船用橡胶电缆整体老化剩余寿命研究.pdf

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1、第39卷第4期2010年08月船海工程SHIP&0CEANENGINEERINGVoL39No．4Aug．2010DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2010．04．012船用橡胶电缆整体老化剩余寿命研究吕事桂，杨立。李伟华(海军工程大学船舶与动力学院，武汉430033)摘要：在相关假设前提下对电缆进行热分析，推导出线芯温度与电缆绝缘材料导热系数之间的关系，结合电缆老化寿命方程，得出给定载流量下船用橡胶电缆整体老化后剩余寿命呈指数下降及降低工作载流量可提高电缆剩余寿命结论。同时，提出利用测定电缆线芯温度和载流量推算出导热系数或者通过与未老化电缆比较两接线端头线芯温

2、度判定电缆整体老化程度的方法。关键词：电缆；舰船；热老化寿命；整体老化；导热系数中图分类号：U668文献标志码：A文章编号：1671-7953(2010)04-0037-03电力电缆在运行过程中受电、热、机械、化学等因素的作用会发生老化。尤其在舰艇上，由于舱室温度过高，电缆工作时线路损耗等原因，使主干电缆和其他一些重要电缆的橡胶绝缘材料长时间处于较高的温度状态，电缆更易产生老化现象，最终导致电缆失效酿成火灾事故[1]。由于缺乏有效的电缆寿命估计方法，为防止电缆的老化起火，目前对船用电缆一般都定期更换，这种方法具有很大的盲目性。已有的研究E2卅多是围绕电缆特定状况特定故障类型来展开，而未

3、考虑电缆运行中整体缓慢老化带来寿命缩短问题，有可能出现电缆未老化或一定范围老化但未达到更换的程度而被更换的情况，造成材料浪费；另一种情况是电缆已经老化到须即时更换的程度却因未到达更换周期而延期更换，这种情况后果更加严重。考虑到电缆整体热老化对其工作寿命的影响，研究分析不同老化程度下船用电缆剩余寿命变化趋势，这对电缆的选择性更换具有指导性作用。1数学建模电力电缆一般由线芯、绝缘层、衬垫层、外被层等部分构成，其等效热阻见图1[7

4、。忽略电缆稳态运行后纵向导热，只考虑横向收稿日期：2009-07—27修回日期：2009-09—07作者简介：吕事桂(1986-)，男，硕士生。研究方向：传热传质

5、与热流体学及应用，红外检测与故障诊断E-mail：lvshiguitg@126．com图1电缆等效热阻图换热，据电缆外部热阻Rn2五巧招，得电缆的热平衡方程：(咒+Al+A2)IZR+以wd—O．1玎D。^△矿／4△以一t—Tf(1)由式(1)得电缆表面温度：瓦一n+[鱼I±丑丢毛彗箦±丛亟]“5(2)根据电缆等效热阻图可得缆芯工作温度：Ts—Tf+(IzR+O．5Wd)Rra+[j2R(1+A1)+Wd]·nRrz+[12R(1+A1+A2)+wd]·n(Rr3+Rr4)(3)据文献[7]可得电缆各热阻，代人缆芯工作温度公式(2)得线芯温度与电缆导热系数关系：Tc=Tf+(12R+o

6、．5眠)≠#10+[12R(I+Jl，)+眠m击ln镑·[rR(1+Al+A2)+wd]Xn·[去·n头+瓦拓]㈤式中：r电缆工作芯数；G1。——电缆几何因子；r_载流量，A；j；c一一电缆工作时每相的交流电阻，Q／m；37第4期船海工程第39卷JIl——电缆表面散热系数，W／m；D。、D。、Db、DA——电缆表面直径，衬垫层内径、外径，外被层内径m；w。——电缆每相的介质损耗，w／m；w。——电缆每相缆芯的导线损耗，W。=J2R，W／m；At、A：——电缆金属护套及铠装层的损耗系数；A、．：【7、r——电缆绝缘层、衬垫层、外护层导热系，w／(K·m)；R了1、R丁2、Rn、Rn——单

7、位长度电缆绝缘层热阻、衬垫层热阻、外被层及外部热阻，K·m／W。2剩余寿命算例及分析2．1算例文献[3]采用差示扫描量热法得到船用丁苯橡胶电缆的老化寿命方程：lgr一--10．673+半(5)上电缆绝缘层靠近线芯的温度最高最容易老化，为了保证老化寿命评估的可靠性，热老化方程中的温度必须用线芯温度t代入。针对YⅨ50／754VJB8735．2—1998型丁苯橡胶电缆采用式(5)对在载流量I=20A时不同整体老化程度下的电缆剩余寿命进行计算，并比较同一老化程度下不同工作载流量时电缆剩余寿命，结果见图2、3。38导热系数，【w(K·em)“1图2电缆寿命与导热系数的关系世嫱艟豁脚图3电缆寿命

8、与载流量的关系2．2分析由式(5)得出两不同线芯温度下老化关系：5346×(去一去)詈=-o㈣橡胶电缆老化后，绝缘材料的导热能力下降，导热系数变小。从式(4)知：在其他条件不变而各绝缘材料导热系变小的情况下，线芯温度Tc将升高，结合式(6)，线芯温度升高后，电缆的剩余寿命将呈指数的关系下降。从实际算例计算的结果图2看，随着导热系数的下降电缆剩余寿命明显缩短，这与前面的理论分析相吻合。同时，从图3可知，在橡胶电缆已经老化时，通过减小电缆工作的载流