS. Кабель приемопередатчика коаксиальный.

7. Satcom C1 и C2. Антенны должны быть расположены так, чтобы избегать похожих зон. Кабеля приемопередатчика коаксиальные и проложены отдельно от принимающих кабелей.

8. Satcom Mini-M: Кабеля приемопередатчика коаксиальные и проложены отдельно от принимающих кабелей.

9. Телевизионные / FM, AM радио антенны – без ограничений. Коаксиальный кабель.

10. Радар Х-диапазона (длина волны 3 см). 6-футовая антенна (1,8 м) должна быть расположена ниже радара S-диапазона. Трансивер встроенный. Композитные кабели к станции оператора прокладываются как группа 3 (чувствительные). Композитный кабель нельзя разрывать.

11. Радар S-диапазона (длина волны 10 см). 12-футовая антенна (3,6 м) может располагаться свободно относительно антенны радара Х-диапазона, трансивер встроенный. Композитные кабели к станции оператора прокладываются как группа 3, согласно рекомендации поставщика. Сигнальные кабели также относятся к группе 3. Чувствительные коммуникационные кабели относятся к группе 2.

Композитные кабели нельзя соединять в соединительном ящике мачты, они должны идти прямо.

Обе радарных антенны должны быть расположены таким образом, чтобы их слепые зоны из-за стальных конструкций не совпадали.

12. Магнитный компас должен размещаться на удалении от магнитных (железных) структур.

13. Датчик скорости и направления ветра должен быть установлен в свободном месте, без препятствий для ветра.

Прочее оборудование:

Около трапа на верхнюю палубу должны быть размещены предупреждающие знаки: «Опасность! Электромагнитное излучение!»

Боевой пост

Пост связи (GMDSS)

Морской (навигационный) пост

Кабели для генерации и конвертации энергии:

- навигационные огни: наружные кабели должны быть экранированными и проходить внутри трубок с открытыми поворотами, незащищенная длина для каждого поворота – 20 см.

- сирена: наружные кабели проходят по трубкам с открытыми поворотами;

- система общей тревоги: неэкранированные кабели, без сепарации;

- основные генераторы: неэкранированные кабели, без сепарации;

- система постоянного тока 24 В: неэкранированные кабели, без сепарации, за исключением цепей питания в районе мостика, если они не проходят внутри стальных консолей. Эти кабели должны быть экранированы, но сепарация не нужна;

- стартеры: как для силовых, так и для сигнальных цепей неэкранированные кабели и без сепарации;

- освещение: кабели для наружного освещения должны проходить внутри оцинкованных труб с открытыми поворотами, открытые участки кабеля не более 20 см на поворот. Кабели неэкранированные и без сепарации. Для района мостика – экранированный кабель без сепарации;

- кабели между преобразователями частоты и моторами должны быть экранированы, заземлены с обеих сторон, отделены от других кабелей и рассматриваются как группа 4 – создающие сильные помехи.

Распределительные устройства и контрольные системы

- распределительный щит и центры управления двигателем: как силовые, так и контрольные цепи – неэкранированные кабели, без сепарации;

- главный щит освещения: неэкранированные кабели, без сепарации, за исключением питающих цепей в районе мостика – если они не проходят прямо внутри стальных консолей. Эти кабели должны быть заэкранированы, но сепарация не нужна;

- аварийный щит освещения: неэкранированные кабели, без сепарации, за исключением питающих цепей в районе мостика, – если они не проходят прямо внутри стальных консолей. Эти кабели должны быть заэкранированы, но сепарация не нужна;

- распределительные панели освещения: неэкранированные кабели, без сепарации, за исключением питающих цепей в районе мостика – если они не проходят прямо внутри стальных консолей. Эти кабели должны быть заэкранированы, но сепарация не нужна.

Оборудование обработки сигналов:

- система обнаружения огня: экранированный кабель, без сепарации;

- удаленный контроль и системы автоматизации могут быть распределёнными системами с «умными» локальными узлами, с подходящими фильтрующими и ограничивающими цепями. Неэкранированные кабели для цифровых входа и выхода вполне достаточны, но можно поставить и экранированные без сепарации. Аналоговый вход должен быть выполнен экранированным кабелем без сепарации. Обмен данными между локальными устройствами и рабочими станциями по экранированным кабелям, проложенным отдельно от силовых и коаксиальных кабелей.

 Неэлектрическое снаряжение:

- такелаж должен быть заземлён.

Интегрированное оборудование:

Оборудование, расположенное в опасных местах:

- кабели для искробезопасных цепей должны быть экранированы и четко обозначены, например цветом, а также отделены от других кабелей;

- кабели для силовых цепей в опасных местах должны быть экранированы для обнаружения неисправностей заземления.

11. Конструкция мачт и прокладывание кабелей

На некоторых судах мачты съёмные. Поэтому предусмотрены соединительные ящики для кабелей к оборудованию на мачтах. Эти соединительные ящики должны быть водонепроницаемыми и иметь металлическое покрытие, желательно крепиться на болтах и иметь отдельное заземление. Монтажная пластина должна быть металлической и иметь отдельное заземление. Экраны кабелей должны быть соединены на отдельном изолированном терминале.

Все кабели должны быть проложены внутри мачты и/или в стальной или алюминиевой трубе с открытыми поворотами, чтобы избежать помех от радаров и антенн MF/HF.

Кабели 4-й группы от приемопередатчиков надо проложить отдельно от других кабелей, а также отдельно друг от друга. Этого можно достичь, сделав монтажные люки и крепежные планки в обеих «ногах» мачты, или использовать трубы. Одна труба для групп кабелей 1,2 и 3, причем кабели 3-й группы должны прокладываться по возможности отдельно от 1-й и 2-й.

Другая труба должна использоваться для кабелей от приемопередатчиков (группа 4), а так как они не могут быть разомкнуты, нет необходимости в соединительной коробке. Однако, кабели группы 4 должны быть отделены друг от друга. Когда это невозможно из-за нехватки места внутри мачты, должно быть обеспечено дополнительное экранирование таких кабелей. Это позволит вести эти кабели вместе. Однако этот дополнительный экран не подходит к разъемам оборудования. Компромисс – установка дополнительного экрана только там, где кабели долго идут параллельно внутри мачты или рулевой рубки. Экран можно убрать около разъёма на конце и использовать оригинальный коннектор.

12.Общие вопросы прокладки кабеля

В целом направляющие для кабелей, лотки, проходы через палубу и переборки должны позволить сделать сепарацию, как было описано выше. Когда требуемая дистанция не может быть достигнута, как, например, в случае мачты всего с одной трубой, могут быть приняты альтернативные меры, такие как дополнительный экран вокруг кабеля. Это увеличивает защиту кабеля и ограничивает излучение в окружающую среду.

В этом проекте такое применимо ко всем группам кабелей. Дополнительное экранирование нужно предусмотреть для длинных прогонов, экранирование коротких участков должно быть минимальным.

Кабели на палубе химического танкера