脐带缆绝缘厚度选择的有限元方法

高岩涛

(大庆供电局红岗分局，黑龙江 大庆163464)

脐带缆是连接上部设施和水下生产系统之间的“神经和生命线”，主要作用是为水下生产系统提供电气液压动力、化学注入通道，同时为上部模块控制信号以及水下生产系统提供数据传输通道。水下生产系统脐带缆一般由电缆(动力缆或信号缆)、光缆(单模或多模光缆)、液压或化学药剂管等功能单元和填充绳等填充单元及铠装钢丝等加强单元组成，最外层聚合物起到保护作用。由于结构复杂，导致其失效的原因也是多方面的［1－2］。

国外在脐带缆设计、制造安装以及机械拉伸和扭转的力学研究方面有着非常丰富的经验［3－5］，但总体来说，超深海域的脐带缆设计理论以及铺设技术尚处于试验和完善阶段［6］。国内对于脐带缆的研究主要限于部分领域理论分析，力学结构分析较多［7］，电气性能的分析仍未见报道。

脐带缆电缆单元绝缘厚度的确定是决定脐带缆工作状况和使用寿命的主要因素，而对三芯以上电缆很难通过解析分析计算最大场强，所以应按实际电缆单元结构建立相关模型，求解实际最大场强，并按绝缘结构设计原理得到电缆绝缘层厚度计算公式［8］。

有限元法作为求解工程问题的一种数值方法，近年来在工程领域中得到了广泛应用。本文利用有限元法得出整个脐带缆端面结构电场分布，确定绝缘厚度，分析不同绝缘厚度的电场强度分布，同时还可以比较分析不同绝缘材料、不同端面结构的场强分布，校核最大电场强度。……