Автореферат (Исследование и разработка судовых кабелей, сохраняющих работоспособность в экстремальных условиях эксплуатации)

На правах рукописиэкз. №Молчанов Никита ЕвгеньевичИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СУДОВЫХ КАБЕЛЕЙ,СОХРАНЯЮЩИХ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХУСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИСпециальность 05.09.02 – Электротехнические материалыи изделияАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква20182Работа выполнена на кафедре физики и технологии электротехнических материалов и компонентов федерального государственного бюджетного образовательного учреждения «Национальный исследовательский университет «МЭИ»Научный руководитель:Боев Михаил Андреевичдоктор технических наук, профессор кафедрыФизики и технологии электротехнических материалов и компонентов ФГБОУ ВО «НИУ МЭИ»Официальныеоппонен- Портнов Эдуард Львовичты:доктортехническихзаведующийнаук,кафедройпрофессор,направляющихтелекоммуникационных сред «МТУСИ»Ветлугаев Сергей Сергеевичкандидат технических наук,Научный сотрудник отделения № 1 «Кабели ипровода энергетического назначения» лаборатории № 1/2 ОАО «ВНИИКП»Ведущая организация:ОАО «Особое конструкторское бюро кабельнойпромышленности» (г.

Мытищи)Защита диссертации состоится « 15 » июня 2018 г. в 13 часов 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.19 при ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» поадресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 13, ауд. Е-205.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» ина сайте www.mpei.ru.Автореферат разослан _____ апреля 2018 г.Ученый секретарь диссертационного советаД 212.157.19 к.т.н., доцентБоровкова Анастасия Михайловна3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы.

Отечественная кабельная промышленность развивается и претерпевает значительные изменения в связи с развитием смежныхобластей промышленности, появлением новых материалов и ростом передаваемых мощностей и объемов информации. В том числе большая часть производимых кабельных изделий потребляет судостроительная отрасль. Масса кабелей, входящих в бортовую сеть, может достигать 1/3 от общей массы всего судового электрооборудования.

Безопасность экипажа на подводных судах напрямую связана с надежностью судовых кабельных сетей, а также с работоспособностью этих сетей в аварийных ситуациях, таких как затопление или пожарв отсеках.Следовательно, задача обеспечения герметичности судовых кабелей придавлении, соответствующем глубине погружения подводных лодок (400-600метров), при сохранении показателей пожарной безопасности этих кабелей является особенно актуальной в последнее время, еще и в связи с бурным развитием военно-морской техники в частности и всего военно-промышленногокомплекса в целом в нашей стране.В случае обрыва негерметизированного кабеля, либо повреждения оболочки по конструкции будет распространяться вода, что может стать причинойзатопления отсеков судна.

Кроме того, в случае пожара, кабельная сеть должнанекоторое время оставаться в работоспособном состоянии, чтобы экипаж успелпринять соответствующие меры для устранения аварийной ситуации. Это значит, что кабели, входящие в бортовые сети, должны обладать комплексным набором характеристик, позволяющих сохранить требуемые эксплуатационныепараметры сети в случае аварий и предотвратить их катастрофичное развитие ипоследствия.В настоящее время существуют герметичные кабели связи, выполненные на сухих водоблокирующих материалах.

Эти кабели предотвращают распространение воды при избыточном гидростатическом давлении в 1 кгс/см2,4однако они совершенно не пригодны при более высоком гидростатическомдавлении. На отечественном рынке ещѐ не существует кабелей связи, выполненных на основе водоблокирующих элементов, которые успешно работаютпри гидростатическом давлении, соответствующем глубине погружения подводных лодок.Расширение возможностей судовых систем связи, рост передаваемыхскоростей и объемов передаваемой информации требует создания судовых герметизированных кабелей связи с расширенным диапазоном частот и передаточными параметрами, соответствующими современным международным иотечественным стандартам для кабелей связи (серии стандартов IEC 61156 иГОСТ 54429-2011).В связи с ростом передаваемых мощностей и модернизацией энергетического оборудования на судах, появляется необходимость в судовых герметизированных силовых кабелях, в том числе и огнестойких, чтобы обеспечить передачу требуемых мощностей, а также, работоспособность и функционирование электротехнических систем при аварийных ситуациях.Цель работы.

Целью работы является исследование и разработка судовых кабелей, стойких к воздействию продольного и радиального гидростатического давления до 10 МПа.Задачи исследований. Для достижения поставленной цели необходиморешить следующие задачи: теоретически исследовать продольное распространение воды в герметизированных кабелях, конструкция которых выполнены как с помощью герметика, так ис помощью водоблокирующих материалов; разработать математическую модель, позволяющую оценить качествопродольной герметичности кабелей, выполненных на основе водоблокирующихматериалов; провести экспериментальные исследования стойкости кабелей к воздействию продольного гидростатического давления величиной от 6 до 10 МПа;5 провести экспериментальные исследование стойкости конструкции иэлектрических параметров судовых кабелей к радиальному гидростатическомудавлению величиной от 6 до 10 МПа. разработать конструкции силовых кабелей и кабелей связи, стойких кпродольному гидростатическому давлению и сохраняющих работоспособностьпод действием радиального гидростатического давления величиной до 10 МПав рабочем режиме и до 15 МПа при кратковременном воздействии.Методы исследований.

Для решения поставленной цели использованыметоды классической теории электромагнитного поля, законы гидростатики игидродинамики, теория деформации материалов, применен математическийаппарат интегрального и дифференциального исчисления.Научная новизна.1На основании теоретических исследований предложен методрасчетадлины участков проникновения воды в воздушные полости кабелей, учитывающий различное расположение элементов из водоблокирующих (ВБ) материалов, что позволяет определить необходимое количество ВБ материалов дляконструирования герметизированных симметричных кабелей, обеспечивающихих продольную влагонепроницаемость при давлении воды до 10 МПа, учитывающий радиальную составляющую этого давления.2Предложен метод оценки геометрических параметров ВБ – материаловпри конструировании герметизированных кабелей связи с рабочим давлениемдо 10 МПа и с частотными характеристиками соответствующими требованиямГОСТ Р 54429-2011.3Впервые проведены экспериментальные исследования электрических па-раметров кабелей с элементами из водоблокирующих материалов, при воздействии радиального гидростатического давления.

Получены барические зависимости электрических параметров судовых герметизированных симметричныхкабелей связи.4Впервые проведены экспериментальные исследования продольного рас-пространения воды под давлением 10 МПа в кабелях с элементами из ВБ материалов в случае обрыва кабеля и при местном повреждении его оболочки.6Практическая ценность.1 Разработаны новые типы судовых герметизированных кабелей связи дляцифровых систем передачи, в том числе огнестойкие, с рабочим диапазономчастот до 250 МГц, герметизация которых выполнена как с помощью водоблокирующих материалов, так и с помощью герметика. Новые конструкции кабелей включены в ТУ и в настоящее время изготавливаются на предприятии ОООНПП «Спецкабель».2 Разработаны новые типы судовых герметизированных силовых огнестойких кабелей на гидростатическое давление до 10 МПа, в том числе огнестойкие,гибкие, для герметизации которых используются ВБ – материалы.3 Проведены исследования, направленные на улучшение технологии изготовления судовых герметизированных кабелей, позволившие установить вид ирежимы технологических операций (тип скрутки, температуру при наложенииизоляции и оболочки), а также выбрать необходимые материалы и способ герметизации судовых кабелей.Основные положения, вносимые на защиту.1 Результаты исследования воздействия радиального гидростатическогодавления на конструкцию и электрические параметры передачи в диапазонечастот до 250 МГц герметизированных кабелей связи огнестойкого и не огнестойкого исполнений.2 Результаты исследований герметизирующих материалов, улучшающиетехнологию изготовления герметизированных кабелей.3 Результаты исследований и сравнительный анализ кабелей связи, выполненных на герметизирующем компаунде и на водоблокирующих материалах,стойкости к воздействию продольного гидростатического давления.4 Новые конструкции силовых судовых герметизированных кабелей и судовых герметизированных кабелей связи.5 Особенности технологии изготовления судовых герметизированных кабелей связи и силовых судовых герметизированных кабелей с различными способами герметизации: с помощью герметизирующего компаунда и водоблокирующих нитей.76 Рассмотрение методики по испытаниям судовых герметизированных кабелей на стойкость к радиальному и продольному гидростатическому давлениюи предложение по корректировке этой методики.Апробацияработы.Основныеположениядиссертационнойработы,докладывались и обсуждались:- на 20 и 21 международной научно-технической конференции студентов иаспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 2014 и 2015 гг.Публикации.

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.(из которых 2 – в издании по перечню ВАК). Результаты исследований такжеотражены в протоколах испытаний ООО НПП «Спецкабель».Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, содержащих результаты работы, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации изложен на 136 страницах, в том числе 28иллюстраций, 22 таблиц и 1 приложения, акт внедрения результатов и списоклитературы содержит 100 наименование на 10 странцах.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель изадачи исследований, показана научная новизна и практическая ценность работы, представлены основные положения, выносимые на защиту.В первой главе рассмотрены условия эксплуатации и внешние воздействующие факторы, действующие на судовые кабели на протяжении срокаслужбы.

Приведѐн обзор требований, основанных на данных условиях эксплуатации, а также стандарты, как отечественные, так и зарубежные, в соответствиис которыми осуществляется производство и применение судовых кабелей, атакже описаны методы испытаний.К экстремальным условиям относится целый комплекс явлений, в который входят различные аварийные ситуации, воздействие агрессивных сред, механических воздействий. Поэтому стоит оговорить, что под экстремальнымиусловиями в рамках данной работы будем понимать те условия, в которых находиться резервная кабельная сеть подводных судов, поскольку основная кабельная сеть включает в себя оптические кабели, а в данной работе рассматриваются только медные. Прежде всего, к таким условиям относится гидростати-8ческое давление, действующее на кабель и соответствующее рабочей и предельной глубине погружения подводных лодок, которая достигает на данныймомент 400- 600 метров: 4 – 6 МПа.Рассмотрены и описаны материалы, применяемые при производстве судовых кабелей.