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

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования «Национальный исследовательский университет«МЭИ»На правах рукописиМолчанов Никита ЕвгеньевичИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СУДОВЫХ КАБЕЛЕЙ,СОХРАНЯЮЩИХ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ВЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИСпециальность 05.09.02 – Электротехнические материалы и изделиядиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:Доктор технических наукпроф. Боев М.А.Москва2018ВВЕДЕНИЕАктуальность темы. Отечественная кабельная промышленностьразвивается и претерпевает значительные изменения в связи с развитиемсмежных областей промышленности, появлением новых материалов иростом передаваемых мощностей и объемов информации.

В том числебольшаячастьпроизводимыхкабельныхизделийпотребляетсясудостроительной отраслью. Масса кабелей, входящих в бортовую сеть,может достигать 1/3 от общей массы всего судового электрооборудования.Безопасность экипажа на подводных судах напрямую связана с надежностьюсудовых кабельных сетей, а также с работоспособностью этих сетей ваварийных ситуациях, таких как затопление или пожар в отсеках [1, 2, 3, 4,5].Следовательно, задача обеспечения герметичности судовых кабелейпри давлении, соответствующем глубине погружения подводных лодок (400600 метров), при сохранении показателей пожарной безопасности кабелейявляется особенно актуальной в последнее время, еще и в связи с бурнымразвитиемвоенно-морскойтехникивчастностиивсеговоенно-промышленного комплекса в целом в нашей стране.Возникновениенештатныхситуаций,основнымиизкоторыхявляются повреждение оболочки, обрыв кабеля или пожар в каком-либоотсеке судна, не должно в значительной степени повлиять на безопасностьэкипажа и судна.В случае обрыва негерметизированного кабеля, либо поврежденияоболочки по конструкции будет распространяться вода, что может статьпричиной затопления отсеков судна.

Поэтому герметизация судовых кабелей,входящих в бортовую сеть подводных лодок, является ключевой задачей приконструировании данной группы кабелей.При возникновении пожара, кабельная сеть должна некоторое времяоставаться в работоспособном состоянии, чтобы экипаж успел принятьсоответствующие меры для устранения аварийной ситуации.2Это значит, что кабели, входящие в бортовые сети, должны обладатькомплексным набором характеристик, позволяющих сохранить требуемыеэксплуатационные параметры сети в случае аварий и предотвратить ихкатастрофичное развитие и последствия.Внастоящеевремясуществуютгерметичныекабелисвязи,выполненные на сухих водоблокирующих материалах [7].

Эти кабелипредотвращают распространение воды при избыточном гидростатическомдавлении в 9807 Па, однако они совершенно не пригодны при более высокомгидростатическом давлении. На отечественном рынке ещё не существуеткабелей связи, выполненных на основе водоблокирующих элементов,которыеуспешноработаютпригидростатическомдавлении,соответствующем глубине погружения подводных лодок.Расширение возможностей судовых систем связи, рост передаваемыхскоростей и объемов передаваемой информации требует создания судовыхгерметизированных кабелей связи с расширенным диапазоном частот ипередаточнымипараметрами,соответствующимисовременныммеждународным и отечественным стандартам для кабелей связи (сериистандартов IEC 61156 и ГОСТ 54429-2011).В связи с ростом передаваемых мощностей и модернизациейэнергетического оборудования на судах, появляется необходимость всудовых герметизированных силовых кабелях, в том числе и огнестойких,чтобыобеспечитьпередачутребуемыхмощностей,атакже,работоспособность и функционирование электротехнических систем приаварийных ситуациях.Цель работы.

Целью работы является исследование и разработкасудовых кабелей, стойких к воздействию продольного и радиальногогидростатического давления до 10 МПа.Задачиисследований.Длянеобходимо решить следующие задачи:3достиженияпоставленнойцели теоретическиисследоватьпродольноераспространениеводывгерметизированных кабелях, конструкция которых выполнена как с помощьюгерметика, так и с помощью водоблокирующих материалов; разработать математическую модель продольного распространенияводывкабеле,котораяпозволитоцениватькачествопродольнойгерметизации, обеспеченной использованием водоблокирующих материалов; разработатьгерметизацияконструкцииконструкцийсиловыхкоторыхкабелейвыполненаикабелейкакссвязи,помощьюводоблокирующих материалов, так и с помощью герметизирующего состава,стойких к продольному гидростатическому давлению до 10 МПа исохраняющихработоспособностьподдействиемрадиальногогидростатического давления величиной до 10 МПа в рабочем режиме и до 15МПа при кратковременном воздействии. провести экспериментальные исследования влияния радиальногогидростатического давления величиной от 6 до 10 МПа на электрическиепараметры судовых кабелей связи, разработанных конструкций. провестисиловыхэкспериментальныекабелейикабелейисследованиясвязи,стойкостиразработанныхсудовыхконструкций,квоздействию продольного гидростатического давления величиной от 6 до 10МПа;Методыисследований.Длярешенияпоставленнойцелииспользованы методы классической теории электромагнитного поля, законыгидростатики и гидродинамики, теория деформации материалов, примененматематический аппарат интегрального и дифференциального исчисления.Научная новизна.1На основании теоретических исследований предложен метод расчетадлины участков проникновения воды в воздушные полости кабелей,учитывающий различное расположение элементов из водоблокирующих (ВБ)материалов, чтопозволяет определить необходимое количествоматериаловконструированиядлягерметизированных4ВБсимметричныхкабелей, обеспечивающих их продольную влагонепроницаемость придавлении воды до 10 МПа, учитывающий радиальную составляющую этогодавления.2Предложен метод оценки геометрических параметров ВБ – материаловприконструированиигерметизированныхкабелейсвязисрабочимдавлением до 10 МПа и с частотными характеристиками соответствующимитребованиям ГОСТ Р 54429-2011.3Впервые проведены экспериментальные исследования электрическихпараметров кабелей (коэффициент затухания и волновое сопротивление вчастотном диапазоне 1 – 250 МГц) с элементами из водоблокирующихматериалов, при воздействии радиального гидростатического давления до 15МПа.

Получены барические зависимости электрических параметров судовыхгерметизированных симметричных кабелей связи.4Впервые проведены экспериментальные исследования продольногораспространения воды под давлением 10 МПа в кабелях с элементами из ВБматериалов в случае обрыва кабеля и при местномповреждении егооболочки.Практическая ценность.1Разработаны новые типы судовых герметизированных кабелей связидля цифровых систем передачи, в том числе огнестойкие, с рабочим диапазоном частот до 250 МГц, герметизация которых выполнена как с помощьюводоблокирующих материалов, так и с помощью герметика.

Новые конструкции кабелей включены в ТУ и в настоящее время изготавливаются напредприятии ООО НПП «Спецкабель».2Разработаны новые типы судовых герметизированных силовых огне-стойких кабелей на гидростатическое давление до 10 МПа, в том числе огнестойкие, гибкие, для герметизации которых используются ВБ – материалы.3Проведены исследования, направленные на улучшение технологии из-готовления судовых герметизированных кабелей, позволившие установить5вид и режимы технологических операций (тип скрутки, температуру при наложении изоляции и оболочки), а также выбрать необходимые материалы испособ 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 неогнестойкого исполнений.2 Результаты исследований герметизирующих материалов, улучшающиетехнологию изготовления герметизированных кабелей.3 Результаты исследований и сравнительный анализ кабелей связи,выполненных на герметизирующем компаунде и на водоблокирующихматериалах,стойкости к воздействию продольного гидростатическогодавления.4 Новые конструкции силовых судовых герметизированных кабелей исудовых герметизированных кабелей связи.5 Особенности технологии изготовления судовых герметизированныхкабелей связи и силовых судовых герметизированных кабелей с различнымиспособами герметизации: с помощью герметизирующего компаунда иводоблокирующих нитей.6 Методы испытаний судовых герметизированных кабелей.7 Рассмотрение методики по испытаниям судовых герметизированныхкабелей на стойкость к радиальному и продольному гидростатическомудавлению и предложение по корректировке этой методики.Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы,докладывались и обсуждались:- на 20 и 21 международной научно-технической конференции студентови аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 2014 и 2015гг.6Публикации. 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.