2. Расчёт судовой кабельной сети (см. Задание 2)

При нагрузке кабеля или провода электрическим током он нагревается, а так же в нём теряется мощность и напряжение. При выборе сечения кабеля (провода) проектант сталкивается с двумя противоположностями. С одной стороны желательно снизить массы, габариты и стоимость кабелей, а с другой – снизить температуру нагрева, потери мощности (энергии) и напряжения. Поэтому при выборе сечения приходиться принимать компромиссное решение, которое обеспечило бы большой срок службы кабелей и допустимые размеры, и массу, а также потери в сети.

При выборе кабелей следует учитывать допустимый ток (нагрев кабеля), жильность кабеля, режим работы потребителя (длительный, кратковременный или повторно-кратковременный), температуру окружающей среды, способ прокладки кабеля, место прокладки кабелей.

В настоящее время выбор марки и сечения кабелей производят по специальным таблицам, приведённых в правилах морского и речного регистров, (см. приложение 3, таблицы 1 и 2).

Сначала определяют марку кабеля (провода) в зависимости от места его прокладки и стоимости, а так же допустимого напряжения. Так, например, при прокладке в сырых неотапливаемых помещениях (МКО, палубы, бытовые помещения, грузовые трюма и т.п.) допускается электрические сети выполнять кабелем, а в сухих отапливаемых помещениях можно применять провода. В тех местах, где возможны лёгкие механические воздействия, на кабеле, должна быть плетёнка из стальных оцинкованных проволок (панцирь). Такой кабель в своей марке содержит букву «П». Например, подводы к двигателям и другому оборудованию, если она находится на высоте от настила (палубы) менее чем 750мм. Можно не применять панцирь, если кабель будет заключён в трубу, метало - или пластиковый рукав.

Кабель, проходящий по открытой палубе (надстройкам, мачтам и т.п.), а так же в радиорубке и ходовой рубке, должен иметь экран из луженых медных проволок (в марке кабеля будет буква «Э»). Кроме того, надо стараться применять кабели (провода) допускающие более высокую температуру нагрева и их оболочка должна быть стойкой к воздействию нефтяных масел и не распространять пламя (стойкость к возгоранию).

Часто на практике путают понятия многожильный кабель, и многопроволочный, отождествляя их. Многожильный кабель содержит в оболочке кабеля несколько изолированных токопроводящих жил, а каждая жила может выполнятся или из нескольких проволок, или состоять из одной проволоки (береговые кабели обычно делают с однопроволочной жилой). Затем по таблицам (см. приложение 3) в зависимости от величины тока, жильности кабеля, режима работы потребителя и с учетом прокладки выбирают сечение кабеля. При больших мощностях потребителя иногда вместо одного кабеля прокладывают два параллельно, или вместо одного трёхжильного – три одножильных. Для выбора сечения, как видно из предыдущего, нужно знать силу тока, которая определяется по следующим формулам:

а) для генераторов постоянного тока

б) для генератора трёхфазного переменного тока

где– номинальная мощность генератора, кВт

–номинальное напряжение генератора, В

–номинальный коэффициент мощности

в) для двигателя постоянного тока

г) для двигателя трёхфазного переменного тока

где – номинальная мощность двигателя, кВт

–номинальное напряжение двигателя, В

–номинальный коэффициент мощности

–номинальный к.п.д. двигателя

–коэффициент загрузки

Коэффициент загрузки в разных режимах электростанции (судна) может быть разным. Так, например, для рулевого привода при ходе по курсу (ходовой режим) может быть = (0,3…0,5), а на манёврах и в аварийном режиме его принимают= (0,8…0,9), а иногда 1. Ток нужно определять для самого высокого.

е) для освещения, нагревательных приборов и т.п. постоянного и однофазного переменного тока.

ж) для трехфазных статических приборов

где– номинальная мощность потребителя, кВт

–номинальное напряжение потребителя, В

Если потребитель обладает индуктивным сопротивлением (люминесцентные светильники, трансформаторы, дроссели и т.п.), то в знаменателе формулы должен быть cosφ потребителя.

з) для кабеля группового щита

где – ток отдельного i-го потребителя, А

–активный ток i-го потребителя, А

–реактивный ток i-го потребителя, А

–коэффициент одновременности работы потребителей

n – число потребителей

Если температура окружающей среды выше 40°С, то в величину расчётного тока вносят поправку в соответствии со следующей формулой:

где – табличный ток, А

–допустимая температура кабеля (кабели марок КНР, КНРЭ, КНРП, КНРТ и т.д. допускают температуру 65°С)

–температура окружающей среды, °С

40 – нормируемая температура окружающей среды, °С.

Выбранный кабель по допустимой нагрузке (плотности тока) проверяют на потерю напряжения.

Для сетей постоянного тока потеря напряжения определяется по следующим формулам:

где I – ток нагрузки, А

R – сопротивление одного провода, Ом

–номинальное напряжение сети, В

l – длина кабеля, м

S – сечение токопроводящей жилы, мм²

γ = 48 м/(Ом.мм²) – удельная проводимость медной жилы кабеля при температуре 65°С

Если допустимая температура кабеля выше 65°С, то удельную проводимость можно пересчитать пользуясь формулой:

где – удельная проводимость жилы при допустимой температуре кабеля, м/(Ом.мм²)

–удельная проводимость жилы при t = 65°С

α – температурный коэффициент сопротивления α = 0,004 – для меди.

Часто в расчётах вместо тока используют мощность в кВт, тогда формула будет выглядеть следующим образом:

Из этой формулы видно, что потери в сети обратно-пропорциональны квадрату напряжения при том же сечении токопроводящей жилы кабеля. Если питающая магистраль состоит из нескольких участков разного сечения, то потерю напряжения можно определить по формуле:

Если сечение магистрали одинаковое, что имеет место в сетях освещения, то формула может быть преобразована:

Для сетей переменного тока потерю напряжения определяют с учётом активного и реактивного (индуктивного) сопротивления кабеля, т.е.

Следует иметь в виду, что при частоте тока 50Гц реактивное сопротивление значительно меньше активного, поэтому в практических расчётах им часто пренебрегают, особенно при малых сечениях токопроводящей жилы кабеля, и потерю определяют по следующим выражениям:

Для определения в знаменателе, а длядолжна быть.

После определения потерь необходимо сравнить их с допустимой по Правилам Российского Речного Регистра или Морского Регистра судоходства, которые составляют:

– для силовой сети – 7%

– для сети освещения и сигнализации напряжением выше 55В – 5%

– для сети освещения и сигнализации напряжением ниже 55В – 10%

– для генераторного фидера – 1%

– для силовых потребителей с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы – 10%

– для радиоэлектронавигационных приборов и радиостанций – 5%