DE112021003596T5

DE112021003596T5 - Unterwasserkabel

Info

Publication number: DE112021003596T5
Application number: DE112021003596.7T
Authority: DE
Inventors: Liyuan Wang; Chi XUE; Ming Hu; Haiyang Wang; Wenchao Wang; Ying Nie; Yanyu Sun; Youlin Zhao; Hongliang Zhang; Yiliang Zhang; Qiang Du; Lei Liu; Haitao Wang; Xingyu Jin
Original assignee: Zhongtian Technology Submarine Cable Co Ltd
Current assignee: ZHONGTIAN TECHNOLOGY SUBMARINE CABLE CO., LTD,, CN
Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2021-11-04
Publication date: 2023-06-01
Also published as: CN113782264B; CN113782264A; EP4174879A1; WO2023040020A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Unterwasserkabel, das auf dem Gebiet der Kabeltechnik liegt. Das Unterwasserkabel umfasst eine Vielzahl von Kerndrähten, die miteinander verdrillt sind; der Kerndraht umfasst einen ersten Metalldraht und eine leitende Schicht, die den ersten Metalldraht umhüllt; eine elektrische Leitfähigkeit der leitenden Schicht ist größer als eine elektrische Leitfähigkeit des ersten Metalldrahtes. Durch die obigen Einstellungen wird, wenn das Unterwasserkabel mit Wechselstrom (AC) erregt wird, der auf einen Oberflächenteil des ersten Metalldrahtes konzentrierte Strom teilweise auf die leitende Schicht übertragen, wodurch die Durchstromfähigkeit des Oberflächenteils des ersten Metalldrahtes verbessert, der AC-Widerstand des ersten Metalldrahtes verringert und der Leistungsverlust reduziert wird.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der chinesischen Patentanmeldung Nr. 202111076138.6 mit dem Titel „Unterwasserkabel“, die am 14. September 2021 bei der China National Intellectual Property Administration eingereicht wurde und hiermit in vollem Umfang durch Bezugnahme einbezogen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Technik von Kabeln, insbesondere auf ein Unterwasserkabel.
Hintergrund
Unterwasserkabel sind stromführende Einrichtungen für die Energieübertragung auf dem Meeresboden, die für die Stromversorgung einer Offshore-Bohrplattform, einer Offshore-Insel usw. verwendet werden können. Im Allgemeinen umfasst ein Unterwasserkabel einen Unterwasserkabelabschnitt, einen Landungskabelabschnitt und eine Verbindung zwischen dem Unterwasserkabelabschnitt und dem Landungskabelabschnitt. Der Unterwasserkabelabschnitt bezieht sich auf einen Teil des Unterwasserkabels, der sich in einem Tiefwasserabschnitt befindet, und der Landungskabelabschnitt bezieht sich auf einen Teil des Unterwasserkabels, der sich zwischen küstennahem Flachwasser und einer Landverbindung befindet.
Gemäß dem Stand der Technik umfasst ein Unterwasserkabel einen Kabelkern, eine Panzerungsschicht und eine äußere Ummantelung. Der Kabelkern umfasst eine Vielzahl von Metalldrähten, die miteinander verdrillt sind, und ein wasserabweisendes Medium, das in einen Litzenspalt zwischen den Metalldrähten gefüllt ist; die Panzerungsschicht ist so angeordnet, dass sie den Kabelkern umhüllt, und die äußere Hülle ist so angeordnet, dass sie die Panzerungsschicht umhüllt.
Wenn das Unterwasserkabel jedoch mit Wechselstrom (AC) gespeist wird, hat der Metalldraht des Kabelkerns einen Skineffekt, der den Widerstand des Metalldrahtes erhöht und zu einem erhöhten Leistungsverlust führt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Unterwasserkabel bereit, das eine Vielzahl von Kerndrähten umfasst, die miteinander verdrillt sind; jeder der Kerndrähte umfasst einen ersten Metalldraht und eine leitende Schicht, die den ersten Metalldraht umhüllt; eine elektrische Leitfähigkeit der leitenden Schicht ist größer als eine elektrische Leitfähigkeit des ersten Metalldrahtes.
Der technische Effekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch das Umwickeln des ersten Metalldrahtes mit der leitenden Schicht und die elektrische Leitfähigkeit der leitenden Schicht größer ist als die elektrische Leitfähigkeit des ersten Metalldrahtes, der auf einen Oberflächenteil des ersten Metalldrahtes konzentrierte Strom teilweise auf die leitende Schicht übertragen wird, wenn das Unterwasserkabel mit Wechselstrom (AC) erregt wird, wodurch die Durchgangsstromfähigkeit des Oberflächenteils des ersten Metalldrahtes verbessert, der AC-Widerstand des ersten Metalldrahtes verringert und der Leistungsverlust reduziert wird.
Figurenliste

1 ist eine Schnittdarstellung eines Kerndrahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Schnitt durch ein einadriges Unterwasserkabel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Schnittdarstellung eines dreiadrigen Unterwasserkabels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Schnittdarstellung einer Panzerungsschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In den Zeichnungen:

11: Erster Metalldraht;
12: Leitende Schicht;
13: Wasserabweisendes Medium;
21: Leiterabschirmschicht;
22: Isolierschicht;
23: Isolierabschirmschicht;
24: Längswasserblockierschicht;
25: Metallabschirmschicht;
26: Nichtmetallische Mantelschicht;
27: Ausfüllschicht für die optische Einheit;
28: Innere Bettungsschicht;
29: Äußere Auflageschicht;
30: Panzerschicht;
31: Bewehrter Metalldraht;
32: Mantelschicht;
41: Optische Einheit.

Beschreibung der Ausführungsformen
Die speziellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es versteht sich, dass die hier beschriebenen besonderen Ausführungsformen nur dazu dienen, die vorliegende Erfindung zu beschreiben und zu erläutern, und die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden besonderen Ausführungsarten beschränkt ist.
Unterwasserkabel sind stromführende Anlagen zur Energieübertragung auf dem Meeresboden, die zur Stromversorgung einer Offshore-Bohrplattform, einer Offshore-Insel usw. verwendet werden können. Im Allgemeinen besteht ein Unterwasserkabel aus einem Unterwasserkabelabschnitt, einem Landungskabelabschnitt und einer Verbindung zwischen dem Unterwasserkabelabschnitt und dem Landungskabelabschnitt. Der Unterwasserkabelabschnitt bezieht sich auf einen Teil des Unterseekabels, der sich in einem Tiefwasserabschnitt befindet, und der Landungskabelabschnitt bezieht sich auf einen Teil des Unterseekabels, der sich zwischen küstennahem Flachwasser und einer Landverbindung befindet.
Im Stand der Technik umfasst das Unterwasserkabel einen Kabelkern, eine Panzerschicht und eine äußere Ummantelung. Der Kabelkern umfasst eine Vielzahl von Metalldrähten, die miteinander verdrillt sind, und ein wasserabweisendes Medium, das in einen Litzenspalt zwischen den Metalldrähten gefüllt ist; die Panzerschicht ist so angeordnet, dass sie den Kabelkern umhüllt, und der Außenmantel ist so angeordnet, dass er die Panzerschicht umhüllt.
Wenn das Unterwasserkabel jedoch mit Wechselstrom (AC) gespeist wird, kommt es im Metalldraht des Kabelkerns zu einem Skin-Effekt, der den Widerstand des Metalldrahtes erhöht und zu einem erhöhten Leistungsverlust führt.
Der Skin-Effekt bedeutet, dass der Strom im Metalldraht des Kabelkerns ungleichmäßig verteilt ist, wenn das Unterwasserkabel mit Wechselstrom gespeist wird, und dass sich der Strom in einem „Skin"-Teil des Metalldrahtes konzentriert, d. h. der Strom ist in einer dünnen Schicht auf der Oberfläche des Metalldrahtes konzentriert. Je näher an der Oberfläche des Metalldrahtes, desto größer ist die Stromdichte. Der Strom im Inneren des Metalldrahtes ist jedoch gering, was den Widerstand des Metalldrahtes erhöht und damit die Verlustleistung steigert. Aus diesem Grund wollen die Erfinder der vorliegenden Anmeldung das Problem auf folgende Weise lösen: Eine erste Möglichkeit besteht darin, den Metalldraht in mehrere voneinander isolierte, unabhängige Teile aufzuteilen, um die äquivalente Oberfläche des Metalldrahtes zu vergrößern und dadurch den Skin-Effekt zu verringern, wobei jedoch ein Effekt der Widerstandsverringerung nicht offensichtlich ist; eine zweite Möglichkeit besteht darin, den Metalldraht in mehrere Sektorenblöcke mit gleicher Fläche aufzuteilen, und zwischen zwei benachbarten Sektorenblöcken wird zur Isolierung ein Isolierpapier für das Kabel vorgesehen, jedoch kann diese Möglichkeit nicht die Anforderung der Längssperrung von Wasser für das Unterwasserkabel erfüllen; eine dritte Möglichkeit besteht darin, ein Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit für den Metalldraht zu verwenden, z. B. einen Metalldraht aus Silber, jedoch ist ein solches Unterwasserkabel wenig wettbewerbsfähig, da Silber sehr teuer ist.
In Anbetracht dessen wird in der vorliegenden Anmeldung eine leitende Schicht mit höherer elektrischer Leitfähigkeit auf den Metalldraht gewickelt, wodurch der Widerstand der Oberflächenschicht verringert wird. Daher, auch wenn der Kerndraht noch Skin-Effekt hat, kann der Leistungsverlust reduziert werden.
Das erfindungsgemäße Unterwasserkabel wird im Folgenden in Kombination mit besonderen Ausführungsformen detailliert beschrieben.
1 ist eine Schnittdarstellung eines Kerndrahtes gemäß einer vorliegenden Ausführungsform.
Wie in 1 gezeigt, stellt die vorliegende Ausführungsform ein Unterwasserkabel bereit, das eine Vielzahl von Kerndrähten 10 umfasst, die miteinander verdrillt sind; der Kerndraht 10 umfasst einen ersten Metalldraht 11 und eine leitende Schicht 12, die den ersten Metalldraht 11 umhüllt; eine elektrische Leitfähigkeit der leitenden Schicht 12 ist größer als eine elektrische Leitfähigkeit des ersten Metalldrahtes 11.
Die Vielzahl der miteinander verdrillten Kerndrähte 10 kann die effektive Strombelastbarkeit des Unterwasserkabels verbessern.
Wenn das Unterwasserkabel mit Wechselstrom gespeist wird, hat eine Oberflächenschicht des Kerndrahtes 10, die den ersten Metalldraht 11 und die leitende Schicht 12 enthält, einen Skin-Effekt, da die elektrische Leitfähigkeit der leitenden Schicht 12 größer ist als die elektrische Leitfähigkeit des ersten Metalldrahtes 11, ist eine Stromdichte der leitenden Schicht 12 größer als eine Stromdichte einer Oberflächenschicht des ersten Metalldrahtes 11, wodurch der Widerstand des ersten Metalldrahtes 11 reduziert wird und der Leistungsverlust des ersten Metalldrahtes 11 verringert wird.
Die leitende Schicht 12 kann durch ein Galvanoverfahren auf den ersten Metalldraht 11 gewickelt werden.
Es ist zu beachten, dass das Unterwasserkabel mit dem Kerndraht 10 der vorliegenden Ausführungsform ein einadriges Unterwasserkabel oder ein dreiadriges Unterwasserkabel sein kann.
In einer optionalen Ausführungsform wird der erste Metalldraht 11 durch Kupfer oder Aluminium gebildet; die leitende Schicht 12 ist eine Versilberungsschicht. Durch die oben genannten Einstellungen kann der Skin-Effekt verbessert und die Herstellungskosten des Unterwasserkabels reduziert werden.
Es sollte beachtet werden, dass der erste Metalldraht 11 aus anderen Metallen als dem oben erwähnten Kupfer oder Aluminium gebildet werden kann, zum Beispiel wird der erste Metalldraht 11 aus Silber gebildet, und dementsprechend wird die leitende Schicht 12 aus einem Material mit höherer elektrischer Leitfähigkeit als die elektrische Leitfähigkeit von Silber gebildet.
Die Versilberungsschicht kann auf dem ersten Metalldraht 11 durch das obige Galvanoverfahren angeordnet werden.
In einer optionalen Ausführungsform hat der erste Metalldraht 11 einen Durchmesser von 2 mm bis 5 mm; die leitende Schicht 12 hat eine Dicke von 0,01 mm bis 0,003 mm. Wenn die leitende Schicht 12 innerhalb des oben genannten Wertebereichs liegt, fällt die leitende Schicht 12 während eines Press- und Verdrillprozesses des Kerndrahtes 10 nicht ab.
Wie in 1 gezeigt, ist in einer optionalen Ausführungsform ferner ein wasserabweisendes Medium 13 enthalten, das in einen Litzenspalt zwischen verdrillten Kerndrähten 10 gefüllt wird. Durch das Einbringen des wasserabweisenden Mediums 13 kann das Unterwasserkabel in Längsrichtung wasserabweisend ausgeführt werden.
Optional ist das wasserabweisende Medium 13 mindestens eines von einem wasserabweisenden Band, einem wasserabweisenden Garn, einem wasserabweisenden Klebstoff oder einem wasserabweisenden Pulver, so dass das Unterwasserkabel eine Funktion des Blockierens von Wasser in einer Längsrichtung erreichen und eine Möglichkeit des Kontakts des Kerndrahts mit Meerwasser reduzieren kann, wenn eine äußere Schicht des Unterwasserkabels beschädigt ist.
Das wasserabweisende Band umfasst ein halbleitendes wasserabweisendes Band und ein isolierendes wasserabweisendes Band. Das halbleitende wasserabweisende Band wird zum Beispiel durch eine Zusammensetzung aus halbleitendem Vliesstoff und superabsorbierendem Harz gebildet.
Das wasserabweisende Garn besteht hauptsächlich aus einer Zusammensetzung von Polyester-Industriefilamenten und vernetztem Polyacrylsäure-Expansionsmaterial.
Das wasserbindende Pulver kann ein superabsorbierendes Harz sein.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass das wasserabweisende Medium 13 eine Kombination aus dem wasserabweisenden Band und dem wasserabweisenden Garn, oder eine Kombination aus dem wasserabweisenden Band und dem wasserabweisenden Klebstoff, oder sogar eine Kombination aus dem wasserabweisenden Klebstoff, dem wasserabweisenden Band und dem wasserabweisenden Garn sein kann.
Aufgrund der unebenen Topographie der Unterwasserwelt haben Unterwasserkabel an verschiedenen Stellen unterschiedliche Tiefen. Daher umfasst das Unterwasserkabel in der vorliegenden Anmeldung entlang einer Längsrichtung des Kerndrahtes 10 einen Tiefwasserabschnitt zur Verlegung in Tiefwasser und einen Flachwasserabschnitt zur Verlegung in flachem Wasser. Der Spalt zwischen verdrillten Kerndrähten 10 in dem Tiefwasserabschnitt und der Spalt zwischen verdrillten Kerndrähten 10 in dem Flachwasserabschnitt sind mit unterschiedlichen wasserabweisenden Medien 13 gefüllt, so dass die Längswasserblockierleistung des Unterwasserkabels in jedem Abschnitt die Anforderungen erfüllen kann, während die Kosten reduziert werden.
Es sollte beachtet werden, dass in der vorliegenden Ausführungsform ein Bereich mit einer Meerwassertiefe von weniger als 500 Metern als Flachwasserbereich definiert ist, und der Teil des Unterwasserkabels in diesem Bereich der Tiefwasserabschnitt ist, wie oben erwähnt; ein Bereich mit einer Meerwassertiefe von mehr als 500 Metern ist als Tiefwasserbereich definiert, und der Teil des Unterwasserkabels in diesem Bereich ist, wie oben erwähnt, der Tiefwasserabschnitt.
Ein Litzenspalt zwischen verdrillten Kerndrähten 10 im Tiefwasserabschnitt wird mit einem wasserabweisenden Klebstoff gefüllt; ein Litzenspalt zwischen verdrillten Kerndrähten 10 im Flachwasserabschnitt wird mit mindestens einem wasserabweisenden Band, einem wasserabweisenden Garn oder einem wasserabweisenden Pulver gefüllt.
2 ist eine Schnittdarstellung eines einadrigen Unterwasserkabels gemäß einer vorliegenden Ausführungsform; 3 ist eine Schnittdarstellung eines dreiadrigen Unterwasserkabels gemäß einer vorliegenden Ausführungsform.
Wie in 2 und 3 gezeigt, umfasst das Unterwasserkabel ferner eine Leiterabschirmschicht 21, die die verdrillten Kerndrähte 10 umwickelt, eine Isolierschicht 22, die die Leiterabschirmschicht 21 umwickelt, eine Isolierabschirmschicht 23, die die Isolierschicht 22 umwickelt, eine Längswasserblockierschicht 24, die die Isolierabschirmschicht 23 umwickelt, einer Metallabschirmschicht 25, die die Längswasserblockierschicht 24 umwickelt, einer nichtmetallischen Mantelschicht 26, die die Metallabschirmschicht 25 umwickelt, einer Füllschicht für die optische Einheit 27, die die nichtmetallische Mantelschicht 26 umwickelt, und einer inneren Bettungsschicht 28, die die Füllschicht 27 für die optische Einheit umwickelt.
Es ist zu bemerken, dass die Leiterabschirmschicht 21, die Isolierschicht 22, die Isolierabschirmschicht 23, die Längswasserblockierschicht 24, die Metallabschirmschicht 25, die nichtmetallische Mantelschicht 26, die Füllschicht 27 für die optische Einheit und die innere Bettungsschicht 28 in radialer Richtung des Kerndrahtes 10 nacheinander von innen nach außen angeordnet sind.
Wie in 2 und 3 gezeigt, ist jede der Leiterabschirmschicht 21, der Isolierabschirmschicht 22, der Isolierabschirmschicht 23, der Längswasserblockierschicht 24, der Metallabschirmschicht 25, der nichtmetallischen Mantelschicht 26, der Füllschicht 27 der optischen Einheit und der inneren Bettungsschicht 28 eine rohrförmige Struktur.
Die Leiterabschirmschicht 21 wird aus halbleitendem Polyethylen oder halbleitendem Polypropylen gebildet, und das halbleitende Polyethylen oder das halbleitende Polypropylen wird außerhalb der Kerndrähte 10 extrudiert, um die Kerndrähte 10 zu umwickeln; oder die Leiterabschirmschicht 21 wird durch eine Kombination aus einem wasserabweisenden Band und einem halbleitenden Polyethylenmaterial oder einer Kombination aus einem wasserabweisenden Band und einem halbleitenden Polypropylenmaterial gebildet, und das wasserabweisende Band wird außerhalb der verdrillten Kerndrähte 10 überlappt.
Die Isolierschicht 22 wird aus vernetztem Polyethylen oder Polypropylen gebildet, das vernetzte Polyethylen oder Polypropylen wird außerhalb der Leiterabschirmschicht 21 extrudiert, um die Leiterabschirmschicht 21 zu umwickeln.
Die Isolierabschirmschicht 23 wird aus halbleitendem Polyethylen oder halbleitendem Polypropylen gebildet, und die Isolierabschirmschicht 23 wird außerhalb der Isolierschicht 22 extrudiert, um die Isolierschicht 22 zu umwickeln.
Die Längswasserblockierschicht 24 wird durch ein halbleitendes wasserabweisendes Band gebildet, und die Längswasserblockierschicht 24 wird außerhalb der Isolierabschirmschicht 23 überlappt, um die Isolierabschirmschicht 23 umzuwickeln.
Die Metallabschirmschicht 25 besteht aus einer Aluminiumlegierung, die außerhalb der Längswasserblockierschicht 24 extrudiert wird, um die Längswasserblockierschicht 24 umzuwickeln; oder die Metallabschirmschicht 25 besteht aus einem Kupferband oder einer Kombination aus einem Kupferdraht und dem Kupferband. Das Kupferband wird außerhalb der Längswasserblockierschicht 24 überlappt, um die Längswasserblockierschicht 24 zu umwickeln, und der Kupferdraht wird um die Längswasserblockierschicht 24 gewickelt.
Die nichtmetallische Mantelschicht 26 besteht aus halbleitendem Polyethylen oder aus isolierendem Polyethylen oder aus einer Kombination aus einem Aluminium-Kunststoff-Verbundband und isolierendem Polyethylen oder aus einer Kombination aus einem Kupfer-Kunststoff-Verbundband und isolierendem Polyethylen. Die nichtmetallische Mantelschicht 26 wird außerhalb der Metallabschirmschicht 25 extrudiert.
Es ist zu bemerken, dass das Isolierpolyethylen eine röhrenförmige Struktur hat und außerhalb der Metallabschirmschicht 25 extrudiert werden kann, um die Metallabschirmschicht 25 zu umwickeln.
Die Ausfüllschicht 27 für die optische Einheit wird durch einen ringförmigen Polyethylenstreifen gebildet.
Die innere Bettungsschicht 28 ist ein Polypropylenseil (PP), das um die Ausfüllschicht 27 der optischen Einheit gewickelt ist.
Es ist zu bemerken, dass der Durchmesser der Ausfüllschicht der optischen Einheit 27 gleich oder ähnlich dem Durchmesser der optischen Einheit 41 ist. Zum Beispiel ist der Durchmesser der Ausfüllschicht 27 der optischen Einheit 2 mm kleiner als der Durchmesser der optischen Einheit 41.
Wie in 2 gezeigt, ist optional eine Panzerschicht 30, die die innere Bettungsschicht 28 umwickelt, weiter enthalten, und die Panzerschicht, die sich im Flachwasserabschnitt befindet, und die Panzerschicht, die sich im Tiefwasserabschnitt befindet, sind beide durch eine Vielzahl von bewehrten Metalldrähten 31 verdrillt. Die Anzahl der bewehrten Metalldrähte 31, die in der Panzerschicht 30 des Tiefwasserabschnitts verwendet werden, übersteigt die Anzahl der bewehrten Metalldrähte 31, die in der Panzerschicht 30 des Flachwasserabschnitts verwendet werden. Durch die obigen Einstellungen kann die Anzahl der bewehrten Metalldrähte 31 reduziert werden, um das Gewicht der Panzerschicht 30 und des Unterwasserkabels zu verringern und auch die Materialkosten der bewehrten Metalldrähte 31 und die Arbeitszeit des Scheibenwechsels für Metalldrähte in einem Produktionsprozess der Panzerschicht 30 zu reduzieren.
Es sollte bemerkt werden, dass die Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften des Unterwasserkabels in Abhängigkeit von der Wassertiefe für die Verlegung des Unterwasserkabels bestimmt werden, um die Anzahl der bewehrten Metalldrähte 31 zu bestimmen, die im Tiefwasserabschnitt und im Flachwasserabschnitt verwendet werden. Bei der Konstruktion kann die Anzahl der bewehrten Metalldrähte 31 in der Panzerschicht 30 bei verschiedenen Meerwassertiefen nach der folgenden Methode berechnet werden.
Es sollte auch bemerkt werden, dass sowohl der Tiefwasserabschnitt als auch der Flachwasserabschnitt aus Bereichen mit unterschiedlichen Wassertiefen bestehen können, so dass das Unterwasserkabel im Tiefwasserabschnitt und das Unterwasserkabel im Flachwasserabschnitt aus mehreren Kabelabschnitten bestehen kann und jeder Kabelabschnitt eine unterschiedliche Anzahl von bewehrten Metalldrähten 31 aufweist.
S101: Bestimmung einer erforderlichen Spannung des Unterwasserkabels.
Zur Ermittlung der erforderlichen Spannung des Unterwasserkabels kann insbesondere die folgende Berechnungsformel verwendet werden:

für L≤500: $F = (1.3 \times L + 40) \times ((M - b \times π \times {(\frac{D}{2})}^{2} \times ρ) \times g)$
für L>500: $F = 1.2 \times L \times (M - b \times π \times {(\frac{D}{2})}^{2} \times ρ) \times g + K$

³

Es ist zu bemerken, dass der Auftriebskoeffizient des Unterwasserkabels von der Menge an Seewasser abhängt, die in das Unterwasserkabel eindringen kann. Wenn es sich bei dem Unterwasserkabel beispielsweise um ein einadriges Unterwasserkabel handelt, liegt der Wertebereich von b bei 0,86~0,9. Handelt es sich bei dem Unterwasserkabel um ein dreiadriges Unterwasserkabel, liegt der Wertebereich von b bei 0,83-0,88. Wenn das Unterwasserkabel nicht geflutet ist, unabhängig davon, ob es sich um ein einadriges Unterwasserkabel oder ein dreiadriges Unterwasserkabel handelt, beträgt der Wert von b: 1.
S102: Berechnung der Anzahl der bewehrten Metalldrähte entsprechend der Spannung.
Insbesondere wird die Anzahl der bewehrten Metalldrähte 31 in Abhängigkeit von der Spannung nach der folgenden Formel berechnet: $N = \frac{4 \times F}{P \times NC \times π \times d^{2}}$
wobei P die Zugfestigkeit des bewehrten Metalldrahtes 31 in kN/mm² ist; d der Durchmesser des bewehrten Metalldrahtes 31 in mm ist; NC die Sicherheitsmarge des bewehrten Metalldrahtes 31 ist; n die Anzahl der bewehrten Metalldrähte 31 ist.
Wenn eine Verlegeroute eines einzelnen Unterwasserkabels verschiedene Wassertiefen umfasst, kann die Anzahl der bewehrten Metalldrähte 31, die in jedem Bereich erforderlich sind, gemäß der obigen Berechnungsmethode berechnet werden, wodurch nicht nur die Zugfestigkeit der Panzerschicht 30 des Unterwasserkabels in jedem Bereich erfüllt werden kann, sondern auch eine Anforderung an die mechanische Leistung in Bezug auf die Wassertiefe für die Verlegung in jedem Bereich erfüllt werden kann, und es der Panzerschicht 30 des Unterwasserkabels ermöglicht wird, eine minimale Anzahl von Metalldrähten zu verwenden, wodurch die Kosten des Unterwasserkabels und das Gewicht des Unterwasserkabels reduziert werden.
In einer besonderen Ausführungsform wird angenommen, dass das Unterwasserkabel eine Spezifikation von 220 kV und 3 × 500 mm² hat, das Gewicht des Unterwasserkabels in der Luft etwa 106 kg/m beträgt, der Außendurchmesser des Unterwasserkabels etwa 245 mm beträgt und der bewehrte Metalldraht 31 ein verzinkter kohlenstoffarmer Stahldraht mit einem Nenndurchmesser von 6 mm ist. Wenn die vorhandene dichte Panzerschicht verwendet wird, werden etwa 112 verzinkte kohlenstoffarme Stahldrähte benötigt. Da die Zugfestigkeit des Stahldrahtes etwa 340 N/mm² beträgt und der Sicherheitsfaktor NC mit 0,25 angenommen wird, beträgt die maximal zulässige Schleppkraft des Unterwasserkabels etwa 300 kN, und die maximale Wassertiefe für die Verlegung des Unterwasserkabels, die den Anforderungen entspricht, kann im Umkehrschluss mit 357 Metern berechnet werden.
Wenn ein gleich armiertes Unterwasserkabel mit 220 kV und 3 × 500 mm² die oben genannte differenzierte Armierungsstruktur annimmt, sind die tatsächlichen Wassertiefen für die Verlegung des Unterwasserkabels L1 =100 m für den Tiefwasserabschnitt und L2=50 m für den Flachwasserabschnitt. Es wird angenommen, dass die Anzahl der gepanzerten Stahldrähte n1=112×100/357=31 im Falle einer Wassertiefe von 100 m ist, dann ist das Gewicht des Unterwasserkabels M=92 kg/m, ein Außendurchmesser ist 246 mm. Da die Panzerschicht 30 bei dieser Ausführungsform mit einer Ummantelung 32 umwickelt ist, beträgt der Wert von b: 1, und die erforderliche Spannung des Unterwasserkabels F=56,7 kN wird nach Formel (1) berechnet.
Dann kann nach Formel (3) berechnet werden, dass die Anzahl der Stahldrähte im Unterwasserkabel $n_{1}^{'} \approx 22,$
also $n_{1}^{'} < n 1,$
dann folgt n2 = 30, anschließend iterative Berechnung wieder nach den obigen Berechnungsschritten bis $n_{i}^{'} = ni$
Durch die obige Berechnungsweise kann berechnet werden, dass bei der Annahme einer differenzierten Panzerstruktur, wenn L1=100m für den Tiefwasserabschnitt, die Anzahl der bewehrten Metalldrähte 31 der Panzerschicht 30 an dieser Position 21 ist und das Gewicht des Unterwasserkabels 90,3 kg/m beträgt; wenn L2=50m für den Flachwasserabschnitt, die Anzahl der bewehrten Metalldrähte 31 der Panzerschicht 30 an dieser Position 10 ist und das Gewicht des Unterwasserkabels 88,1 kg/m beträgt.
Es ist zu bemerken, dass das Material des bewehrten Metalldrahtes 31 im Tiefwasserabschnitt und das Material des bewehrten Metalldrahtes 31 im Flachwasserabschnitt gleich sein können, oder das Material des bewehrten Metalldrahtes 31 im Tiefwasserabschnitt und das Material des bewehrten Metalldrahtes 31 im Flachwasserabschnitt können unterschiedlich sein.
Es sollte auch bemerkt werden, dass die Anzahl der bewehrten Metalldrähte 31 im Tiefwasserabschnitt die Anzahl der bewehrten Metalldrähte 31 im Flachwasserabschnitt übersteigt, so dass die bewehrten Metalldrähte 31, die in der Panzerschicht 30 im Tiefwasserabschnitt verwendet werden, einen ersten Teil und einen zweiten Teil in Bezug auf die Anzahl umfassen. Die Anzahl des ersten Teils entspricht der Anzahl der bewehrten Metalldrähte 31, die in der Panzerschicht 30 im Flachwasserabschnitt verwendet werden, und der Tiefwasserabschnitt und der Flachwasserabschnitt teilen sich die bewehrten Metalldrähte 31 in diesem Teil, wobei die Enden der bewehrten Metalldrähte 31 im zweiten Teil mit den bewehrten Metalldrähten 31 im ersten Teil verschweißt sind.
4 ist eine Schnittdarstellung einer Panzerschicht gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Da die Anzahl der bewehrten Metalldrähte 31 gemäß der Wassertiefe an der Position des Unterwasserkabels bestimmt wird, ist die Anzahl der verwendeten bewehrten Metalldrähte 31 relativ gering, so dass zwischen zwei benachbarten bewehrten Metalldrähten 31 eine Lücke entsteht, wie in 4 gezeigt. Mit anderen Worten, die Panzerschicht umwickelt die innere Bettungsschicht 28 mit mehreren bewehrten Metalldrähten 31 in einer losen Weise.
Unter weiterer Bezugnahme auf 4 umfasst das Unterwasserkabel ferner eine Ummantelung 32. Die Ummantelung 32 ist außerhalb der Panzerschicht 30 extrudiert und teilweise in einen Spalt zwischen zwei benachbarten bewehrten Metalldrähten 31 eingebettet. Die Ummantelung 32 kann keinen Spalt zwischen den bewehrten Metalldrähten 31 bilden, so dass die bewehrten Metalldrähte 31 zusammengedrückt werden. Gleichzeitig kann die Ummantelung 32 die wasserabweisende und korrosionsschützende Wirkung der Panzerschicht 30 verbessern.
Die Ummantelung 32 besteht aus halbleitendem Polyethylen und wird auf die bewehrten Metalldrähte 31 extrudiert, um die bewehrten Metalldrähte 31 umzuwickeln.
Damit sich die vielen lose angeordneten bewehrten Metalldrähte 31 beim Extrudieren der Ummantelung 32 nicht wölben, kann die Spannung der bewehrten Metalldrähte 31 während eines Ummantelungsvorgangs erhöht und ein Wickelband um die bewehrten Metalldrähte 31 gewickelt werden, so dass die bewehrten Metalldrähte 31 fest um die innere Bettungsschicht 28 gewickelt sind, und dann kann das gewickelte Wickelband vor dem Eintritt in den Extruderkopf entfernt werden. Bei dem auf diese Weise verarbeiteten Unterwasserkabel ist das Material der Ummantelung 32 vollständig mit den bewehrten Metalldrähten 31 verbunden, so dass der Spalt zwischen den bewehrten Metalldrähten 31 besser ausgefüllt wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Dicke der Ummantelung 32 größer ist als der Durchmesser des bewehrten Metalldrahtes 31. In Anbetracht der Materialkosten ist es angemessen, dass die Dicke der Ummantelung 32 1 mm bis 2 mm größer ist als der Durchmesser des bewehrten Metalldrahtes 31.
Wie in 2 und 3 gezeigt, sind in einer optionalen Ausführungsform weiterhin eine optische Einheit 41 und eine äußere Auflageschicht 29, die die Panzerschicht 30 umwickelt, enthalten.
Bei der äußeren Auflageschicht 29 handelt es sich um ein um die Panzerschicht 30 gewickeltes Polypropylenseil (PP).
Es sollte bemerkt werden, dass die optische Einheit 41 in die Ausfüllschicht 27 eingebettet ist, wenn es sich bei dem Unterwasserkabel um ein einadriges Unterwasserkabel handelt. Handelt es sich bei dem Unterwasserkabel um ein dreiadriges Unterwasserkabel, so ist die optische Einheit 41 in einer Lücke zwischen den drei Stromkabelkernen angeordnet.
Die optische Einheit 41 umfasst einen optischen Kern und eine schützende Ummantelung, die den optischen Kern umwickelt. Der optische Kern umfasst eine optische Faser, eine Bündelader und eine wasserblockierende Faserpaste, und die Ummantelung aus Polyethylen wird außerhalb des optischen Kerns extrudiert und/oder die bewehrten Metalldrähte werden um den optischen Kern gewickelt.
Bisher wurde die technische Lösung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den gezeigten bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch für den Fachmann leicht zu verstehen, dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung offensichtlich nicht auf diese besonderen Ausführungsformen beschränkt ist. Unter der Voraussetzung, dass nicht vom Prinzip der vorliegenden Erfindung abgewichen wird, kann der Fachmann äquivalente Änderungen oder Substitutionen an den relevanten technischen Merkmalen vornehmen, und die technischen Lösungen nach diesen Änderungen oder Substitutionen werden in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 202111076138 [0001]

Claims

Unterwasserkabel, das eine Vielzahl von miteinander verdrillten Kerndrähten umfasst, wobei jeder der Kerndrähte einen ersten Metalldraht und eine leitende Schicht umfasst, die den ersten Metalldraht umhüllt; wobei eine elektrische Leitfähigkeit der leitenden Schicht größer ist als eine elektrische Leitfähigkeit des ersten Metalldrahtes.
Unterwasserkabel nach Anspruch 1, wobei der erste Metalldraht aus Kupfer oder Aluminium gebildet ist; wobei die leitende Schicht eine Versilberungsschicht ist.
Unterwasserkabel nach Anspruch 1, wobei der erste Metalldraht einen Durchmesser von 2 mm bis 5 mm hat; und die leitende Schicht eine Dicke von 0,01 mm bis 0,003 mm hat.
Unterwasserkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend ein wasserabweisendes Medium, das in einen Litzenspalt zwischen den verdrillten Kerndrähten gefüllt ist.
Unterwasserkabel nach Anspruch 4, wobei das wasserabweisende Medium mindestens ein wasserabweisendes Band, ein wasserabweisendes Garn, ein wasserabweisender Klebstoff oder ein wasserabweisendes Pulver ist.
Unterwasserkabel nach Anspruch 5, wobei das Unterwasserkabel einen Tiefwasserabschnitt zur Platzierung in Tiefwasser und einen Flachwasserabschnitt zur Platzierung in Flachwasser entlang einer Längsrichtung des Kerndrahtes umfasst und ein Litzenspalt zwischen verdrillten Kerndrähten in dem Tiefwasserabschnitt und ein Litzenspalt zwischen verdrillten Kerndrähten in dem Flachwasserabschnitt mit unterschiedlichen wasserabweisenden Medien gefüllt sind.
Unterwasserkabel nach Anspruch 6, wobei ein Litzenspalt des Tiefwasserabschnitts mit dem wasserabweisenden Klebstoff und ein Litzenspalt des Flachwasserabschnitts mit mindestens einem der folgenden Stoffe gefüllt ist: dem wasserabweisenden Band, dem wasserabweisenden Garn oder dem wasserabweisenden Pulver.
Unterwasserkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend eine die verdrillten Kerndrähte umhüllende Leiterabschirmschicht, eine die Leiterabschirmschicht umhüllende Isolierschicht, eine die Isolierschicht umhüllende Isolierabschirmschicht, eine die Isolierabschirmschicht umhüllende Längswasserblockierschicht, eine die längsgerichtete Längswasserblockierschicht umhüllende metallische Abschirmschicht, eine die metallische Abschirmschicht umhüllende nicht-metallische Mantelschicht, eine die nicht-metallische Mantelschicht umhüllende Ausfüllschicht für eine optische Einheit und eine die Ausfüllschicht für die optische Einheit umhüllende innere Einbettungsschicht.
Unterwasserkabel nach Anspruch 8, wobei die Leiterabschirmschicht aus halbleitendem Polyethylen oder halbleitendem Polypropylen gebildet ist und das halbleitende Polyethylen oder das halbleitende Polypropylen außerhalb der verdrillten Kerndrähte extrudiert ist; oder die Leiterabschirmschicht aus einer Kombination aus einem wasserabweisenden Band und halbleitendem Polyethylen oder einer Kombination aus einem wasserabweisenden Band und halbleitendem Polypropylen gebildet ist und das wasserabweisende Band außerhalb der verdrillten Kerndrähte überlappt ist; wobei die Isolierschicht aus vernetztem Polyethylen oder Polypropylen gebildet ist und das vernetzte Polyethylen oder Polypropylen außerhalb der Leiterabschirmschicht extrudiert wird, um die Leiterabschirmschicht zu umhüllen; wobei die Isolierabschirmschicht aus halbleitendem Polyethylen oder halbleitendem Polypropylen gebildet ist und die Isolierabschirmschicht außerhalb der Isolierschicht extrudiert ist, um die Isolierschicht zu umhüllen; wobei die Längswasserblockierschicht durch ein halbleitendes wasserabweisendes Band gebildet wird und die Längswasserblockierschicht außerhalb der Isolierabschirmschicht überlappt wird, um die Isolierabschirmschicht zu umhüllen; wobei die metallische Abschirmschicht durch eine Aluminiumlegierung gebildet wird und die Aluminiumlegierung außerhalb der Längswasserblockierschicht extrudiert wird, um die Längswasserblockierschicht zu umhüllen; oder die metallische Abschirmschicht durch ein Kupferband oder eine Kombination aus einem Kupferdraht und dem Kupferband gebildet wird, das Kupferband außerhalb der Längswasserblockierschicht überlappt wird, um die Längswasserblockierschicht zu umhüllen, und der Kupferdraht um die Längswasserblockierschicht gewickelt wird; wobei die nicht-metallische Mantelschicht aus halbleitendem Polyethylen, Isolierpolyethylen, einer Kombination aus einem Aluminium-Kunststoff-Verbundband und Isolierpolyethylen oder einer Kombination aus einem Kupfer-Kunststoff-Verbundband und Isolierabschirmschicht gebildet ist und die nicht-metallische Mantelschicht außerhalb der metallischen Abschirmschicht extrudiert ist; wobei die Ausfüllschicht für die optische Einheit durch einen ringförmigen Polyethylenstreifen gebildet wird; wobei die innere Bettungsschicht ein Polypropylenseil (PP) ist, das um die Ausfüllschicht der optischen Einheit gewickelt ist.
Unterwasserkabel nach Anspruch 8 oder 9, ferner mit einer die innere Bettungsschicht umhüllenden Panzerungsschicht; das Unterwasserkabel einen Tiefwasserabschnitt zur Verlegung in Tiefwasser und einen Flachwasserabschnitt zur Verlegung in Flachwasser umfasst, wobei der Flachwasserabschnitt und der Flachwasserabschnitt beide durch eine Vielzahl von bewehrten Metalldrähten verdrillt sind, wobei die in der Panzerungsschicht des Tiefwasserabschnitts verwendeten bewehrten Metalldrähte die in der Panzerungsschicht des Flachwasserabschnitts verwendeten bewehrten Metalldrähte in der Anzahl übersteigen.
Unterwasserkabel nach Anspruch 10, ferner mit einer Ummantelung; wobei dieUmmantelung außerhalb der Panzerungsschicht extrudiert und teilweise in einen Spalt zwischen zwei benachbarten bewehrten Metalldrähten eingebettet ist.