基于有限元分析的水下脐带电缆电场与温度场特性

摘要

为解决具有复杂结构单元的水下采油生产用脐带缆无法利用传统解析方法确定绝缘厚度和载流量的问题,采用有限元法计算、分析了脐带缆端面的电场与温度场分布。通过对不同绝缘材料、绝缘厚度与结构形式的脐带缆模型进行对比研究,给出了利用ANSYS软件优化确定脐带缆载流量的方法。研究结果表明,脐带缆中电缆单元的相对位置对电场分布影响很小,而电场主要集中在电缆单元内部导体的相线间;电场分析得出交联聚乙烯绝缘的临界厚度为0.25 mm;不同脐带缆结构中,中心钢管结构脐带缆的载流量可达近60 A,散热性能优于中心电缆结构脐带缆;此外,分别采用交联聚乙烯与乙丙橡胶绝缘的2类脐带缆的最高场强与载流量差异并不明显。综上,有限元方法可以用来确定脐带缆绝缘厚度与额定载流量。