Kap 8 Skipskabel

Skipskabel

Kabler på skip må oppfylle strenge krav for å sikre sikkerhet, pålitelighet og motstandsdyktighet mot tøffe maritime forhold. Kravene fastsettes av internasjonale regelverk og klasseselskaper som DNV (Det Norske Veritas), ABS, Lloyd's Register og IEC (International Electrotechnical Commission).

Generelle krav til skipskabler

Brannmotstand
Kabler må være flammehemmende og selvslukkende for å redusere risikoen for brann.
Noen kabler må være brannresistente (tåle brann i en viss tid og fortsatt fungere).
Lave røyk- og giftutslipp (LSZH – Low Smoke Zero Halogen)
Kabler må ikke avgi giftige gasser ved brann (ingen halogener som klor eller fluor).
Viktig for å beskytte mannskapet i tilfelle brann.
Motstandsdyktighet mot sjøvann, fukt og olje- Skipskabler må tåle saltvann, olje, drivstoff og kjemikalier uten å miste isolasjonsevne.
Isolasjonsmaterialer som EPR (ethylene propylene rubber) og XLPE (cross-linked polyethylene) brukes ofte.
Fleksibilitet og vibrasjonsmotstand
Kabler må tåle vibrasjoner og bevegelser fra motorer, maskiner og bølger.
Bruk av flertrådede ledere gir bedre fleksibilitet.
EMC-beskyttelse (elektromagnetisk kompatibilitet)
Kabler til kommunikasjon og kontrollsystemer må ha skjerming for å unngå elektrisk støy.
Temperaturbestandighet
Kabler må tåle store temperatursvingninger, fra maskinrom (høy varme) til dekk og utendørs områder (kulde).

Spesifikke krav til ulike kabeltyper

Strømkabler (LV og HV)
Lavspent (<1 kV) og høyspent (>1 kV) kabler må være dimensjonert for last og spenningsfall.
Kortslutningssikring kreves for lange kabler.
Signal- og styrekabler
Må være skjermet for å unngå forstyrrelser fra andre elektriske systemer.
Nødkabler
Skal være brannsikre og fungere under brann i minst 90 minutter.
Viktig for nødlys, alarmer, kommunikasjon og brannpumper.
Jording og beskyttelse
Alle kabler må ha riktig jordingssystem for å unngå elektriske feil og farlige spenningsforskjeller.

Montering og installasjon

Kortest mulig kabelstrekk for å minimere spenningsfall.
Beskyttelse mot mekanisk skade (bruk av rør, kabelgater eller pansrede kabler i utsatte områder).
Korrekt festing og avstand mellom kabler for å unngå varmeutvikling.
Separasjon av strømkabler og signal-/kommunikasjonskabler for å unngå forstyrrelser.
Vanntette gjennomføringer der kabler går mellom skott og dekk.

Regelverk og standarder

Internasjonale krav:

IEC 60092-serien (standard for elektriske installasjoner på skip).
SOLAS (Safety of Life at Sea) – Krav til brannsikre kabler.
DNV, ABS, Lloyd's Register – Klassifiseringsregler for skipselektriske systemer.

Oppsummering:

Skipskabler må være flammehemmende, korrosjonsbestandige, fleksible og skjermede der nødvendig. De må monteres sikkert, beskyttes mot skader og følge internasjonale standarder.

NEK 410B-2021 har fem tabeller som tar for seg det en kabel kan belastes med.

Tabell B.1 – Strømføringsevne ved kontinuerlig drift ved maksimal nominell leder temperatur på 60 °C.

Normaltversnitt mm²	Strømføringsevne i ampere (A)
Normaltversnitt mm²	Enleder A		Toleder A		Tre- og fire-leder A
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300	10 17 23 29 40 54 71 88 110 135 164 189 218 248 292 336		9 14 20 25 34 46 60 75 94 115 139 161 185 211 248 286		7 12 16 20 28 38 50 62 77 95 115 132 153 174 204 235
	DC	AC	DC	AC	DC	AC
400	390	380	332	323	273	266
500	450	430	383	366	315	301
630	520	470	442	400	364	329
Omgivelsestemperatur (luft) 45 °C

Tabell B.2 – Strømføringsevne ved kontinuerlig drift ved maksimal nominell leder temperatur på 70 °C.

Normaltversnitt mm²	Strømføringsevne i ampere (A)
Normaltversnitt mm²	Enleder A		Toleder A		Tre- og fire-leder A
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300	15 21 29 37 51 68 90 111 138 171 207 239 275 313 369 424		13 18 25 31 43 58 77 94 117 145 176 203 234 266 314 360		11 15 20 26 36 48 63 78 97 120 145 167 193 219 258 297
	DC	AC	DC	AC	DC	AC
400	500	490	425	417	350	343
500	580	550	493	468	406	385
630	670	610	519	519	469	427
Omgivelsestemperatur (luft) 45 °C

Tabell B.3 – Strømføringsevne ved kontinuerlig drift ved maksimal nominell leder temperatur på 85 °C.

Normaltversnitt mm²	Strømføringsevne i ampere (A)
Normaltversnitt mm²	Enleder A		Toleder A		Tre- og fire-leder A
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300	21 28 38 49 67 91 120 148 184 228 276 319 367 418 492 565		18 24 32 42 57 77 102 126 156 194 235 271 312 355 418 480		15 20 27 34 47 64 84 104 129 160 193 223 257 293 344 396
	DC	AC	DC	AC	DC	AC
400	650	630	553	536	455	441
500	740	680	629	578	518	476
630	840	740	714	629	588	518
Omgivelsestemperatur (luft) 45 °C

Tabell B.4 – Strømføringsevne ved kontinuerlig drift ved maksimal nominell leder temperatur på 90 °C.

Normaltversnitt mm²	Strømføringsevne i ampere (A)
Normaltversnitt mm²	Enleder A		Toleder A		Tre- og fire-leder A
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300	23 40 51 55 72 96 127 157 196 242 293 339 389 444 522 601		20 26 34 44 61 82 108 133 167 206 249 288 331 377 444 511		16 21 28 36 50 67 89 110 137 169 205 237 272 311 365 421
	DC	AC	DC	AC	DC	AC
400	690	670	587	570	483	469
500	780	720	663	612	546	504
630	890	780	757	663	623	546
Omgivelsestemperatur (luft) 45 °C

Tabell B.5 – Strømføringsevne ved kontinuerlig drift ved maksimal nominell leder temperatur på 95 °C.

Normaltversnitt mm²	Strømføringsevne i ampere (A)
Normaltversnitt mm²	Enleder A		Toleder A		Tre- og fire-leder A
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300	26 32 43 55 76 102 135 166 208 256 310 359 412 470 553 636		22 27 37 47 65 87 115 141 177 218 264 305 350 400 470 541		18 22 30 39 53 71 95 116 146 179 217 251 288 329 387 445
	DC	AC	DC	AC	DC	AC
400	760	725	646	616	532	508
500	875	810	744	689	612	567
630	1010	900	859	765	707	630
Omgivelsestemperatur (luft) 45 °C

Forskrift for maritime elektriske anlegg (Lovdata)

I forskrifta finn vi en del informasjon om f.eks. kabler.

I vedlegg II – 9. Pkt.10. Kabler – festing

Kravet om betryggende festing vil vanligvis være oppfylt når kabelen er klamret som følger:

For kabler ved innføringen i kapslinger og rør når nærmeste klammer er plassert i avstand ikke større enn 10 x vedkommende kabels diameter.
For kabler for øvrig når avstanden mellom klammerne ikke er større enn det som går frem av nedenstående tabell:

Forskrifta henviser også til (NEK-410/IEC-60092.401.38)

*Ytre diameter av kabel, m.m.*		*Maks. avstand mellom festepunkter*
*over*	*opp til*	*Kabler uten metallomfletting eller armering (også kabler som bare har blykappe)*	*Kabler med kopper-, bronse- eller ståltrådomfletting el. Armering*	*Mineralisolerte kabler med kappe av kopper eller rustfritt stål*
	8	200	250	300
8	13	250	300	370
13	20	300	350	450
20	30	350	400	450
30		400	450	450

Isolasjonstype

Drift / Maks temp (°C)

Kortslutnings

temperatur (°C)

K-verdi (Cu) (A·√s/mm²)

PVC

160

143

Halogenfri (EPR / 85)

200

176

XLPE / EPR (90)

250

226

NEK 410A-401 Kapittel 9 – Kabler

31 - Kabelgater – Generelt
32 – Kabelgater for viktig drift og nøddrift.
33 – Installasjon av kabler i forhold til elektromagnetiske forstyrrelser.
34 – Kabler for fast installerte lensepumper nedsenket i vann.
35 – Mekanisk beskyttelse.
36 – Jording av ledende kabelskjermer o.l. og mekanisk beskyttelse av kabler.
37 – Bøyeradius for kabler.
38 – Festing av kabler.
39 - Kabelgjennomføring i skott og dekk.
40 – Kabler i rør eller kanaler av metall.
41 – Kabler i rør, kanaler eller kapslinger og sjakter som ikke er av metall.
42 – Kabler i lagerrom.
43 – Kabler i kjølerom.
44 – Strekkpåkjenninger.
45 – Spesielle forholdsregler ved enlederkabler.
46 – Kabelavslutninger.
47 – Koblinger og avgreininger (grenkurser).
48 – Koblingsbokser.

Forskrift om maritime elektriske anlegg sier også:

§ 28. Merking av kabler, vern og anna materiell

Det skal i tillegg til merking fra fabrikant, i nødvendig grad foretas entydig merking slik at kabler, utstyr, vern og annet materiell kan identifiseres. Merking skal også foretas i den utstrekning det er nødvendig for å unngå fare.

Merking om bord i skip og sjøredskaper i innenriks fart skal være med norsk tekst, mens merking om bord i skip og sjøredskaper i utenriks fart skal være med engelsk tekst.

§ 33 Tilkobling med bevegelige ledninger

Bevegelig ledning med jordleder skal ha jordingsplugg. Bevegelig ledning uten jordleder skal ha plugg uten jordingskontakt.

Bevegelig ledning for utstyr klasse II (dobbeltisolert utstyr) skal ikke ha jordleder, men kan ha jordingsplugg.

Bevegelig ledning skal være tilkoblet i det rom hvor tilhørende utstyr benyttes. Dette gjelder ikke utstyr beregnet for å flyttes under bruk eller kortvarig bruk.

§ 38 Kabler

Bortsett fra spesielle tilfeller der tilsynsmyndigheten kan gi dispensasjon, skal all metallkledning og armering av kabler være elektrisk sammenhengende og jordet.

Alle elektriske kabler skal minst være av brannhemmende type og skal være slik installert at deres opprinnelige brannhemmende egenskaper ikke forringes. Tilsynsmyndigheten kan tillate bruk av spesielle kabeltyper når dette er nødvendig til spesielle formål, blant annet radiofrekvenskabler, som ikke oppfyller ovennevnte krav.

Kabler og ledningsnett som benyttes til hoved- eller nødkraft, belysning, intern kommunikasjon eller signaler, skal så langt det er praktisk mulig legges utenom bysse, maskinrom av kategori A og andre områder med høy brannrisiko, vaskerom, rom for håndtering og foredling av fisk, samt andre rom med høyt innhold av fuktighet. Kabler som forbinder brannpumper til nødtavlen skal være av en type som er motstandsdyktig mot brann dersom de er lagt gjennom områder med høy brannrisiko. Så langt det lar seg gjøre, bør alle slike kabler legges slik at de ikke settes ut av funksjon av varme i skott forårsaket av brann i tilstøtende rom.

Når kabler trekkes gjennom rom der det foreligger risiko for brann eller eksplosjon i tilfelle elektrisk feil, skal det tas særskilte forholdsregler mot slik risiko til tilsynsmyndighetens tilfredshet.

Kabler og ledninger skal være festet slik at gnissing og annen skade unngås.

Avslutninger og koplinger skal være slik at kabelens opprinnelige elektriske, mekaniske og brannhemmende egenskaper beholdes, om nødvendig også kabelens motstandsdyktighet mot brann.

Kabler installert i kjøle- og fryserom skal være egnet for lave temperaturer og høy fuktighet.

§ 45. Sikkerhetstiltak mot støt, brann og andre farer som skyldes elektrisitet (R 45)

Nye skip i klasse B, C og D:

.5.3 Kabler og ledninger for kraft, belysning og intern kommunikasjon og signaler som er av vesentlig betydning eller som er nødvendig i en nødsituasjon, skal så langt mulig legges utenom bysser, vaskerom, maskinrom i kategori A og deres kapper og andre områder med høy brannrisiko. På nye og eksisterende roro-passasjerskip skal kabler til nødalarm og høyttalersystemer installert på eller etter den dato (1. juli 1998) som er nevnt i artikkel 14 nr. 1 i direktiv 98/18/EF, godkjennes av flaggstatens administrasjon, under hensyn til rekommandasjoner utarbeidet av IMO. Kabler som forbinder brannpumper med nødtavler, skal være av en type som er motstandsdyktig mot brann der de er ført gjennom områder med høy brannrisiko. Der det er praktisk mulig skal alle slike kabler legges på en måte som utelukker at de gjøres ubrukbare som følge av oppvarming av skottene på grunn av brann i tilstøtende rom.

.6 Kabler og ledninger skal være installert og festet slik at skamfiling og annen skade unngås. Avslutninger og ledd i alle ledere skal være laget slik at kabelens opprinnelige elektriske, mekaniske, flammehemmende og, om nødvendig, flammebestandige egenskaper bevares.

Bilde under viser en skipskabel fra HELKAMA.

LKM-FRHF 4 x 2,5 mm²

Brannbestandig, halogenfri, flammehemmende, kraft- og kontrollkabel for faste installasjoner i marine, offshore og industrielle formål. IEC 60228 klasse 2.

Skipskabel fra HELKAMA.

Spenningsfall i kabel

Generelt i NEK 410A finnes det prinsipper som sier at spenningsfallet ikke skal være så stort at det påvirker ytelsen til det elektriske utstyret, spesielt for sikkerhetskritiske systemer. Dette kan innebære at spenningsfallet må beregnes og kontrolleres basert på flere faktorer som kabellengde, kabeltype, og systemkrav.

Hva kan gjelde for spenningsfall:

For forbrukerutstyr:
NEK 410A refererer ofte til internasjonale standarder som IEC 60092-101 og IEC 60364-serien, som kan angi et maksimalt spenningsfall på 4 % for mindre forbrukerutstyr (generelle laster).
For kritisk utstyr:
For sikkerhetskritisk utstyr som navigasjonsutstyr og nødsystemer kan strengere krav til spenningsfall kreves. I slike tilfeller kan spenningsfallet være satt til maksimalt 2 %, som nevnt i andre maritime standarder og forskrifter.

Hvordan tolkes dette?

Selv om NEK 410A kanskje ikke sier eksakt hva som er tillatt spenningsfall i prosent, gir den klare retningslinjer for at du må sørge for at spenningsfallet er tilstrekkelig lavt for å sikre at utstyret fungerer på en pålitelig måte. For det meste vil det innebære at spenningsfallet ikke skal overstige 4 % i de fleste tilfeller for generelle lastsystemer, og det bør være lavere for kritiske systemer.

Anbefaling:

For å få en mer nøyaktig og spesifikk tolkning, kan det være lurt å sjekke IEC 60092-101 og IEC 60364 som er de spesifikke internasjonale standardene som NEK 410A bygger på.

For mer spesifikke krav, kan det være nyttig å sjekke:

NEK 410A, kapittel om kabeldimensjonering (ofte knyttet til termiske begrensninger og spenningsfall).
NEK 410B, seksjoner om spesifikke installasjoner.
IEC 60092-101 og 60092-201, som kan ha mer detaljerte anbefalinger.

Tillatt spenningstap i en skipskabel avhenger av type anlegg og spenning. Generelt følger skipsinstallasjoner retningslinjer fra Forskrift om maritime elektriske anlegg (FME) samt standarder som IEC 60092-201 (elektriske installasjoner på skip).

Vanlige retningslinjer for maksimalt tillatt spenningstap, dette er ikke eksakt:

Hovedkraftkabler (mellom generator og hovedtavle): ≤ 1%
Hovedfordeling (fra hovedtavle til underfordelinger): ≤ 2%
Drivmotorer, pumper, vifter osv.: ≤ 6%
Belysning og styrestrøm (fra tavle til forbruker): ≤ 10%

Dersom kabelstrekkene er lange, kan det være nødvendig å velge større kabeltverrsnitt for å holde spenningstapet innenfor disse grensene. For nøyaktige verdier må man også ta hensyn til klasseselskapenes krav (DNV, ABS, Lloyd's osv.).

I den gamle standarden var det maks 6 % spenningsfall som var tillatt.

Et bilde som inneholder Elektrisk kobling, slange, kabel, blå KI-generert innhold kan være feil.

Kabelberegning

Når man skal beregne størrelsen på en skipskabel, må man ta hensyn til flere tekniske og miljømessige faktorer for å sikre sikkerhet, ytelse og samsvar med maritime standarder. Her er de viktigste punktene:

1. Strømstyrke (Ampere)

Beregn maksimal strøm som kabelen skal føre under normal drift.
Dette bestemmer i stor grad tverrsnittet på lederen.

2. Omgivelsestemperatur

Temperatur ombord i skip varierer (maskinrom, dekk og boligseksjon).
Kabelens strømføringsevne må reduseres hvis temperaturen er høyere enn standard referansetemperatur.

3. Kabellengde og spenningsfall

Ved lange kabelstrekk (f.eks. fra generator til tavle), må du beregne tillatt spenningsfall.
Typisk tillatt spenningsfall: 3–5 % av nominell spenning.

4. Spenningstype

AC eller DC påvirker spenningsfall og kabelvalg.
Ved AC må man også ta hensyn til reaktans (induktiv motstand).

5. Kortslutningsytelse

Kabelen må tåle en eventuell kortslutning (termisk og mekanisk) til vernet kobler ut.
Beregn:

$I_{k}^{2}*t\ \ < K^{2} * A^{2}$

Hvor I_k = kortslutningsstrøm,
t = frakoblingstid,
K = materialkonstant (Cu/Al),
A = tverrsnitt i mm²

6. Installer type og kjøling

Luft, trange rør, buntede kabler osv. påvirker strømføringsevnen.
F.eks. kabler i rør eller kanal har lavere kjøling og må oppdimensjoneres.

7. Standarder og regelverk

Følg relevante krav fra:
- DNV og Lloyds Register.
- IEC 60092-serien (spesielt IEC 60092-352 og -350 for kabelvalg)
- NMA (Sjøfartsdirektoratet) krav ombord i norske skip

8. Mekanisk og kjemisk beskyttelse

Kabelen må tåle:
- Vibrasjon
- Fuktighet / vanninntrenging
- Brann (halogenfri, brannbestandig)
- Olje, diesel og saltvann

9. Antall ledere og skjerming

Enleder vs flerleder
Skjermet kabel for signal eller VFD (frekvensomformer)-applikasjoner

Eksempel på beregningsprosedyre:

Eksempel på beregningsprosedyre

Beregn strøm ut fra last. $P = \sqrt{3} * U * I *\cos\varphi$.
Velg tillatt spenningsfall.
Finn minste tverrsnitt som dekker både strøm og spenningsfall.
Kontroller kortslutningsytelse.
Juster for installasjonstype og temperatur.
Kontroller mot klasseselskapets krav.

Regneeksempel

Her er et praktisk regneeksempel på hvordan man dimensjonerer en skipskabel.

Forutsetninger:

Last: 15 kW trefase motor. (Stempla på motorskiltet).
Spenning: 400 V AC, 50 Hz
Virkningsgrad: η = 0,9
Effektfaktor: $\cos\varphi = 0,87$
Kabellengde (én vei): 40 meter
Tillatt spenningsfall: 2 %
Kabelmateriale: Kobber, $\rho = 0,0175\ \mathrm{\Omega}*\text{mm}^{2}\ /m$
Omgivelsestemperatur: 45 °C.
Installasjonstype: På kabelstige, kabel aleine.

Beregn strømforbruk (I).

$P_{t} = \frac{P_{a}}{\eta} = \frac{15000}{0,9} = 16667 W = 16,667 kW$

$I = \frac{P_{t}}{\sqrt{3} \cdot U \cdot \cos\varphi} = \frac{16667}{\sqrt{3} \cdot 400 \cdot 0.87} = \underline{27,65}$

Finn minste tverrsnitt etter strømføringsevne.

Fra NEK 400B-2021/IEC 60092 tabeller for Cu-kabler:

Treleder på stige, 85 °C:
En 6 mm² Cu tåler 34 A, etter tabell B.3.
Men det er lite margin, så vi går videre og sjekker spenningsfall også.

Sjekk spenningsfall:

Formel for spenningsfall i trefase:

$\Delta U_{\text{max, 2%}} = \frac{400\,\mathrm{V} \cdot 2\%}{100\%} = 8\,\mathrm{V}$

$\Delta U_{\text{kabel}} = \frac{\sqrt{3} \cdot 27.65 \cdot 40 \cdot 0.0175 \cdot 0.87}{6} = 4.86\,\mathrm{V}$

$\Delta U\ (\%) = \frac{100\% \cdot 4.86\,\mathrm{V}}{400\,\mathrm{V}} = 1.215\%$

Vi skulle ha max 2 % så denne er godkjent.

Kortslutningskontroll (grovt).

For 6 mm² Cu:
K-verdi for 1-sekunds varighet: K ≈ 176
Anta kortslutningsstrøm I_k = 1000 A og frakoblingstid 0,5 s:

$I_{k}^{2}t = 1000^{2}0,5$ = 500 000

K² * A² = 176² * 6² = 30976 * 36 = 1 115 136

Godkjent – kabel tåler kortslutning.

Konklusjon:

En bør bruke en 3 x 6 mm² + j kobberkabel, for denne installasjonen.

K-verdi avhenger av:

Formelen:

$K = \ \sqrt{\frac{Q}{\varrho}\text{ }}\text{ }$ (hvor Q = spesifikk varmeenergi som kabelen tåler)

Men i praksis bruker vi standardtabeller fra IEC og NEK.

Typiske K-verdier for kobber ved ulike temperaturgrenser:

Isolasjonstype	Drift / Maks temp (°C)	Kortslutnings temperatur (°C)	K-verdi (Cu) (A·√s/mm²)
PVC	70	160	143
Halogenfri (EPR / 85)	85	200	176
XLPE / EPR (90)	90	250	226

Så for kobber med 85 °C isolasjon, typisk halogenfri marinekabel, brukes:

K = 176 A · √s/mm²