Trommel cable FeiChun: как барабанный кабель выдерживает изгиб, тягу, кручение и нагрев на барабане
Кабель на барабане работает иначе, чем кабель в цепи или на земле: он тысячи раз сматывается и наматывается, натягивается приводом, скручивается на роликах и греется под слоями собственных витков. Разбираем конструкцию барабанного кабеля (Trommelleitung, reeling cable), считаем по опубликованным данным диаметр сердечника, натяжение, скорость и момент барабана, снижение тока по слоям, сравниваем (N)SHTÖU и (N)TSCGEWÖU и показываем, какие данные нужно запросить у изготовителя для порта и карьера.
1. Термины: что такое Trommel cable и как его ищут инженеры
Слово Trommel в немецком языке означает «барабан». В немецких каталогах «trommelbare Leitung» — это кабель для частого наматывания и разматывания, в том числе при одновременной тяге, кручении и принудительной укладке[2][3]. В англоязычных документах то же изделие называют reeling cable или crane reeling cable, в русскоязычных — барабанным кабелем или кабелем для кабельного барабана. Поисковые системы также принимают написание без умлаута: NTSCGEWOEU, (N)TSCGEWOU[12].
| Термин | Язык | Смысл |
|---|---|---|
| Trommelleitung / trommelbare Leitung | DE | кабель для барабана: частое наматывание и разматывание[2][3] |
| Reeling cable / crane reeling cable | EN | то же изделие в англоязычных каталогах и заявках[4][12] |
| Барабанный кабель, кабель для кабельного барабана | RU | русскоязычный поисковый эквивалент |
| (N)SHTÖU, (N)SHTÖU-J | DE | низковольтное семейство 0,6/1 кВ для барабанов[2][3] |
| (N)TSCGEWÖU, (N)TSKCGEWÖU | DE | средневольтные барабанные кабели; исполнения с LWL (оптоволокно) — в каталоге Prysmian[4][12] |
| Моноспираль, укладчик (level wind) | RU / EN | типы барабанов, определяющие радиус, слои и нагрев[5][13] |
2. Типы барабанов и схемы подачи: от них зависит выбор кабеля
Кабель нельзя выбирать отдельно от барабана. Диаметр сердечника, число слоёв, привод и схема подачи задают радиус изгиба, натяжение, нагрев и число циклов.
| Тип | Как уложен кабель | Сильные стороны | Ограничения | Что учесть при выборе кабеля |
|---|---|---|---|---|
| Пружинный барабан | витки на сердечнике, возврат пружиной | простая конструкция для малых машин | подбор по длине, массе и Ø кабеля[1] | Ø и масса кабеля на метр, число жил, ток по слоям[1] |
| Моторный моноспиральный | один слой в виде спирали | малый нагрев, контролируемое натяжение[5][13] | диаметр растёт с длиной и Ø кабеля: для кабеля 2,5 дюйма (≈64 мм) и 3000 футов (≈914 м) в описании патента назван барабан 30 футов (≈9,1 м)[7] | жёсткость и масса кабеля, инерция барабана, момент по радиусу[5] |
| Моторный цилиндрический с укладчиком | несколько слоёв, укладчик ведёт витки | компактен при длинной трассе[13] | нагрев слоёв, давление на нижние слои, кручение | множители тока по слоям, антиторсионный слой, стойкость к раздавливанию[1][9] |
| Торцевая подача (end feed) | точка питания на краю пути | простая схема | полная длина кабеля на весь путь | длина, тяга, число слоёв |
| Центральная подача (centre feed) | точка питания в середине пути | длина на одну сторону вдвое меньше[4][11] | сложнее трасса и узел подачи | скорость, ускорение, тяга: кабели для центральной и торцевой подачи описаны в каталогах[4][11] |
Приводные барабаны на портовых кранах выпускают в широком диапазоне: по данным Cavotec, диаметры от 300 до 8700 мм, токи от 10 до 2400 А, напряжения до 30 кВ, применение — STS, автоматические штабелирующие краны и другие краны порта[6]. Для длинного хода или ограниченного места Conductix-Wampfler рекомендует барабаны с укладчиком, для остальных случаев называет эффективными моноспиральные[13].
3. Нагрузки на кабель на барабане
Изгиб
Для средневольтных барабанных кабелей в публикациях FeiChun указан радиус 12–15×Ø[10]. Барабан задаёт постоянный радиус, ролики и направляющие — дополнительные точки изгиба.
Растяжение
15 Н/мм² при работе и до 30 Н/мм² при ускорении по данным FeiChun[10]; для (N)SHTÖU в паспорте TKD указано длительное натяжение до 20 Н/мм²[2].
Кручение
При вращении барабана и переходе на ролики кабель скручивается: FeiChun указывает допустимое кручение ±15–25°/м для исполнения с антиторсионной оплёткой[10].
Раздавливание слоями
Нижние витки нагружены весом и давлением верхних слоёв; при плохой укладке витки наползают друг на друга[8].
Нагрев
Кабель под слоями отдаёт тепло хуже; множители по слоям — 0,61, 0,49, 0,42 (2, 3, 4 слоя) по каталогу Vahle[1].
Скорость и среда
До 120 м/мин у (N)SHTÖU[2], 120–160 м/мин (по соглашению до 240) у средневольтного кабеля FeiChun[10]; работа на улице, в сырости и при наличии масла[3].
4. Конструкция барабанного кабеля
Барабанный кабель решает три задачи одновременно: сохраняет электрическую целостность при циклическом изгибе, передаёт тягу и кручение на несущий слой, а не на жилы, и выдерживает давление слоёв. Поэтому в конструкции сочетают гибкую жилу, экранированную изоляцию, жилы заземления и контроля и антиторсионную оплётку между оболочками[3][10].
| Элемент | Техническое решение | От чего защищает | Что проверять в паспорте |
|---|---|---|---|
| Жила | гибкая многопроволочная медная жила (класс 5 по IEC 60228 и гибче)[14] | усталость при циклическом изгибе, обрыв проволок | класс жилы, диаметр проволоки, шаг скрутки |
| Изоляция и экран жилы | резина/EPR, полупроводящие слои, медная оплётка | пробой, локальная концентрация поля, ток замыкания | толщина изоляции, покрытие оплётки, сопротивление экрана |
| Жилы заземления и контроль | изолированные или неизолированные жилы в промежутках; контрольная жила; в исполнениях с LWL — оптоволокно[4] | потеря заземления, поражение током | число и сечение, термическая стойкость, тип реле, оптоволокно |
| Антиторсионный слой | текстильная (полиэфирная) оплётка между внутренней и наружной оболочкой[3][10] | кручение, «штопор», растяжение | материал, шаг оплётки, заявленное кручение, тяга |
| Наружная оболочка | специальная резина для работы на ролики, УФ, масло и воду[3] | истирание на роликах и барабане, порез, погода | толщина, испытания на старение, стойкость к маслу и холоду |
5. Изгиб: радиус, диаметр сердечника и деформация
Для кабеля диаметром Ø, изогнутого по радиусу R, наибольшая относительная деформация наружного волокна оценивается как ε ≈ Ø/(2R) = 1/(2k), где k = R/Ø. Оценка верхняя: в жиле со скруткой деформация проволок ниже за счёт шага повива. Сердечник барабана берут не меньше 2R.
| Ø, мм | R = 12,5·Ø, мм | Dc ≥ 2R, мм | R = 15·Ø, мм | Dc ≥ 2R, мм |
|---|---|---|---|---|
| 45 | 562 | 1 125 | 675 | 1 350 |
| 60 | 750 | 1 500 | 900 | 1 800 |
| 75 | 938 | 1 875 | 1 125 | 2 250 |
| 90 | 1 125 | 2 250 | 1 350 | 2 700 |
Пример: для 3×95 мм² 6/10 кВ (Ø около 56–61,5 мм) FeiChun указывает радиус 12–15×Ø[10]. При Ø = 60 мм получаем R = 750–900 мм и сердечник не менее 1500–1800 мм. Отдельные ролики и направляющие тоже проверяют по радиусу R, а не по «удобным» размерам узла. В сервисных публикациях FeiChun для кабеля (N)TSKCGEWÖU 3×95+3×16/3 3,6/6 кВ приведены значения радиуса от 348 до 1160 мм в зависимости от режима[10]; режим применения нужно указывать в заявке.
6. Растяжение: расчёт по паспорту
Допустимое натяжение задают как напряжение на суммарное сечение фазных жил. Для барабанных кабелей FeiChun в публикациях указано 15 Н/мм² при работе и 30 Н/мм² при ускорении[10]; в паспорте (N)SHTÖU производителя TKD — длительное натяжение до 20 Н/мм²[2]. База расчёта у разных изготовителей разная, поэтому сравнивать значения можно только после проверки базы.
| Кабель, мм² | 3·S, мм² | T при 15 Н/мм², Н | T при 30 Н/мм², Н |
|---|---|---|---|
| 3×50 | 150 | 2 250 | 4 500 |
| 3×70 | 210 | 3 150 | 6 300 |
| 3×95 | 285 | 4 275 | 8 550 |
| 3×120 | 360 | 5 400 | 10 800 |
Для 3×95 мм² получаем 4275 Н при 15 Н/мм² и 8550 Н при 30 Н/мм²; это совпадает со значением «около 4275 Н динамически», приведённым в публикации FeiChun[10]. Эти пределы относятся к конструкции в целом: тягу воспринимают оплётка и оболочки, а не только медь. Поэтому момент барабана и ускорения задают так, чтобы натяжение не превышало 15 Н/мм² в установившемся режиме и не выходило за 30 Н/мм² при разгоне.
7. Момент, скорость и натяжение на барабане
Главное свойство любого моторного барабана — влияние на натяжение и, следовательно, на ресурс кабеля[5]. Момент барабана и радиус слоя связаны с тягой: чем больше радиус слоя, тем больше момент нужен для того же натяжения, и тем медленнее вращается барабан при той же линейной скорости.
Иллюстративный расчёт при допущениях: Ø кабеля = 60 мм, сердечник Dc = 1500 мм, слои уложены «круг на круг» (высота слоя равна Ø), натяжение в кабеле 2 кН. Это расчёт для демонстрации зависимости, не паспортные данные барабана.
| Слой | r, мм | M = F·r, кН·м | n при 120 м/мин, об/мин | n при 160 м/мин, об/мин |
|---|---|---|---|---|
| слой 1 | 780 | 1,56 | 24,5 | 32,6 |
| слой 2 | 840 | 1,68 | 22,7 | 30,3 |
| слой 3 | 900 | 1,80 | 21,2 | 28,3 |
| слой 4 | 960 | 1,92 | 19,9 | 26,5 |
Из этого следует, что привод должен работать в широком диапазоне скоростей и моментов, а его расчёт должен учитывать переменный момент инерции и переменный диаметр намотки; в работе по моноспиральному барабану для крана показано, что без учёта динамики привода подобрать двигатель правильно нельзя, и отмечены четырёхквадрантные преобразователи для рекуперативного режима[5]. Практическая проверка кабеля: ожидаемое натяжение при пуске, торможении и реверсе не должно выходить за пределы по §6.
8. Нагрев и снижение тока по слоям
Кабель, намотанный на барабан, окружён другими витками, а не воздухом, поэтому охлаждается хуже. Расчёт ампаситета по каталожному значению без учёта слоёв даёт завышенный ток: в материалах OMSHR/MSHA описаны случаи оплавления и растрескивания оболочки из-за перегрева на барабанах[9].
| Число слоёв | Множитель | Источник |
|---|---|---|
| 1 | ≈ 0,75–0,80 | ориентир по публикации FeiChun[10] |
| 2 | 0,61 | каталог Vahle[1] |
| 3 | 0,49 | каталог Vahle[1] |
| 4 | 0,42 | каталог Vahle[1] |
Правило: множитель берут для максимального числа слоёв на барабане и умножают на температурный коэффициент; ток «по земле» допустим только для полностью размотанного участка. Кабель редко работает без перерывов, поэтому для повторно-кратковременного режима существуют отдельные множители, которые изготовитель барабана указывает в каталоге[1].
| Число нагруженных жил | 5 | 7 | 10 | 14 | 19 | 24 | 40 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Множитель | 0,75 | 0,65 | 0,55 | 0,50 | 0,45 | 0,40 | 0,35 |
9. Кручение и «штопор»
Кабель скручивается при вращении барабана, при переходе на ролики и при изменении направления движения. Скрученный кабель нарушает укладку: в описании патента отмечено, что скрученный кабель не позволяет укладывать витки вплотную, между витками образуются зазоры и витки наползают друг на друга, что искажает последующие слои[8].
Конструкция
Оплётка из синтетических нитей между внутренней и наружной оболочкой воспринимает тягу и кручение: такой слой указывают производители как для (N)SHTÖU, так и для средневольтных типов[3][10]. В публикации FeiChun для исполнения с вулканизированной антиторсионной оплёткой указано кручение ±15–25°/м[10].
Укладка
Соосность роликов и укладчика, отсутствие излома кабеля при вводе на барабан, постоянное направление витков. Продольная маркировка на оболочке помогает увидеть скручивание при осмотре.
Привод
Момент барабана определяет натяжение на ответвлении; резкие изменения момента вызывают рывок и кручение. Ускорение и торможение задают с учётом пределов по §6.
10. Сравнение семейств барабанных кабелей
| Параметр | (N)SHTÖU, (N)SHTÖU-J | (N)TSCGEWÖU круглый MV | Плоский MV (N)TSFLCGEWÖU |
|---|---|---|---|
| Напряжение | 0,6/1 кВ[2][3] | от 3,6/6 до 18/30 кВ[12] | среднее напряжение по каталогу[4] |
| Назначение | питание вспомогательных цепей и управления, барабаны, подъёмные механизмы[3] | главное питание подвижных машин: STS, RTG, штабелёры, экскаваторы[10][12] | барабаны крана с плоской укладкой (каталог)[4] |
| Натяжение | длительное до 20 Н/мм² (TKD)[2] | 15 Н/мм² работа, до 30 Н/мм² ускорение (FeiChun)[10] | по паспорту |
| Скорость | до 120 м/мин[2] | 120–160 м/мин, по соглашению до 240 (FeiChun)[10] | по паспорту |
| Антиторсионный слой | текстильная оплётка между оболочками[3] | синтетическая оплётка между оболочками (исполнения SB-SAM)[10] | по паспорту |
| Оптоволокно (LWL) | варианты в каталогах[3] | варианты (N)TSKCGEWÖU[4] | варианты в каталоге Prysmian[4] |
| Ограничение | не заменяет кабель главного питания MV | требует расчёта барабана и слоёв | требует барабана для плоского кабеля |
11. Сценарии применения: порт, карьер, склад
| Сценарий | Главная нагрузка | Что проверить |
|---|---|---|
| STS (причальный кран) | длинный ход, ускорение, тяга, погода | тип барабана, схема подачи, Ø кабеля, скорость, изгиб на роликах[4][6] |
| RTG / e-RTG (козловой на пневмоходу) | цикличность, изменение направления, кручение | радиус роликов, укладчик, кручение, стойкость к УФ и воде[6][12] |
| RMG, ASC (автоматические штабелёры) | частые пуски и торможения | момент барабана, ограничение рывка, число слоёв[6] |
| Разгрузчики судов, штабелёры/реклеймеры | высокие токи, перегрев слоёв | множители по слоям, сечение, тип барабана[1][12] |
| Электрический экскаватор, мобильная дробилка | тяга, истирание, наезд | оболочка, оплётка, монтаж, защита трассы[12] |
| Барабаны на вспомогательных линиях (0,6/1 кВ) | многожильное управление | множитель по числу жил, скорость до 120 м/мин[1][2] |
Барабанные кабели, наряду с портами, применяют в горных машинах и на тоннелепроходческих комплексах: Conductix-Wampfler отмечает барабаны для питания и воды на буровых и армирующих машинах и TBM[13]; для карьерных экскаваторов упоминаются моторные барабаны при защите кабеля от грязи, падающих предметов и колёс[13].
12. Типовые отказы и меры
| Симптом | Вероятная причина | Мера |
|---|---|---|
| Оплавление или растрескивание оболочки во внутренних слоях | ток без учёта слоёв, плохой теплоотвод[9] | множители по слоям (§8), меньшее число слоёв, моноспираль, контроль температуры |
| «Штопор», зазоры и наползание витков | кручение кабеля, несоосность укладчика[8] | антиторсионный слой, соосность, проверка ввода на барабан |
| Перетяжка, обрыв проволок жилы или экрана | момент барабана выше расчёта, радиус меньше R | проверка момента по слоям (§7), радиус R ≥ k·Ø, ограничение ускорения |
| Локальный износ оболочки | трение на роликах и направляющих | радиус и профиль роликов, чистота трассы, толщина оболочки |
| Вмятины и деформация нижних слоёв | давление верхних слоёв, малое число щёк | расчёт барабана, ограничение слоёв, стойкость к раздавливанию |
13. Как выбрать и что запросить
| Данные | Зачем | Что запросить |
|---|---|---|
| Напряжение и режим нейтрали | изоляция и контроль замыканий | класс напряжения, схема электроснабжения |
| Ток и режим (продолжительный/повторно-кратковременный) | сечение и нагрев по слоям | номинальный и пиковый ток, цикл нагрузки |
| Тип барабана и его размеры | радиус, слои, момент | Dc, ширина, диаметр щёк, число слоёв, тип привода[12] |
| Скорость и ускорение | натяжение, кручение | v, a, направление движения, схема подачи (торцевая/центральная)[4][12] |
| Радиус роликов и направляющих | изгиб и износ | минимальный радиус на трассе |
| Среда | оболочка | температура, УФ, масло, соль, вода[3] |
| Оптоволокно (LWL) | связь на машине | число волокон, тип, исполнение кабеля[4] |
| Существующая маркировка | замена аналога | тип и обозначение действующего кабеля[12] |
| Нормативная база | допуск и приёмка | DIN VDE 0250-813 / HD 620 / VDE 0298 / ГОСТ / IEC[11][14] |
14. Что делает FeiChun и как проверить
В открытых публикациях FeiChun описаны барабанные и краново-горные типы: (N)TSCGEWÖU, (N)TSKCGEWÖU (исполнение с оптоволокном), (N)TSCGECEWÖU, (N)SHTÖU-J 0,6/1 кВ, исполнения с антиторсионной оплёткой и расчёты по снижению тока на барабане[10]. Конкретные значения радиуса, натяжения, кручения и температур подтверждаются паспортом и протоколами испытаний на маркоразмер; в этой статье используются значения из публикаций FeiChun (§3–§9), остальное — «запросить».
| Позиция | Что подтвердить паспортом |
|---|---|
| (N)TSCGEWÖU, (N)TSKCGEWÖU, (N)TSCGECEWÖU | напряжение, число и сечение жил заземления и контроля, радиус R по режиму, натяжение при работе и ускорении, кручение, температура, скорость |
| Исполнение с антиторсионной оплёткой (SB-SAM) | материал и шаг оплётки, допустимое кручение, тяга, диапазон температур при изгибе и фиксированной прокладке |
| (N)SHTÖU-J 0,6/1 кВ | только вспомогательные барабаны; число жил, множитель по слоям, скорость, натяжение |
| Варианты с оптоволокном (LWL) | число и тип волокон, радиус и натяжение для исполнения с LWL |
15. Сертификация FeiChun
Технические и проектные запросы: [email protected]
+86 13855123218
Вопросы и ответы
Что такое Trommel cable?
Trommel — немецкое «барабан». Trommelleitung (trommelbare Leitung) — кабель, рассчитанный на частое наматывание и разматывание на барабан, в том числе при одновременной тяге, кручении и принудительной укладке. В англоязычных каталогах его называют reeling cable.
Какой радиус изгиба нужен для барабанного кабеля?
Для средневольтных барабанных кабелей в технических публикациях FeiChun указано 12–15×Ø. Диаметр сердечника барабана берут не меньше 2R. Для 3×95 мм² 6/10 кВ (Ø около 60 мм) при 12,5×Ø это R = 750 мм и Dc не менее 1500 мм.
Как снижают ток кабеля при намотке на барабан?
По числу слоёв. В каталоге Vahle для многослойной намотки даны множители 0,61, 0,49 и 0,42 (2, 3 и 4 слоя). Для примера 296 А при 30 °C это около 181, 145 и 124 А. Затем учитывают температуру среды и число нагруженных жил.
Чем (N)SHTÖU отличается от (N)TSCGEWÖU?
(N)SHTÖU — низковольтный барабанный кабель 0,6/1 кВ для вспомогательных цепей и управления; (N)TSCGEWÖU — экранированный средневольтный барабанный кабель (3,6/6…18/30 кВ) для питания машин. Один не заменяет другой.
Что такое «штопор» и как его избежать?
Скручивание кабеля вокруг оси при работе барабана. Его снижают антиторсионным слоем между оболочками, правильной укладкой витков, соосностью роликов и укладчика, контролем момента барабана.
Что лучше: моноспиральный или многослойный барабан?
Моноспиральный уменьшает нагрев и давление слоёв, но диаметр барабана растёт вместе с длиной и диаметром кабеля. Цилиндрический барабан с укладчиком компактнее, зато требует снижения тока по слоям и контроля укладки.
Какие сертификаты у FeiChun?
По информации FeiChun: CE, UKCA, VDE, EAC, ATEX, IECEx и российский сертификат пожарной безопасности. Запрашивайте копии на конкретный тип и маркоразмер, сверяйте область и срок действия.
Источники
- Vahle, каталог пружинных барабанов: множители для многослойной намотки (0,61; 0,49; 0,42) и для многожильных кабелей. [PDF]
- TKD Kabel, REELTEC (N)SHTÖU: длительное натяжение до 20 Н/мм², скорость до 120 м/мин. [PDF]
- böhm Kabeltechnik, (N)SHTÖU 0,6/1 кВ: назначение и текстильная оплётка между оболочками. [страница]
- Prysmian, Crane Cables General Catalogue: круглые и плоские MV барабанные кабели, исполнения с LWL, центральная подача, монтаж. [PDF]
- Kostić V. и др., The monospiral motorised cable reel in crane applications, Facta Universitatis. [страница]
- Cavotec, моторные барабаны: диаметры 300–8700 мм, до 30 кВ, 10–2400 А, STS и ASC. [страница]
- US 5279469, Cable winding apparatus and method: описание проблем большого моноспирального барабана. [PDF]
- US 4421284, Reeling of cable: влияние скручивания на укладку витков. [PDF]
- OMSHR / Nexans: ampacity derating factors for mine trailing cables on reels; MSHA PIB P10-20. [PDF]
- FeiChun Cable, технические публикации по барабанным кабелям: (N)TSCGEWÖU, high speed reeling cable, (N)TSKCGEWÖU. [страница]
- Tratos, TRATOSFLEX ESDB: кабель для барабанов при высокой скорости, тяге и кручении (торцевая и центральная подача). [страница]
- R-(N)TSCGEWÖU reeling cable: применения, написания, данные для заявки. [страница]
- Conductix-Wampfler, моторные барабаны: моноспираль и укладчик. [страница]
- Нормативные документы: IEC 60228, DIN VDE 0250-813, HD 620, DIN VDE 0298-3/0298-4, ICEA S-75-381.
- FeiChun Cable: сведения о сертификации кабельных систем.
Стандарты, торговые обозначения и названия производителей третьих сторон использованы исключительно для технической идентификации и не подразумевают связи с ними. Значения из документов разных лет и стран могут отличаться; в проектной документации сверяйте их с актуальными редакциями. Расчёты выполнены автором статьи.
