舰船消磁电缆重量与功耗设计分析

杨勇，耿攀，杨文铁，孙瑜

（武汉第二船舶设计研究院，武汉 430064）

舰船消磁电缆重量与功耗设计分析

杨勇，耿攀，杨文铁，孙瑜

（武汉第二船舶设计研究院，武汉 430064）

舰船消磁系统设计中涉及到消磁电缆的选型与消磁电源的选型，本文从工程设计角度分析了消磁电缆截面与多芯电缆重量的关系，分析了消磁电缆截面与消磁电缆消耗功率的关系，分析结果说明消磁电缆的重量与电缆芯数的选择有一定关系。

消磁电缆 电缆截面 重量 功耗

0 引言

舰船消磁系统中需要使用消磁电缆，按照消磁绕组的一般设计经验我们知道，如果设计的消磁绕组工作电流大，相应电缆截面也应变大，通俗的说就是电缆变粗了。太粗的电缆会给施工带来很多困难，一般希望电缆截面不大于50 mm2。同时消磁电流的选择也受到供电电源容量的限制。而消磁绕组供电电压提高时，消耗功率会变大，但绕组的重量会变轻。消磁绕组的功率与其重量大致是成反比关系的，选择什么方案取决于系统设计的着重点是功率因素，还是重量因素，或者其它条件的限制。怎样合理的选择舰船消磁系统中的消磁绕组电缆，一直是舰船消磁行业比较关心的问题。

本文主要分析消磁电缆的截面与电缆的重量、消磁电缆的截面与消磁绕组消耗功率这两方面在工程设计中应注意的问题。

在消磁系统磁计算中，对某套绕组一般已划定了几个区段，每个区段都有其设计安匝AWi。在估算电缆截面时，设定船体某一个区段上消磁电缆截面不变[2]。

在估算消磁电缆的截面时，一般按照下列方法进行。

设定某个区段，有绕组匝数W，单匝长度为l。

则该区段的电缆总长度L=W*l。电阻为：R=L/r*q

式中：L为某区段电缆总长度（m）；q为电缆截面（mm2）；r为电导率，取值r=53；

该区段的总电阻为：

则该区段的电缆截面[1]为：

根据磁计算结果，AW为确定值，只要算出该区段单匝的l值，即可计算出电缆截面估算值。但是，需要注意的是实际选用电缆时，要根据估算电缆截面，在电缆产品样本找高于这个估算截面的电缆。

1 电缆重量与导体截面积以及电缆芯数的关系

式中：g为电缆单位重量，单位为kg/km。

由前面的公式1，可推导得出：

从上式可以看出，电缆重量G与g和q成正比，与u成反比，所以G实际上是截面积q、电缆单位重量g和消磁电源电压u的函数，即

根据G=f(q ,g ,u)关系曲线，再综合考虑电缆的载流量，可求出在绕组电缆的重量，如果通过计算，使得消磁电缆的重量最小，这个截面积我们一般称之为“最佳截面积”。除此之外，在相同电缆截面积情况下，选择不同的电缆芯数，消磁电缆的重量也有明显的差异。假定区段安匝量为定值，根据公式1，电源的输出电流对电缆截面的选取无影响，也假设为定值，当消磁绕组输入电压由30 V变化至180V时，选择的电缆截面均满足载流量要求，而且消磁绕组上的电压降落均满足要求，绘制出消磁电缆重量随输入电压和选择电缆芯数的不同的变化趋势。

由图1可以看出，当消磁绕组输入电压升高时，消磁电缆的重量呈下降趋势。当输入电压在30 V左右时，选用单芯电缆，绕组总重量最轻，三芯电缆次之，双芯电缆和四芯电缆相对较重，四者的重量比值为1：1.19：1.06：1.36；当输入电压升高1倍，达到60 V左右时，选用单芯电缆和三芯电缆重量比较接近，双芯电缆和四芯电缆重量比较接近，四者的重量比值为1：1.17：1.04：1.18；当输入电压达到90 V左右时，选用单芯电缆、三芯电缆和四芯电缆重量比较接近，双芯电缆绕组重量最重，四者的重量比值为1：1.56：1.02：0.95；当电压继续升高时，仍是选用四芯电缆重量最轻。

2 消磁绕组功率损耗P和电缆输入电压u的关系

消磁绕组的功率为：

在上式中，AW、l和r为确定值，因为电压u与q是反比关系，即功耗P是u、q、I的函数

当消磁绕组电流不变时，随着绕组输入电压的提高，消磁电缆计算截面积减小，绕组功率损耗将随之增大。当消磁绕组输入电压由30 V变化至180 V时，如果选择的电缆截面均满足载流量要求，而且消磁绕组上的电压降落均满足要求，在图2中绘制出消磁电缆功耗随输入电压和选择电缆芯数的不同的变化趋势。

消磁绕组随输入电压升高，绕组消耗功率大致成相应倍数增长，但是当绕组消耗功率可以大致确定时，若不考虑电源设备到消磁绕组电缆之间压降，消磁电源的输出电压取电压变化区间的下限，可以降低电源、电缆等设备器件功率损耗，也可以降低对部分元器件的要求。

3 结论

在舰船消磁系统设计中，经常会选用多芯电缆，例如双芯、三芯或更多芯数的电缆，这些多芯电缆不是用来调整船体区段的消磁系统安匝量，而是考虑到用多芯电缆可以减少敷设电缆的根数，从而减少敷设电缆的工作量，减少穿越船体结构的电缆填料函数量。但是从消磁电缆的重量来看，即使船体某一区段的安匝量不变，选用单芯电缆或多芯电缆时消磁绕组的重量有明显差异。消磁电缆重量随输入电压变化和电缆芯数的不同，电缆重量变化趋势也有不同征。消磁电源电压低时，单芯和三芯电缆重量相对轻，电压升高到某一区间，四芯电缆重量相比较而言最轻。两芯电缆重量一直相对较高。另外根据绕组消耗功率变化趋势曲线，随着绕组输入电压的提高，消磁电缆计算截面积减小，绕组功率损耗增大，从减小不必要的功耗角度，消磁电源的设计应综合消磁系统电设计的结果进行匹配。

[1] 粟有鼎. 舰船磁防护与声防护. 北京：国防工业出版社, 1985.

[2] 唐申生，周耀忠，庄清华. 大型舰船分区消磁理论研究[J]. 海军工程大学学报，2003.

[3] Hayt W H，Buck J A. 工程电磁场. 机械工业出版社，2002.

[4] 王泽忠，金玉生，卢斌先. 工程电磁场. 清华大学出版社，2011.

Design and Analysis of Degaussing Coil in Vessel Degaussing System

Yang Yong, Geng Pan, Yang Wentie, Sun Yu

（Wuhan Second Ship Design and Research Institute，Wuhan 430064，China）

The design of vessel degaussing system involves calculation of degaussing coil section and of consumed power estimation etc. The paper analyzes the relations between coil section and coil weight, and tries to find regulations between the section and the degaussing power, all this are related to degaussing system design.

degaussing coil; coil section; weight; power

TM726

A

1003-4862（2013）05-0059-02

2012-11-23

杨勇（1979-），男，工程师。研究方向：电力系统。