舰船电缆绝缘老化硬度渐变机理及剩余寿命快速检测技术研究

Cables play an important role in power and signals transmission of ship electrical system. It is well known that, the working condition and environment of ship cables are very complex. As the thermal aging of cable insulation material going on, insulation status of the cable declines. The state of cable insulation affects the ship safety and working directly. So, it is urgent to find a rapid and damage-free method to detect the aging status of the ship cable. So, the following methods were proposed firstly for the current research. (1) Hardness of the cable can be used to detect the ship cable status rapidly. (2) The mathematical model of cable insulation hardness with elongation at break and crosslink density of cable material was developed. (3) The mathematical model of insulation aging hardness with environmental factors and aging time was developed for the first time. .These will reveal (1) hardness gradual change mechanism of marine cable insulation aging; (2) the basic law of environment parameters effect on the marine cable insulation aging process. The study will finally provide a new idea and critical foundation for the ship cable insulation status rapid detection method and devices.

船舶电缆在舰船电气系统中担任着传输能量和信号的重要任务，船舶电缆的工作环境复杂，在众多因素影响下，绝缘层容易出现老化，其绝缘状态和老化程度直接影响着整个船舶的安全和生产。急需一种快速且无损的检测手段对其老化程度进行检测，因此本研究（1）首次提出通过硬度这一特征值来快速检测船舶电缆绝缘老化寿命；（2）首次建立了船用电缆绝缘层断裂伸长率以及老化交联密度等与其硬度之间的理论关系模型；（3）首次构建全面考虑环境因素以及老化时间的船用电缆绝缘老化硬度变化关系模型。.本研究将揭示：（1）不同型号船用电缆绝缘层随绝缘老化程度渐变机理；（2）舰船环境因素对船舶电缆绝缘老化的影响规律。研究将为电缆寿命检测领域开辟一新的研究方向，为船舶电缆绝缘寿命快速检测装置的开发奠定关键基础。

船舶电缆绝缘层的老化状态以及绝缘性能直接影响到船舶安全性。现有测量方法耗时长、需要实船截取大量电缆，导致实际检测非常困难。针对船用电缆剩余寿命评估困难的难题，在已有对船用天然丁苯橡胶(SBR)电缆的研究基础上，课题组提出了基于硬度的剩余寿命快速检测方法，对船上常用的另外3种电缆，即交联聚乙烯(XLPE)电缆、聚氯乙烯(PVC)电缆和乙丙橡胶(EPR)电缆开展了一系列研究，主要包括以下研究内容：.（1）对船用电缆进行了加速热老化试验、硬度实验、拉伸实验、核磁交联密度测量实验（船用XLPE电缆和船用PVC电缆）、绝缘电阻测量试验（船用PVC电缆）和热失重实验（船用XLPE电缆），进而获得各性能参数的变化规律；.（2）从理论上分析了船用电缆绝缘层在热氧老化过程中发生的一系列化学反应，建立并验证了硬度与交联密度之间的数学模型；.（3）通过对船用XLPE电缆的热重实验结果分析，得到了以最大质量减少速率（DTGMAX）为寿命预测指标的电缆寿命预测模型；通过对船用PVC电缆和船用EPR电缆的硬度测量结果分析，得到了基于硬度的电缆寿命预测模型；.（4）根据课题组得到的船用SBR电缆和船用PVC电缆的基于硬度的剩余寿命检测模型，研制了船用电缆绝缘老化寿命快速检测装置。.通过上述研究工作，揭示了船用电缆绝缘老化硬度渐变机理，建立了基于DTGMAX的船用XLPE电缆寿命预测模型和基于硬度的船用PVC电缆、EPR电缆寿命预测模型，提出了基于硬度的船用电缆绝缘寿命快速检测方法，并研制了基于硬度的船用电缆绝缘老化寿命快速检测装置。