Глава первая
СУДОВЫЕ КАБЕЛЬНЫЕ ТРАССЫ И ИХ ЭЛЕМЕНТЫ
- Технические требования к кабельным трассам
Судовое электромонтажное производство - это вид судостроительного производства, объединяющий судовые электромонтажные и регулировочно-сдаточные работы. Основным объектом электромонтажного производства является электротехническая часть судна, которая представляет совокупность установленных на судне элементов электрооборудования, шинопроводов и кабельных трасс (рис. 1.1). Электротехническая часть судна при проектировании и монтаже делится на электромонтажные районы, которые включают помещения, характеризующиеся относительной автономностью компоновки в них электрооборудования, шинопроводов и кабельных трасс. На каждый электромонтажный район имеется комплект рабочих чертежей.
В технической литературе существует несколько противоречивых определений широко распространенного термина „кабельная трасса”. В книге Ю. С. Путято и Е. А. Иванова приведено такое толкование термина: „Под кабельной трассой понимают конструкции, установленные для крепления пучков или одиночных кабелей по всему маршруту их прокладки” [29, с. 280]. Эта формулировка не дает полного представления о конечном объекте монтажа и функциональном его назначении, так как она не включает ни кабели, ни устройства уплотнения их прохода через судовые конструкции.
Л. Д. Бердичевский и В. А. Марченко дают более конкретное определение: „Кабельная трасса — любая последовательность смежных участков судовой кабельной сети” [4, с. 210]. Под участком кабельной сети понимается часть кабельной сети, ограниченная смежными точками изменения номенклатуры кабелей.
Рис. 1.1. Объекты электромонтажного производства
В такой трактовке остаются неизвестными начало и конец последовательности смежных участков судовой сети. Зато уже можно выделить участки и подсчитать их количество в кабельной сети, В формулировку участка не включены составные элементы. Получается, если один и тот же состав кабелей закреплен вначале в подвесках, а потом на скоб-мостах, то это один и тот же участок и одна и та же трасса. Такой подход вносит неоднозначность в номенклатуру элементов участков и всей кабельной трассы.
Кроме того, в литературе не оговаривается функциональное назначение кабельной трассы, что затрудняет анализ и повышение технического уровня кабельных трасс. Таким образом, необходимо уточнить состав и функциональное назначение основного объекта электромонтажного производства.
Предлагается следующая формулировка. Судовая кабельная трасса — типовое изделие электромонтажного производства, которое состоит из пучков электрических и оптических кабелей, расположенных в заданной последовательности однотипных устройств крепления и уплотнения. Длина трассы определяется общностью номенклатуры кабелей и крепежных изделий.
Рис. 1.2. Магистральная кабельная трасса
1 — устройство уплотнения; 2 — устройство крепления; 3 — подвеска; 4 — кабели; 5 — проходная кабельная коробка
Рис. 1.3. Элементы кабельной трассы
Пучки группируются в трассы для компактного размещения, герметичного и водонепроницаемого прохода кабелей через судовые конструкции, а также для обеспечения заданных условий эксплуатации кабелей. Пучком называется группа кабелей, имеющая одинаковые адреса, т. е. общие помещения, которые связаны кабелями пучка. На рис. 1.2 показана магистральная трасса, состоящая из пучков кабелей, закрепленных в кабельных подвесках, а проход через переборку уплотнен с помощью проходной кабельной коробки, залитой эпоксидно-тиоко- ловым компаундом.
На судне кабельные трассы практически пронизывают все помещения, расположены в труднодоступных местах, проходят по бортам, подволоку и переборкам, имеют до пяти-шести поворотов в трех плоскостях. В отличие от обычных изделий, которые изготовляются и поставляются потребителям, кабельные трассы приобретают форму изделия только на судне в процессе монтажа. Эта особенность влияет на правила приемки кабельных трасс, методы их испытания, а также на требования к конструкторской и технологической документации.
В процессе проектирования кабельных трасс конструктор формирует их из существующих типовых элементов: кабелей, устройств их крепления и устройств уплотнения проходов (рис. 1.3). Элементы трассы можно рассматривать как самостоятельные комплектующие изделия, имеющие гамму типоразмеров и свои технические условия эксплуатации.
Рис. 1.4. Типовые кабельные трассы
Устройство крепления кабельной трассы — типовое изделие, являющееся составной частью трассы и содержащее пучки кабелей заданного пролета l, в середине которого находится крепежное изделие, связывающее устройство с судовыми конструкциями. К крепежным изделиям для кабелей относятся металлические изделия, состоящие из опоры, основания, замыкающего, а также фиксирующего элементов и предназначенные для разъемного соединения пучков кабелей с судовыми конструкциями. Кабельные подвески, скоб-мосты и трубы - наиболее распространенные типовые крепежные изделия. Устройства крепления делятся на два вида: прямолинейные и повороты.
Устройство уплотнения прохода кабелей — типовое изделие, которое является составной частью трассы и содержит корпус, уплотняющие и упрочняющие элементы, расположенные вокруг кабелей. К широко применяемым в судостроении устройствам уплотнения относятся устройства с проходными и торцевыми коробками в качестве корпуса, а также кабельные вводы.
Изложенный подход к определению объектов судового электромонтажного производства позволяет повысить их качество благодаря четкому разделению технических требований к трассам как самостоятельным изделиям и к их элементам, а также - дифференцированному выбору методов испытаний при разработке элементов трасс. Появляется возможность качественного анализа показателей технического уровня трасс и их элементов. Кроме того, становится реальной классификация кабельных трасс по конструктивным признакам, которая в соответствии с Единой системой технологической подготовки производства и Единой системой технологической документации является основой построения типовых и групповых технологических процессов монтажа трасс.
Для типизации процессов монтажа, а также для унификации конструкций кабельные трассы по виду входящих в них устройств крепления и уплотнения разбиты на пять наиболее распространенных типов (рис. 1.4). Кроме приведенных на рисунке типов существуют и другие виды трасс, однако они менее распространены или являются частным случаем типовых трасс. Трассы, проходящие хотя бы через одну водонепроницаемую конструкцию судна, называются магистральными. Местные кабельные трассы располагают в одном или смежных помещениях судна и крепят, как правило, на мостах.
Технические требования к судовым кабельным трассам и их составным элементам регламентируются Международной конвенцией по охране человеческой жизни на море, Публикациями № 92-401, № 92-352 Международной Электротехнической комиссии, Правилами классификации и постройки морских судов Регистра СССР, ОСТ.6066-75 и другими документами.
Таблица 1.1. Варианты трасс кабелей, рассчитанных на ток 1500 А
Требования к конструкции трасс разделяются на требования к оптимальному размещению кабелей в трассах и самих трасс на судне, а также на требования по ограничению габаритов. В трассах располагаются электрические и оптические кабели диаметром от 5 до 66 мм с оболочками из металла, резины, полиэтилена, поливинилхлорида, фторопласта, а также с наружными экранами и защитными плетенками.
В отдельных трассах имеются кабели, проходящие от источников электроэнергии к главным распределительным щитам и гребным электрическим установкам, а также кабели специальных систем, в том числе искробезопасных цепей. Кабели безопасного напряжения не могут быть расположены в одной трассе с кабелями напряжением свыше 500 В.
Снижение массы и объема трасс достигается и^ рациональным проектированием, применением новых малогабаритных электрических и оптических кабелей, переходом в отдельных случаях на шинопроводы. Пример проектирования трассы силовых кабелей с применением расчета воздушных зазоров для охлаждения, обеспечивающих повышение допустимой плотности тока в пучке при температуре жил 65° С [29], показывает возможность уменьшения погонной массы трассы в 2 раза, а площади ее сечения — в 1,3 раза (табл. 1.1.).
Всю кабельную сеть, относящуюся к средствам радиосвязи, радионавигации и командной трансляции, выполняют из экранированных кабелей с соблюдением непрерывной экранировки. Кабели связи заземляют при входе в помещения, в которых установлена радиоприемная аппаратура.
Вблизи магнитных компасов прокладывают трассы только с двухтрехжильными силовыми кабелями. Трубы или кожухи, закрывающие эти трассы в радиусе 1,5 м, выполняют из латуни или других немагнитных материалов [23]. В схемах гребных электрических установок кабели сети постоянного тока укладывают в трассах бифилярно. Кабели с разной допускаемой температурой нагрева располагают в трассах таким образом, чтобы нагрев отдельных кабелей не превышал установленной нормы
При модульно-агрегатном методе проектирования и постройки судов местные и магистральные кабели группируются по отдельным трассам: кабели, расположенные внутри блок-модуля; кабели, проходящие несколько блок-модулей. Необходимость формирования таких трасс устанавливается применительно к каждой сборочной единице с учетом количества кабелей, мест для размещения трасс и т. д. Кроме того, формируя трассы, включающие кабели различных марко-сечений, в нижний слой стремятся укладывать кабели с резиновой оболочкой и наибольшего поперечного сечения. Затем располагают слой кабелей с меньшим поперечным сечением с пластмассовой или резиновой оболочкой и так далее до середины пучка, а от середины пучка слой кабелей укладывают в обратном порядке симметрично нижней половине (см. рис, 1.2). При совместной прокладке электрических и оптических кабелей последние рекомендуется размещать внутри пучка в соответствии с описанным способом укладки. Перекрещивание кабелей допускается только при отводе кабелей из трассы, в местах подключения электрооборудования.
На крупнотоннажных судах при суммарной длине кабелей свыше 300 км предусматриваются коридоры для размещения магистральных трасс. На малых и среднетоннажных судах такие коридоры проектируют при наличии конструктивных возможностей. Габариты коридоров должны позволять размещение дополнительных кабельных трасс и средств технологического оснащения для монтажа трасс.
При проходе трассы через проницаемые переборки или набор корпуса зазор между нижней кромкой выреза и кабельной трассой делают не менее 10 мм, а в других направлениях — не менее 5 мм. Допускается отсутствие зазоров между кабельной трассой и обрамлением в вырезе, если расстояние между смежными крепежными изделиями, симметрично расположенными по обе стороны от выреза, составляет не более середины пролета, принятого для данной трассы. Расстояние между пересекающимися в пространстве трассами составляет не менее 10 мм, но при этом учитывают стрелу прогиба кабелей между опорами.
Требования к стойкости и прочности кабельных трасс к механическим, а также климатическим воздействиям в основном отражают допускаемые условия эксплуатации. Трассы выдерживают воздействие вибрационных нагрузок при увеличении частот до 200 Гц с максимальным ускорением 19,6 м/с-2, а также одиночных ударов с ускорением 9800 м/с-2 при длительности удара 0,5—2 мс. Кроме того, они стойки к воздействиям повышенной рабочей температуры до 55°С, предельно допустимой повышенной температуры среды 70°С, изменениям температуры среды от минус 60 до плюс 70°С; повышенной влажности воздуха до 100% при температуре 50° С, а также к воздействиям инея, росы, соляного тумана. При проектировании кабельных трасс учитывают необходимость их защиты от повреждения насекомыми и грызунами.
Требования к надежности состоят в регламентации долговечности трасс. Назначенный срок службы кабельных трасс — 25 лет, хотя отдельные кабели и не имеют такого срока. Поэтому в периоды планового ремонта проводят диагностику их технического состояния и прогнозируют остаточный срок службы (см. гл. 5). Трассы неремонтопригодны, однако предусматривается возможность демонтажа кабелей в период модернизации отдельных систем. Поврежденные кабели на строящихся судах обычно заменяют новыми. Ремонт и сращивание поврежденных кабелей проводят в исключительных случаях, когда замена кабеля сопряжена с большим объемом демонтажных и монтажных работ.
Требования по технике безопасности определяют особенности кабельной трассы, обусловливающие безопасность человека при ее монтаже и эксплуатации. Обеспечивается безопасность человека от механических, тепловых, электрических, химических и других воздействий в нормальных условиях эксплуатации кабелей, а также при возникновении аварийной ситуации. При разработке конструкции и технологии монтажа кабельных трасс следят за тем, чтобы концентрация вредных химических веществ, которые могут появиться, например, при работе с заливочным компаундом, при нагреве кабелей в трассе, не превышала установленных норм. Для предотвращения пожара элементы трасс не должны содержать материалов, распространяющих горение. Для поддержания кабелей при пожаре все крепежные изделия выполняют из металла. Устройства уплотнения проходов трасс кабелей через корпусные конструкции не позволяют распространиться огню и дыму в смежные помещения судна.
Если требуется разделение судна на пожарные зоны (в основном пассажирских судов), кабельные трассы проходят так, чтобы пожар в любой из главных вертикальных зон, образованных огнестойкими переборками, не мог повредить отвественное оборудование в любой другой такой зоне. Это условие выполняется, если главные и аварийные кабели, проходящие через любую зону, располагаются вертикально и горизонтально как можно дальше друг от друга. Кабели служебной связи, системы сигнализации обнаружения пожара, сигнализации предупреждения о пуске в действие системы объемного пожаротушения, авральной сигнализации, сигнализации закрытия водонепроницаемых дверей, осветительные системы не размешаются в трассах, проходящих через машинные отделения, котельные, камбузы и другие выгороженные помещения повышенной пожароопасности, а также через их шахты, за исключением случаев, когда указанные приборы и механизмы установлены в этих помещениях [23]. В аварийной ситуации при затоплении помещения судна устройства уплотнения проходов кабельных трасс обеспечивают живучесть судна.
Технологичность кабельных трасс определяется в основном материалоемкостью и трудоемкостью монтажа. Оптимизация материалоемкости, как правило, проводится на этапе разработки устройств крепления и уплотнения проходов кабелей. Трудоемкость монтажа кабельной трассы зависит как от конструкторских особенностей устройств крепления и
уплотнения, так и от их размещения на судне в процессе проектирования. Для удобства механизации процесса монтажа трассы стремятся располагать в непосредственной близости одна к другой, по возможности в кабельных коридорах, по бортам. Трассы необходимо проектировать прямолинейными, с минимальным количеством поворотов и максимальным поперечным селением пучков кабелей.
Технические требования к конструкции и месту расположения кабельных трасс проверяют отдел технического контроля электромонтажного предприятия, а также заказчик судна при сравнении этих требований с готовой трассой на судне. Стойкость к механическим воздействиям и прочность кабелей, срок службы, безопасность при тепловых и химических воздействиях подтверждаются приемочными испытаниями устройств крепления и уплотнения кабельных трасс на этапе их разработки, либо типовыми испытаниями при существенных изменениях в конструкции.
