KABEL, brodski, električni vod, koji se sastoji od jednog ili više međusobno izoliranih provodnika, smještenih u zajedničkom plastu, koji ne propušta vlagu. Obično je plašt brodskog kabela izvana opleten žicom (armiran). Postoje jakostrujni i slabostrujni kabeli. Pomoću jakostrujnih kabela brodski se izvori električne energije spajaju sa svojim potrošačima i međusobno. Kabeli dakle služe na brodovima za napajanje uređaja električne propulzije, snage i elektronike te mreže osvjetljenja. Na ratnim brodovima pojavljuju se, kao dodatni potrošači, i uređaji raznih oružja (artiljerije i t. d.) i uređaj za degausiranje. Slabostrujni kabeli međusobno povezuju razne uređaje unutarnjih brodskih veza, elektronike i signalizacije.
U načelu, brodski se kabeli mogu podijeliti na kabele za stalnu montažu i na savitljive kabele. Savitljivi kabeli služe za priključak pokretnih uređaja (na pr. topovskih kula i artiljerijskih direktora) na stalnu brodsku mrežu. Nadalje, savitljivi se kabeli upotrebljavaju i kao kabeli za nuždu, preko kojih se, u slučaju većih kvarova na brodskoj električnoj mreži, dovodi električna energija do važnijih brodskih potrošača. Oni služe i za priključak brodova na električnu mrežu na kopnu.
Prema svojoj namjeni, mogu se brodski kabeli podijeliti na više vrsta.
Jakostrujni brodski energetski kabeli grade se obično za radni napon do 1000 V sa 1 do 4 žile, s presjekom od 1,3 do oko 400 mm 2 .
Kabeli za degausiranje brodova grade se za radne napone do 600 V, i to kao jednožilni s presjecima 300—1000 тт 2 ili kao višežilni (obično 12 do 19-žilni) s presjekom 0,5—30 mm 2.
Signalni kabeli su mnogožilni kabeli sa 4—44 žile. Svaka žila obično ima presjek od oko 1,5 тт 2 . Građeni su za napone od 600 V izmjenične ili 1000 V istosmjerne struje. Pomoću njih se međusobno povezuju razni kontrolni, signalni i žirokompasni uređaji te služe i za daljinsko upravljanje, pokazivanje i mjerenje (sl. 1).
Telekomunikacijski telefonski kabeli konstruirani su obično za radne napone do 300 V i služe za međusobne veze telefona, razglasa i za razne pozivne i slične uređaje. U ovim kabelima su po dva provodnika, uvijena zajedno u paricu, a po dvije parice u četvorac. Time se smanjuje preslušavanje i međusobni utjecaj voda na vod. Promjer vodiča kod ovih kabela iznosi obično 0,6—0,8 mm.
Specijalni kabeli. Osim spomenutih kabela, za potrebe slabe struje na brodovima upotrebljavaju se neki specijalni kabeli (na pr. mikrofonski kabeli, kabeli za visoke frekvencije, među koje idu i koaksijalni kabeli, koaksijalni impulsni kabeli i specijalni kabeli, koji služe u raznim elektronskim uređajima za visokonaponska napajanje).
Postoje i savitljivi kabeli, otporni protiv ulja i masti.
KONSTRUKCIJA BRODSKIH KABELA
Brodski se kabeli sastoje od provodnika ili vodiča, izolacije, vanjskog plašta i zaštitnog opleta (sl. 2).
Provodnik ili električni vodič kabela izrađen je od elektrolitskog bakra. Kod brodskih kabela kao vodič služi uže ili uzica, uvijena od većeg broja tanjih žica (sl. 4). Broj i njihova debljina ovise о namjeni, opterećenju i о traženom stepenu savitljivosti. Kako je savitljivost proporcionalna otprilike drugom korijenu broja žica, to se izrađuju savitljivi kabeli od većeg broja tanjih žica. Kabeli moraju biti savitljivi radi namotavanja na bubnjeve, radi lakše montaže i zato, da mogu slijediti sve uglove i krivine, kojih na brodu ima mnogo. Za izradbu provodnika savitljivih kabela upotrebljavaju se žice s presjekom 0,2—0,5 mm, a za obične kabele žice s promjerom 0,86 i više mm.
Brodski se kabeli izrađuju s provodnicima presjeka 0,5—1000 mm 2, kabeli veći od 400 mm 2 izrađuju se samo za osobite svrhe.
Presjeci se u raznim zemljama različito označuju:
a) kod nas i u drugim evropskim zemljama, osim V. Britanije, u mm 2;
b) u V. Britaniji u kvadratnim palcima (sq. in.) ili brojem i promjerom žica (u colima), od kojih je uvijen provodnik (na pr.: 0,4 sq in. — 19/0,052 in., što odgovara presjeku žile od 25 mm 2);
c) u Americi AWG-brojem.
d) u Americi u cirkular. milsima, odnosno u tisućama cirkularnih milsa, 2000 cir. milisa = 1 mm 2 (tekst) Ako se kao izolacija upotrebljava guma, žice provodnika moraju biti i pokositrene, jer inače između bakra i gume dolazi do kemijske reakcije, zbog koje propada gumeni izolacioni sloj.
Sloj za separaciju. Preko vodiča stavlja se obično još neki sloj od mekanog pamuka ili neke plastične mase: a) da sprečava kemijsku reakciju između gume i bakra, ako bakar nije pokositren; b) da sve žice bakarne uzice drži zajedno, kako neka žica za vrijeme proizvodnje ne bi pukla i provirila kroz izolaciju; c) da se spriječi lijepljenje gume uz bakar, što omogućuje lakše čišćenje vodiča prilikom montaže (sl. 3).
Izolacija provodnika. Za izolaciju provodnika obično se kod brodskih kabela upotrebljavaju: vulkanizirana i sintetična guma, azbest, polivinilske plastične mase, polietilen i teflon.
Guma je ranije gotovo isključivo služila za izolaciju kabelskih vodiča. Radi dobivanja određenih električnih i mehaničkih svojstava guma se miješa s raznim dodacima, koji je zaštićuju protiv ozona, svijetla, oksidacije ili koji djeluju na njezinu tvrdoću i t. d. (sl. 3).
Polivinilske plastične mase ( PVC) otporne su u električnom, mehaničkom i kemijskom pogledu i neosjetljive na djelovanje ozona, plamena i na starenje. One se uspješno upotrebljavaju kao izolacije za kabele niskog napona i za niske frekvencije. Naročite primjese (na pr. silikoni) daju im određena svojstva: veću otpornost prema toplini i hladnoći i t. d. Čisti PVC ne gori, ali se tali već kod razmjerno niskih temperatura. Polivinilske plastične mase otvrdnu kod niskih temperatura, pa se s njima po hladnom vremenu ne smije raditi. Električna svojstva polivinilskih masa nisu naročito dobra, ali su dovoljna za jaku struju (sl. 2). Međutim ne odgovaraju za vodove, u kojima teku struje viših frekvencija, čak ni za telefonske, zbog visokog ε i tg δ.
Azbest i mineralni prah služe kao izolacija za brodske kabele ondje, gdje vlada temperatura viša od 1oo°C. Azbest se oko vodiča stiješće ili omotava u obliku trake ili pletenice (sl. 4). Kako njegova električna svojstva nisu naročito dobra, obično se miješa s asfaltnim i drugim materijalom. Ponekad se preko azbestnog sloja namotavaju i trake od izolacionog platna (sl. 4). Mineralni prah stiješće se oko provodnika i izvana zatvara u neprodušni bakarni plašt (kabeli Pirotenax).
Kao izolacija za visokofrekventne brodske kabele (koaksijalne, impulsne i druge) danas se upotrebljavaju isključivo plastične mase male dielektrične konstante (ε = 2—2,3) i malih dielektričnih gubitaka, koje ne apsorbiraju vodu, a imaju visoku dielektričnu čvrstoću. Najpoznatiji je izolacioni materijal ove vrste polietilen (v. Kabel, podmorski) i — još bolji — teflon (polietrafluoroetilen), koji izdrži niske i visoke temperature, t. j. od —73,3° do +270°C, i uopće ne gori. Teflon je i potpuno neosjetljiv na kiseline, lužine, organska topila i svijetlo.
Za izolaciju provodnika upotrebljavaju se i platnene trake od lana, pamuka ili svile, natopljene izolacionim lakovima, parafinom ili uljem.
Za ispunjenje praznog prostora između uvijenih žila kabela obično se upotrebljavaju vlakna od jute (koja su ponekad natopljena parafinom, katranom ili nekom asfaltnom masom), azbest i drugi sintetični materijal (sl. 5). Time jezgra kabela postaje okrugla i pogodnija za navlačenje vanjskog plašta. Ispod vanjskog plašta stavljaju se ponekad i bakarni oplet ili metalne trake kao električna zaštita protiv smetnji (sl. 6). To dolazi naročito u obzir kod nearmiranih kabela i kabela bez olovnog plašta.
Vanjski plašt brodskih kabela pravi se od olova, PVC-mješavina, gume, platnenog opleta ili trake, raznih sintetičnih masa, azbesta ili bakra. Izbor materijala za vanjski plašt zavisi od zahtjeva, koji se postavljaju na kabel (na pr.: da bude otporan protiv topline, plamena, ulja, vlage i t. d.).
Metalni oplet protiv mehaničkih oštećenja vrlo se često upotrebljava. Za tu svrhu obično služe žice od pocinčanog željeza ili aluminija promjera 0,2—0,4 mm (sl. 2). Oplet se premazuje obično još nekom antikorozivnom i teško upaljivom bojom. Ako se upotrebljava olovni plašt ili plašt od nekih PVC-masa (na pr. protodura), ponekad se i kod brodskih kabela odustaje od metalnog opleta.
VRSTE I OZNAKE BRODSKIH KABELA
Prema konstrukciji mogu se brodski kabeli gotovo svih namjena svrstati u nekoliko grupa: 1. u kabele s gumenom izolacijom i olovnim plaštem, armirane ili nearmirane; 2. u kabele s izolacijom od plastičnih masa ili azbesta i s plaštem od plastične mase, armirane ili nearmirane; 3. u specijalne kabele za visoke temperature s izolacijom od stiješnjene mineralne prašine i bakarnim plaštem, koji na krajevima mora biti uvijek hermetički zatvoren (pirotenaks, ibrenit-kabeli); 4. u koaksijalne, impulsne i druge visokofrekventne kabele s izolacijom i plaštem od polietilena ili teflona, a mogu biti armirani ili nearmirani (sl. 7); 5. u savitljive kabele s izolacijom i plaštem od gume ili plastičnih masa; i u visokofrekventne savitljive kabele s izolacijom i plaštem od polietilena ili teflona.
Postoje i razne druge kombinacije kabela.
U našoj se zemlji proizvode ove vrste brodskih kabela:
Brodski kabel s gumenom izolacijom i olovnim plaštem, izvana opleten pocinčanom željeznom žicom. On nosi oznaku BK. Žile se označavaju po broju i presjeku; na pr. BK 2 × 25 znači dvožilni brodski kabel s presjekom od 25 mm 2 po žili.
Lagani brodski kabel s gumenom izolacijom i olovnim plaštem, armiran za radne napone do 110 V, nosi oznaku LBK; na pr.: LBK 2 × 2,5.
Brodski kabel s izolacijom od PVC-mase i olovnim plaštem, armiran, s oznakom BP; na pr.; BP 2 × 6 (sl. 2).
Brodski kabel s izolacijom i plaštem od PVC-mase, armiran, sa oznakom BPP; na pr.: BPP 2 х 1,5 (sl. 8).
U stranim zemljama izrađuju se brodski kabeli prema različitim propisima i normama. Prema tome su i njihove brojčane i slovčane oznake tipova vrlo različite.
Njemački brodski kabeli s gumenom izolacijom i olovnim plaštem nose oznaku MK, ako su armirani, a MKO, ako nemaju željeznog opleta. FMK-kabeli imadu željezni oplet i služe za telekomunikacije na brodu. Broj žila i presjek označuje se kao i kod nas.
Američki brodski kabeli sa PVC-izolacijom i azbestnom izolacijom i PVC-plaštem označuju se slovima, koja karakteriziraju tip kabela; brojevi, koji slijede kod kabela za snagu, znače presjek u tisućama cirkularnih milsa, a kod signalnih kabela broj žila. Tako, na pr., prvo slovo oznake znači broj žila, i to S jednožilne, D dvožilne, T trožilne, F četvorožilne i M mnogožilne kabele. Ostala se slova odnose na konstrukciju; na pr. kod HFA znači H-otporan na toplinu, F-otporan na plamen, A-armiran i t. d.
Prema tome, kabel s oznakom THFA-100 znači: trožilni brodski kabel otporan protiv vrućine i plamena, armiran, s presjekom od 100.000 cirkularnih milsa, t. j. 50 mm 2 po žili (sl. 9).
POLAGANJE KABELA NA BRODU
Pri izboru trase i polaganju kabela treba imati na umu ovo:
1. kabeli se vode u što ravnijoj liniji, a nа zavijucima tako, da polumjer savijanja ne bude manji nego što je propisano za određeni tip kabela. Pri polaganju kabela od plastičnih masa treba paziti, da se kod nižih temperatura ne ošteti izolacija i plašt;
2. kabeli se nikad ne učvršćuju izravno na vanjsku oplatu, već po mogućnosti na strop i unutarnju stijenu;
3. kabeli se u trasi ne smiju spajati i nadostavljati. Od jedne do druge spojne kutije treba voditi neprekidnu dužinu kabela;
4. treba paziti, da se pri polaganju kabela ne stvore nepristupačni ćoškovi, koji mogu poslužiti kao skrovište za štakore i gamad;
5. treba paziti, da se kabeli, sigurni protiv plamena, ne stave u istu trasu zajedno s upaljivima;
6. zaštilni oplet kabela treba uzemljiti na prolazu kroz određene brodske prostorije (na pr. elektronske). Otpor između oklopa i brodskog tijela treba da bude manji od 0,01 oma;
7. kabeli se ne smiju voditi preko suviše toplih mjesta. U strojarskim prostorijama treba mimoići sva mjesta u blizini cjevovoda i parovoda, na kojima je temperatura viša od 66°. U kotlovnim prostorijama nije dobro voditi trase iznad kotlova;
8. kabeli ne smiju biti izloženi kondenzacionoj vodi. Stoga ih treba na mjestima, koja su izložena kondenzaciji, montirati tako, da budu 1—2 cm udaljeni od stijene;
9. mjesta, na koja stalno kapa voda, treba snabdjeti nadstrešnicama; ako je negdje vlaga stalno velika, kabele u tim prostorijama treba staviti u cijev ili tankove;
10. kabeli ne smiju doći u dodir s pomičnim dijelovima (na pr. koloturnicima i sl.). Tamo, gdje se ne može spriječiti mehaničko oštećenje i dodir, valja predvidjeti zaštitne limove oko trase kabela;
11. ne treba kabele provoditi kroz prostorije, u kojima se čuva municija i eksplozivi. Ako kabel kroz takve prostorije mora proći, on ne smije imati spojeva; treba imati na umu sigurnosne propise;
12. ako kabel prolazi kroz tankove lako upaljivih goriva, treba se — radi sprečavanja eksplozije — držati propisa za instalacije na tankerima i kabele voditi kroz hermetički zatvorene i ventilirane cijevi ili kabelske tankove.
Način polaganja kabela na brodovima. Kabeli se mogu po brodu polagati: izravnim učvršćivanjem uz brodske stijene, pregrade i stropove ili pomoću kabelskih nosača.
Po prvom se sistemu pojedinačni kabeli (ili nekoliko kabela zajedno) pomoću obujmica vijcima pričvrste izravno na stijenu (sl. 11a), ili pak na jahače ili stupčiće, koji su privareni uza stijenu (sl. 11b). Privareni jahači, koji drže kabel na 1—2 cm od stijene, upotrebljavaju se redovito tamo, gdje se kabel želi zaštititi od vlage i kondenzata. Ako na stijeni ima mnogo zapreka (cijevi i rebara i t. d.), onda se za kabelsku trasu polažu prethodno željezne trake, na kojima se učvrste kabeli. Tako trasa ide ravno.
Kad u kabelskoj trasi ima mnogo kabela, oni se mogu naslagati i u nekoliko slojeva jedan preko drugoga i učvrstiti jačim plosnatim željezom, koje ih obuhvata i drži uza strop ili stijenu (sl. 11c). Nedostatak je ovog načina, što su kabeli zbijeni, vrlo teško pristupačni i što popravci na ovakvim trasama dugo traju. Stoga se taj način danas na ratnim brodovima više ne upotrebljava.
Kabelski nosači mogu biti stropni ili zidni. Oni se izrađuju u obliku pojedinačnih nosača od plosnatog željeza, koji se postavljaju duž trase svakih 300—400 mm, ili u obliku perforiranih metalnih daščica, koje se polažu duž cijele trase i na kojima leže kabeli. Na jedan kat nosača, odnosno na jednu daščicu uvijek se stavlja samo jedan red kabela (sl. 12). Kabeli se učvršćuju na nosačima obujmicama, ali ne na svakom nosaču, već na većim razmacima; to sprečava kidanje kabela kod jačih udaraca prilikom eksplozija. Kad se ovako polažu, kabeli su vrlo pristupačni i mogu se u slučaju kvara, bez skidanja ostale trase, lako i brzo izmijeniti. Osim toga, zrak bolje oplakuje i rashlađuje ovakve trase. Sl. 13 prikazuje zidni nosač za kabele.
Za pojedinačne deblje kabele, koji se polažu van trase (na pr. za kabele za degausiranje), ponekad se upotrebljavaju i konsolni nosači.
Prolaz kabela kroz pregrade i palube. U nepropustljivim pregradama kabeli se vode kroz šupernice. Da bi se kabeli kod prolaza kroz palubu zaštitili od mehaničkih oštećenja, oni se na tim mjestima zaštićuju šuperenim cijevima (sl. 14). Za prolaz cijelih trasa kroz nepropustive pregrade upotrebljavaju se i prolazni ormarići, koji se, pošto su provučeni svi kabeli, zaliju kabelskom masom. Ovaj način smanjuje pregled i otežava popravke.
Završavanje kabela. Na mjestima, gdje se kabel završava (kod aparata, rasklopnih ploča i t. d.), kabel se vodi kroz šupernice, odnosno uvodnice, koje drže kabel i njegov oplet i toliko ga stisnu, da između žila i plašta ne može ulaziti vlaga, I krajevi se kabela ponekad podvezuju vrpcom, omotavaju izolacionim trakama ili zaštićuju gumenim rukavcima.
Označivanje kabela. Da bi se pojedini kabeli u trasi mogli pronaći, na većim su brodovima svi kabeli označeni (na završecima, na ulasku i izlasku iz prostorije) metalnim trakama ili pločicama, na kojima je slovčana ili brojčana oznaka kabela, koju on ima i u nacrtu.
ELEKTRIČNE KARAKTERISTIKE BRODSKIH KABELA
Kod običnih energetskih brodskih kabela od važnosti su u prvom redu ove karakteristike: radni napon, ispitni napon, najveća dopuštena struja opterećenja, otpor provodnika na jedinicu dužine, otpor izolacije na jedinicu dužine, a kod kabela za izmjeničnu struju i reaktancija, impedancija i fazni ugao kabela. Kod visokofrekventnih kabela tome pridolazi i valovni otpor, prigušenje, dielektrička konstanta i dielektrički gubici.
Radni pogon je najviši napon, na koji smije kabel, s obzirom na konstrukciju svoje izolacije, biti stalno priključen pod opterećenjem. On je ponekad različit za istosmjernu i izmjeničnu struju.
Ispitni napon je napon, pod kojim se ispituje kvaliteta izolacije kroz određeno kraće vrijeme (na pr. 15 minuta) po završenoj fabrikaciji. On je određen propisima i normama prema tipu kabela te je obično 2 — 5 puta viši od pogonskog napona.
Najveća dopuštena struja opterećenja u amperima zavisi od temperature, do koje se provodnik kabela smije ugrijati za punog opterećenja, a da se izolacija još ne ošteti zbog topline. Najviša struja opterećenja zavisi, dakle, osim od konstrukcije kabela i vrste njegove izolacije, i od temperature zraka u brodskoj prostoriji, od broja žila kabela, broja i vrste kabela, koji se nalaze u istoj trasi, i od načina polaganja kabela. Za svaki tip kabela postoji utvrđena tablica, koja daje najveću dopuštenu struju za jednu ili dvije temperature prostorije, pod pretpostavkom, da je kabel položen na uobičajen brodski način.
Izvod iz tablice opterećenja za američki brodski kabel tipa HFA: tablica
Iz te se tablice vidi, da je najveća dopuštena struja za isti kabel manja, kad je temperatura u brodskom prostoru viša. Nadalje gornja tablica pokazuje, da se tanji kabel može po mm 2 kabelova presjeka više opteretiti nego deblji. Iz tablice se još vidi da se manježilni kabel može više opteretiti nego mnogožilni.
Otpor provodnika po jedinici dužine R 1 ovisi o presjeku kabela, a važan je pri izračunavanju pada napona i za izbor dimenzije presjeka kabela. Ovaj se otpor u omima za određenu temperaturu dobiva iz donje tablice.
Tablica
Kod kabela za izmjeničnu struju još su od značenja:
Reaktancija X 1, za jedinicu dužine, koja znači kapacitivni otpor kabela u omima za određenu radnu frekvenciju, na pr. 50, 60 ili 400 Hz.
Impedancija Z 1 je ukupni otpor, što ga kabel pruža izmjeničnoj struji određene frekvencije po jedinici dužine u omima.
Fazni pomak kabela φ 1 pokazuje, za koliko stupnjeva kabelska struja istrčava ispred napona.
I posljednje tri karakteristične veličine dobivaju se iz tablica za pojedine kabele. Izvod iz ovakve tablice za neki moderni američki trofazni brodski kabel prikazan je pri dnu stranice.
Iz tablice se vidi, da su izmjenične karakteristike kabela prilično ovisne о presjeku vodiča i о radnoj frekvenciji brodske struje. Sve veličine, koje daje tablica, potrebne su pri izračunavanju pada napona i dimenzioniranju kabela za izmjenične brodske mreže.
Otpor izolacije mjeri se u megomima ( MΩ) i pokazuje, koliko iznosi otpor između jednog provodnika i vanjskog metalnog opleta, odnosno između pojedinih provodnika u kabelu za jedinicu dužine. Otpor izolacije opada s temperaturom; na nj, naravno, utječe i vlaga. Otpor izolacije kontrolira se obično megometrom, koji radi sa 500 volti napona. Dopušteni otpor izolacije za cijelu mrežu dobiva se, ako se tablične vrijednosti otpora izolacije za pojedine tipove kabela podijele s ukupnom dužinom paralelno i serijsko spojenih kabela u mreži. Češćim provjeravanjem otpora izolacije utvrđuje se stanje kabela u mreži.
LIT.: J. F. Piper, Marine Electrical Insulation, New York 1943; D. Stefanović, Nove elektrotehničke izolacije, Beograd 1950; Pender i Del Mar, Electrical Engineers Handbook: Electric Power, New York 1953.V. P.