一种船用电缆热稳定性仿真计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及潜艇系统仿真技术，尤其涉及一种船用电缆热稳定性仿真计算方法。
【背景技术】
[0002] 在常规潜艇电力系统的施工设计中，为保证电力系统的可靠性、安全性，确保全船 电网稳定，进行电缆热稳定性计算和分析是必要的。分析船用电缆在工作状态的热稳定性 可为常规潜艇电缆的选择提供依据或进行校验。热稳定性分析计算对常规潜艇安全性具有 重要意义。
[0003]当前国内多采用手工计算和估算结合的方法来估算电缆热稳定性，随着设计工作 的深入，手工计算已不能满足实时性和准确性的要求，计算中遇到的困难主要为：
[0004]多根电缆的热稳定性是一个互相影响的复杂关系。目前只能通过手工计算单根电 缆热稳定性，并进行简单叠加来估算多根电缆的热稳定性，准确度无法保证。
[0005] 电缆热稳定性的参数多且不同型号的电流参数不同，手工计算的方法工作量大。
[0006] 综上，手工计算不仅工作量大，其准确性也得不到保证。针对这些问题，用计算软 件来完成热稳定性的计算工作必要而迫切。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种船用电缆热稳定 性仿真计算方法。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船用电缆热稳定性仿真计算方 法，包括以下步骤：
[0009] 1)对目前常规潜艇上主干电缆的敷设形式进行统计和分析归类，确定4种典型的 排列方式，其余敷设形式均为4种典型的排列方式之一或其组合；所述4种典型的排列方式 为正负交叉排列、正负交叉分层排列、正负双向交叉水平分层排列、正负双向交叉垂直分层 排列；
[0010] 2)确定影响电缆热稳定性计算的主要参数为：电缆的截面、导体外径、计算外径、 载流量、电阻系数、密度、比热容和导热系数。
[0011] 3)对4种典型的排列方式分别构建模型；模型采用ansys软件建立电缆横剖面模 型，应用环状分层，并设定电缆内分层处为节点，在节点施加辐射热载荷，并将上述电缆的 主要参数加载在节点上；
[0012] 4)根据建好的模型，采用预处理作为电缆长时工作的热稳定性计算，后处理为短 路电流冲击时的热稳定性计算，计算船用电缆的热稳定性。
[0013] 按上述方案，步骤4)中的计算具体如下：
[0014] 4. 1)根据主干电缆设定热稳定性分层模型；
[0015] 4. 2)确认计算条件和工况；
[0016] 4. 3)确定主干电缆排列方式；
[0017] 4. 4)最大工况确认；
[0018] 4.5)建立仿真模型完成计算。
[0019] 本发明产生的有益效果是：本发明通过统计、对比、理论分析、研宄常规潜艇热稳 定性的影响因素，由仿真模型描述，获得热稳定性的计算方法，解决了手工计算容易出错， 需花费大量的人力和时间难以满足实时性和准确性等问题。为常规潜艇主干电缆敷设施工 设计提供了技术指导。
【附图说明】
[0020] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0021] 图1为主干电缆排列方式为正负交叉排列的示意图；
[0022] 图2为主干电缆排列方式为正负交叉排列的示意图；
[0023] 图3为主干电缆排列方式为正负交叉排列的示意图；
[0024] 图4为主干电缆排列方式为正负交叉排列的示意图；
[0025] 图5为单根主干电缆模型热稳定性计算的图例；
[0026] 图6为图1排列方式仿真计算后的热稳定性；
[0027] 图7为图2排列方式仿真计算后的热稳定性；
[0028] 图8为图3排列方式仿真计算后的热稳定性；
[0029] 图9为图4排列方式仿真计算后的热稳定性。
【具体实施方式】
[0030] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限 定本发明。
[0031] 下面以我国一型单芯交联聚乙烯绝缘交联聚烯烃护套低烟无卤阻燃舰用电力电 缆为例，说明最大工况热稳定性的仿真计算。
[0032] 1)参数确定：
[0033] 该电缆的参数如表1、表2所不。
[0034] 表1单芯JYJPJR/SC-1型电缆
[0035]
[0036] 表2JYJPJR/SC-1型电缆导体及绝缘层参数
[0037]
[0038] 2具体计算。
[0039] 1)根据主干电缆设定热稳定性分层模型；
[0040] 电缆结构分为多层，而通过分析确定可在热稳定性模型中分两层；
[0041] 2)计算条件和工况确认；
[0042] 相对主干电缆敷设长度，电缆直径很小，因此可将电流模型取横截面简化为二维 模型进行计算研宄。
[0043] 3)主干电缆排列方式确定；
[0044] 主要为四种，如图1~图4。4种典型的排列方式为正负交叉排列、正负交叉分层 排列、正负双向交叉水平分层排列、正负双向交叉垂直分层排列。
[0045] 4)最大工况确认；
[0046] 3台机组的输出电缆和蓄电池开关板输出的电缆汇合在一起（如图4排列），各个 机组在正常工作，电缆达到额定负载后，输出端短路或者1号熔断器板短路时，电缆工作在 极限条件下。故分别计算工况七（通气管工况一级充电末期）1号机组输出端短路、2号机 组输出端短路、3号机组输出端短路和工况八（通气管工况一级充电末期）1号熔断器板短 路后短路电流最大时的温度分布。
[0047] 如图4排列方式时，1、2、6、7、11、12号电缆为1号机组电缆，3、4、8、9、13、14号电 缆为2号机组电缆，5、10、15、20、25、30号电缆为3号机组电缆，其余电缆为蓄电池开关板输 出电缆。工况七（通气管工况一级充电末期）当1、2、3号机组其中任一组机组输出端短路 时其单根电缆通过短路电流为28932A，同时另二组机组单根电缆通过短路电流为5626A， 蓄电池开关板输出电缆通过短路电流为4356A。工况八（通气管工况一级充电末期）当1 号熔断器板短路时蓄电池开关板的电缆通过短路电流为13561A时，1、2、3号机组电缆通过 短路电流为5969A。
[0048] 5)建立仿真模型完成计算；
[0049] 按照以上结果建立了仿真模型，计算结果如表3~表6 :
[0050] 表3极限工况热稳定性计算结果表（1号机组）
[0051]
[0052] 表4极限工况热稳定性计算结果表（2号机组）
[0053]
[0054] 表5极限工况热稳定性计算结果表（3号机组）
[0055]
[0056] 表6极限工况热稳定性计算结果表（1号板）
[0057]
[0058] 由结果可知，最大工况下经过计算电缆热稳定性，电缆最热的部位温度约为 77. 533°C，不超过电缆本身允许的最高温度，该电缆可在此种环境条件和敷设形式下长期 稳定工作并承受最大工况下的极限条件。
[0059] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种船用电缆热稳定性仿真计算方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 对目前常规潜艇上主干电缆的敷设形式进行统计和分析归类，确定4种典型的排列 方式，其余敷设形式均为4种典型的排列方式之一或其组合；所述4种典型的排列方式为 正负交叉排列、正负交叉分层排列、正负双向交叉水平分层排列、正负双向交叉垂直分层排 列； 2) 确定影响电缆热稳定性计算的主要参数为：电缆的截面、导体外径、计算外径、载流 量、电阻系数、密度、比热容和导热系数。 3) 对4种典型的排列方式分别构建模型；模型采用ansys软件建立电缆横剖面模型， 应用环状分层，并设定电缆内分层处为节点，在节点施加辐射热载荷，并将上述电缆的主要 参数加载在节点上； 4) 根据建好的模型，采用预处理作为电缆长时工作的热稳定性计算，后处理为短路电 流冲击时的热稳定性计算，计算船用电缆的热稳定性。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中的计算具体如下： 4. 1)根据主干电缆设定热稳定性分层模型； 4. 2)确认计算条件和工况； 4. 3)确定主干电缆排列方式； 4. 4)最大工况确认； 4. 5)采用ansys软件建立仿真模型完成计算。
【专利摘要】本发明涉及一种船用电缆热稳定性仿真计算方法，该方法包括以下步骤：对目前常规潜艇上主干电缆的敷设形式进行统计和分析归类，确定4种典型的排列方式；确定影响电缆热稳定性计算的主要参数；对4种典型的排列方式分别构建模型；模型采用ansys软件建立电缆横剖面模型，应用环状分层，并设定电缆内分层处为节点，在节点施加辐射热载荷，并将上述电缆的主要参数加载在节点上；根据建好的模型，采用预处理作为电缆长时工作的热稳定性计算，后处理为短路电流冲击时的热稳定性计算，计算船用电缆的热稳定性。本发明方法解决了手工计算容易出错，需花费大量的人力和时间难以满足实时性和准确性等问题。为常规潜艇主干电缆敷设施工设计提供了技术指导。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104992033
【申请号】CN201510442303
【发明人】程骏, 范则阳, 曹晨, 谢坤
【申请人】中国舰船研究设计中心
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月24日