Как выбрать кабель для катера

Качественный морской кабель по своим характеристикам превосходит нормы всех существующих стандартов — UL, ISO или ABYC. Он дороже, чем купленный в ближайшем строительном магазине, но разница в цене незначительна по сравнению с затратами на ремонт и устранение неисправностей в будущем. Чтобы быть в уверенным в безопасности электрической системы на лодке, всегда покупайте только специальный кабель морского исполнения

Силовой кабель для катера или яхты должен соответствовать трем основным требованиям:

1. Быть прочным, чтобы противостоять вибрации и ударам.
2. Иметь стойкую в воздействию ультрафиолета, масла или топлива изоляцию, которая надежно противостоит утечке тока на землю
3. Иметь сечение, препятствующее его чрезмерному нагреву и падению напряжения.

Конструкция кабеля

В бытовой электропроводке иногда применяют алюминиевый кабель. Но по сравнению с медным он имеет меньшую проводимость и на его поверхности быстро образуется  слой оксида, создающий дополнительное сопротивление, поэтому для использования на воде он не подходит. Единственный вариант для катеров и яхт — кабель с медными жилами.

Дополнительную защиту от коррозии медному кабелю придают протягивая перед сборкой нити меди через оловянную ванну. Луженый кабель дороже обычного, но надежно служит на протяжении многих лет, поэтому за рубежом строители катеров и яхт часто используют именно его.

Небольшое судно регулярно подвергается вибрации, а иногда и сильным ударам. Одножильный кабель в таких условиях может сломаться, поэтому на катерах используют только многопроволочные кабели. Стандарт ISO рекомендует два вида таких кабелей.  Тип А состоит из 19 нитей и подходит для кабельных линий общего назначения. Количества медных проволок в кабеле типа В больше и зависит от его сечения. Тип В используют,  когда прокладывают кабель в ограниченном пространстве с большим количеством изгибов

Стандартная изоляция не выдерживает регулярного воздействия воды, поэтому рано или поздно в кабеле возникают и развиваются утечки тока. Изоляция лодочного кабеля должна противостоять проникающему везде влажному и соленому воздуху, химическим загрязнениям и воздействию солнечных ультрафиолетовых лучей. По стандарту ISO изоляция должна быть огнезащитной.

Сварочный кабель

Сварочный кабель на катерах и яхтах иногда применяют для силовых цепей постоянного тока — высоконагруженных генераторов, инверторов напряжения и якорных лебедок большой мощности. Его главное достоинство — высокая гибкость и способность выдерживать вибрацию, например, при подключении к задней части генератора.

Однако преимущества сварочного кабеля оборачиваются его недостатками. Большая гибкость достигается мягкой изоляцией и сотнями медных нитей диаметром менее 1 миллиметра. Со временем между тонкими нитями накапливается влага и места ее наибольшей концентрации становятся очагами развития коррозии.  Изоляция сварочных кабелей как правило не рассчитана на то, чтобы противостоять загрязнениям и легко повреждается, а у некоторых марок растворяется дизельным топливом. Из-за этого сварочные кабеля лучше не использовать.

Токонесущая способность

Недостаточное сечение кабеля увеличивает сопротивление, падение напряжения и потери мощности. Устройства начинают работать в экстремальных режимах и преждевременно выходят из строя. Увеличивается риск пожара.

Пожар возникает из-за того, что при включенной нагрузке кабель превращается в источник тепла, энергия которого пропорциональна сопротивлению проводника и квадрату силы тока в нем. При определенном токе кабель становится настолько горячим, что способен вызвать огонь. Но если  сечение кабеля достаточно большое, то он выдержит ожидаемый в цепи максимальный ток и не нагреется до опасного уровня

Непрерывный ток

Большинство устройств потребляют более или менее одинаковый ток в течении всего времени работы. Но у электродвигателей или инверторов он зависит от режима эксплуатации. Например, 12 вольтовая якорная лебедка в нормальных условиях потребляет от 80 до 100 ампер. Однако, если использовать ее для снятия яхты с песчаной отмели, то ток возрастет до 400 ампер. Поэтому для двигателей максимальный ток — это ток при заблокированном роторе или в заторможенном состояния.

То же самое касается инвертора. Когда к нему подключено 1-2 лампочки переменного тока от 12-вольтовой электрической системы он потребляет несколько ампер. Но стоит включить микроволновую печь, как ток возрастает до 100 ампер. Чтобы справиться с такими ситуациями, кабель всегда рассчитывают на максимальную непрерывную силу тока в цепи, а не на «типичную» или «нормальную» рабочую нагрузку.

Максимальная непрерывная сила тока — первый ключевой фактор при выборе сечения кабеля

Окружающая температура

Предположим, что по кабелю течет ток определенной силы. Кабель нагревается и выделяет в окружающее пространство тепло. Чем горячее он становится, тем сильнее увеличивается разность температур между ним и окружающей средой. Возрастающий перепад температур ускоряет рассеивание тепла и через некоторое время наступает равновесие. Кабель начинает отдавать тепло так же быстро, как и генерировать и его температура стабилизируется.

Разница между температурами кабеля и окружающей среды не зависит от окружающей температуры.  Она одинакова для различных состояний равновесия. Это значит, что при заданной силе тока, равновесная температура кабеля окажется тем выше, чем жарче в окружающем его пространстве. Другими словами, чем выше температура помещения, через которое проходит кабель, тем меньший ток он должен нести, если мы хотим поддерживать его нагрев на безопасном уровне. Если кабель проходит через места с разной температурой например, через двигательный отсек и каюту, то безопасная токонесущая способность зависит от самой высокой из них.

Температура окружающей среды – это  второй ключевой фактор при выборе сечения кабеля.

Количество кабелей

На теплоотдачу влияет и количество кабелей в линии. Если два или более кабеля уложены вместе, особенно внутри общей оболочки или кабелепровода, тепло, генерируемое ими, возрастает. Следовательно, чем больше кабелей лежит вместе, тем ниже допустимая токонесущая способность каждого из них. Это третий фактор, который необходимо учитывать при выборе сечения кабеля. Однако согласно стандартам ABYC и ISO это условие применяется только к цепям, напряжением более 50 вольт, что для катеров и яхт означает только цепи переменного тока.

Температура изоляции

Токонесущая способность кабеля зависит от того, как его изоляция выдерживает нагрев медных жил. Чем выше номинальная температура изоляции, тем сильнее может нагреваться проводник и, следовательно, больший ток переносить. Максимальная безопасная рабочая температура изоляции характеризуется  ее температурным рейтингом. Во влажной среде его значение ниже, чем в сухой.

Большинство бытовых проводов и кабелей  рассчитаны на сухой воздух и температуру  60 ° C. Кабеля лучшего качества имеют температуру изоляции в 75, 85, 95  или 105 ° C. Стандарт ISO требует, чтобы температурный рейтинг кабеля, используемого на лодках, был не ниже 60 ° C.

Только учитывая все четыре фактора —  максимальную непрерывную нагрузку в цепи, температуру окружающей среды, способ укладки кабеля и температурные характеристики его изоляции можно принять решение о выборе сечения кабеля. Влияние всех факторов учтено в таблицах. Для простоты температура окружающей среды в них имеет только два значения — внутри двигательного отсека или вне его

Таблицы токонесущей способности

Таблицы токонесущей способности используют двумя способами. Во-первых, по заданному сечению и температуре изоляции определяют максимально безопасный для этого кабеля ток внутри и снаружи двигательного отсека. Во-вторых, зная потребляемый оборудованием ток, и место расположения кабеля узнают его сечение и температуру изоляции для данной нагрузки.

Выбрать кабель для стартового аккумулятора сложнее. Ток, потребляемый стартером, действует в течении нескольких секунд и его сложно точно установить. Поэтому на практике размер кабеля определяют исходя из падения напряжения, а не с помощью таблиц токонесущей способности. Несмотря на то, что сечение, подобранное таким образом, оказывается меньше рекомендуемого таблицами, кабель не нагревается и не создает опасность пожара из-за кратковременного действия стартового тока.

Падение напряжения

Таблицы токонесущей способности дают минимальное сечение и температурный рейтинг кабеля, необходимые для заданной силы тока внутри или снаружи двигательного отсека. Кабель, подобранный с их помощью, не аккумулирует опасное количество тепла. Но таблицы не отвечают на вопрос подходит ли кабель для выбранного оборудования.

Чем длиннее кабель, тем больше его суммарное сопротивление и, следовательно, тем больше теплоты выделяется при прохождении тока данной силы. Из-за этого может показаться, что у длинного кабеля безопасная токонесущая способность меньше. Однако это не так. Чем длиннее кабель, тем больше площадь поверхности рассеивающей тепло, и, следовательно, выше скорость отдачи тепла. При расчетах токонесущей способности длина кабеля не имеет значения – она одинакова для всех кабелей

Однако в низковольтных цепях длина кабеля чрезвычайно важна при подключении нагрузки. В длинном кабеле сопротивление возрастает и, поглощая энергию, уменьшает мощность, доступную для оборудования. Потери характеризуются падением напряжения. При заданном токе они тем больше, чем длиннее кабель. Единственный способ уменьшить падение напряжения  между участками кабеля – это увеличить его сечение

Таблицы падения напряжения

Соотношения между силой тока, длиной кабеля и падением напряжения сведены в таблицы. Если известны сечение и длина участка, то по таблице определяют максимальную силу тока, которую кабель способен переносить не превышая заданного падения напряжения. Если задано падение напряжения (10% или 3%), то находят минимальное сечение кабеля для выбранного тока и расстояния

Опыт показывает, что некоторые нагрузки нормально работают при падении напряжения до 10%. Например DC-DC зарядное устройство продолжает работать даже когда напряжение на его входе опускается до 11,0 Вольт. Однако носовые лодочные электромоторы, инверторы, зарядные устройства тяговых аккумуляторов и электронику  подключают так, чтобы потери не превышали 3% от напряжения в электрической системе (например, 0,4 вольт в цепи 12 вольт).

В цепях постоянного тока напряжением до 50 вольт сечение кабеля, обеспечивающее падения напряжения в 3%,  больше, чем полученное по таблицам токонесущей способности. Поэтому для кабеля с температурой изоляции 105 ° C, рассчитанного на трехпроцентное падение напряжения, таблицы токонесущей способности можно не использовать

Однако для кабеля с более низкой температурой изоляции и/или падением напряжения 10% это не так. Между таблицами возникают расхождения, которые становятся особенно заметными для коротких кусков кабеля при высокой окружающей температуре (например, питание инвертора, установленного в двигательном отсеке). Таблицы токонесущей способности в этом случае дают большее сечение кабеля, чем таблицы падения напряжения.

Если падение напряжения выше 3% или температура изоляции кабеля ниже 105 ° C, то при коротких кабельных трассах необходимо повторно проверять сечение по таблицам токонесущей способности. Если между таблицами возникает конфликт, выбирают наибольшее сечение.

Расчет сечения кабеля

Сечение кабеля определяют исходя из максимального общего тока, потребляемого включенным в цепь оборудованием. Для главного питающего кабеля расчет может выглядеть следующим образом.

1. Подсчитывают суммарную непрерывно действующую нагрузку
2. Подсчитывают суммарную временно подключаемую нагрузку и вычисляют от нее 10%
3. Из списка временно подключаемого оборудования выбирают самое мощное устройство и сравнивают потребляемый им ток со значением, полученным на шаге 2. Из двух чисел берут наибольшее
4. Добавляют значение п.3 к непрерывной нагрузке (п.1) и выбирают кабель по таблице. Поскольку отрицательный проводник в цепи постоянного тока несет туже нагрузку его берут такого же размера

Непрерывная нагрузка (А)		Подключаемая нагрузка (В)
Наименование	Потребляемый ток, А	Наименование	Потребляемый ток, А
Навигационное освещение	5,5	Освещение кабины	10,0
Трюмная помпа	4,2	Сигнал	6,3
Стеклоочиститель	0,0	Дополнительная электроника	10,0
Радиостанция	2,5	Якорная лебедка	80,0
Эхолот	0,9	Насос	5,8
Радар	7,5
Фонарь	12,0
Панель приборов	2,3
Сигнализация	0,5
Холодильник	5,5
Прочее: Автопилот	3,5	Прочее: Микроволновая печь	60,0
Итого А, Ампер	44,4	Итого В, Ампер	172,1
Перенесено из В, Ампер	80	10% от В, Ампер	17,2
Общая нагрузка (А + В), Ампер	124,4	Максимальный ток в В, Ампер	80

 

Сечения кабеля всегда лучше выбирать с запасом, а не заставлять электрическую цепь работать на пределе своих возможностей. При таком подходе потери напряжения также оказываются минимальными.

Токонесущая способность кабеля для непрерывной нагрузки должна составлять 125% от тока в цепи. Другими словами, для непрерывной нагрузки токонесущую способность кабеля необходимо понизить до 80% от ее номинального значения.

Важно не использовать на пределе возможностей кабеля с высокой температурой изоляции (например, 105 ° C ). Это делается не для того, чтобы защитить кабель, а для того чтобы тепло, накопленное в компонентах, присоединенных к кабелю не повредило их. Даже если в наличии есть кабель с температурой изоляции  105 ° C, для непрерывной нагрузки правильнее выбирать его сечение по столбцу таблицы для изоляции в 60 ° C. В этом случае кабель гарантированно останется холодным в любых условиях.