CN102420033A - 一种光电复合海底电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电复合电缆，包括轴向设置的光电复合组件，轴向双层重叠绕包在所述光电复合组件外围的阻水层，轴向套接在所述阻水层外围的内衬层，轴向套接在所述内衬层外围的铠装层，以及轴向套接在所述铠装层外围的外被层。本发明所述光电复合电缆，可以克服现有技术中防水性能差、耐腐蚀性能差、抗拉力性能差、成本高与安装敷设难度大等缺陷，以实现防水性能好、耐腐蚀性能好、抗拉力性能好、成本低与安装敷设难度小的优点。

Description

一种光电复合海底电缆

技术领域

本发明涉及电缆，具体地，涉及一种光电复合海底电缆。 

背景技术

随着我国综合国力的不断增强和海洋开发的大力推进以及国防建设的需要，同时沿海人民为了改善环境，提高生产、生活质量，对电力、通讯的需求不断增强，为开发研究生产大长度高压及超高压海底电力光通信复合缆，提供量广阔市场前景。特别是我国浅海不断发现新的油气田，如渤海湾、南海东部及西部去年探明可开采的石油及天然气储存量不断增长，因此，近几年中海石油系统将需要大量的海底电力电缆、海底光电复合海底电缆、平台用电力电缆、控制电缆及信号电缆。目前仍需要进口海底电缆和海底光电复合缆。 

目前，在通信电缆中，海底电缆包括海底通信电缆和海底电力电缆。其中，海底通信电缆主要用于长距离通讯网，如远距离岛屿之间、以及跨海军事设施等较重要场合的通讯业务，费用昂贵，但保密程度高；海底电力电缆的敷设距离比通信电缆的敷设距离短得多，主要用于陆岛之间、横越江河或港湾、从陆上连接钻井平台或钻井平台间的互相连接等，还可以用于水下传输大功率电能，与地下电力电缆的作用等同，只是应用场合和敷设方式不同。 

海底复合缆和海缆主要用途为大陆与海岛间电力输送，海岛间电力传输以及近海石油采油平台工程应用。石油采油平台用海缆，特别是海底复合缆最重要的应用领域之一。与电力传输用海缆相比，石油采油平台用海缆的传输电力负载较轻，但要求很高的运行可靠性。石油采油平台用海缆主要用于： 

(1)采油平台与大陆的电力传输连接，以避免采油平台上安装很重的发 电设备，减少运行维护和油料消耗。 

(2)将几个采油平台连接在一起，以共享余裕的发电量。当形成采油平台环网时，能保证万一电缆或发电装备故障时，有很高的供电可靠性； 

(3)遥控操作海底采油设备或无人采油平台，以大大节省费用。这种遥控海底采油用电缆称为脐带电缆，其特点为具有扭力平衡的双钢丝铠装、有多芯截面较小的电缆，并含有控制电缆、通信电缆或光缆以及输送气体液体的高强度软管。 

一般地，应用海底电力电缆传输电能，无疑要比同样长度的架空电缆昂贵，但比用小而孤立的发电站作地区性发电更经济，在近海地区应用好处更多；在岛屿和河流较多的国家，此种电缆应用较广泛。 

在实际应用中，由于海底电缆工程被世界各国公认为复杂困难的大型工程，从环境探测与海洋物理调查，以及海底电缆的设计、制造和安装，都需要应用较为复杂的技术，因而海底电缆的制造厂家在世界上为数不多，主要有挪威、丹麦、日本、加拿大、美国、英国、法国和意大利等国家，这些国家除制造外还提供敷设技术。 

另外，由于海底电缆的使用场合比较特殊，环境比较恶劣，对防水性能、耐腐蚀性能与抗拉力水平等性能的要求均较高。所以，我国应用大截面的海底电力电缆时，仍然需要进口。 

但是，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在防水性能差、耐腐蚀性能差、抗拉力性能差、成本高与安装敷设难度大等缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种光电复合海底电缆，以实现防水性能好、耐腐蚀性能好、抗拉力性能好、成本低与安装敷设难度小的优点。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光电复合海底电缆，包括轴向设置的光电复合组件，轴向双层重叠绕包在所述光电复合组件外围的阻水层，轴向套接在所述阻水层外围的内衬层，轴向套接在所述内衬层外围的铠装层，以及轴向套接在所述铠装层外围的外被层。 

进一步地，所述光电复合组件包括三芯电缆，在所述三芯电缆成缆绞合的过程中加入光缆，所述光缆位于三芯电缆成缆后的夹角位置，在三芯电缆与阻水层之间填充有填充层；其中：所述三芯电缆包括轴对称外切设置的第一电缆单元、第二电缆单元与第三电缆单元，所述光缆包括第一光缆单元与第二光缆单元；所述第一光缆单元，远离所述第二电缆单元、且与第一电缆单元及第三电缆单元外切设置；所述第二光缆单元，远离所述第一电缆单元、且与第二电缆单元及第三电缆单元外切设置。 

进一步地，所述第一电缆单元与第三电缆单元的结构相同，其中：所述第一电缆单元包括轴向设置的导体，轴向套接在所述导体外围的导体屏蔽层，轴向套接在所述导体屏蔽层外围的绝缘层，轴向套接在所述绝缘层外围的绝缘体屏蔽层，轴向套接在所述绝缘体屏蔽层外围的金属屏蔽层，轴向套接在所述金属屏蔽层外围的半导体阻水带，以及轴向套接在所述半导体阻水带外围的综合防水层。 

进一步地，所述第二电缆单元包括轴向设置的导体，轴向套接在所述导体外围的导体屏蔽层，轴向套接在所述导体屏蔽层外围的绝缘层，轴向套接在所述绝缘层外围的绝缘体屏蔽层，轴向重叠绕包在所述绝缘体屏蔽层外围的半导体阻水带，轴向套接在所述半导体阻水带外围的综合防水层，轴向套接在所述综合防水层外围的内护套。 

进一步地，所述铠装层为镀锌钢丝，所述镀锌钢丝的铠装方向与第一电缆单元至第三电缆单元的成缆方向相反；在所述镀锌钢丝的外表面涂覆有电缆用沥青。 

进一步地，所述外被层包括绕包在铠装层外围的PP绳，以及涂覆在所述PP绳外表面的沥青防水层。 

进一步地，在所述第一电缆单元至第三电缆单元的外表面，涂覆有多层沥青防腐层；所述填充层包括非吸湿性阻水材料。 

进一步地，所述导体为多层铜芯导体，在每层铜芯导体绞合时纵向包覆阻水带，在每层导体芯部绞入阻水纱；所述阻水带通过阻水绳扎紧，所述阻水纱均匀分布在每层导体的中心线周围。 

进一步地，所述综合防水层包括重叠纵包在半导体阻水带外围的铝塑复 合带，以及挤包在所述铝塑复合带外围的高密度聚乙烯HDPE，所述铝塑复合带与HDPE紧密粘合。 

进一步地，所述绝缘层为防水树型交联聚乙烯绝缘料，所述金属屏蔽层为退火软铜。 

本发明各实施例的光电复合海底电缆，由于包括轴向设置的光电复合组件，轴向双层重叠绕包在光电复合组件外围的阻水层，轴向套接在阻水层外围的内衬层，轴向套接在内衬层外围的铠装层，以及轴向套接在铠装层外围的外被层；光电复合组件可以将电力电缆与光纤光缆进行良好结合，有利于节约大量能源和原材料，减少工程造价，并减少非常复杂的安装敷设时间和费用； 阻水层可以提高光电复合海底电缆的防水性能，通过铠装层提高光电复合海底电缆的抗拉力性能，通过内衬层与外被层提高光电复合组件的耐腐蚀性能；从而可以克服现有技术中防水性能差、耐腐蚀性能差、抗拉力性能差、成本高与安装敷设难度大的缺陷，以实现防水性能好、耐腐蚀性能好、抗拉力性能好、成本低与安装敷设难度小的优点。 

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中： 

图1为根据本发明光电复合海底电缆的横截面的结构示意图。 

结合附图，本发明实施例中附图标记 如下： 

1-导体；2-导体屏蔽层；3-绝缘层；4-绝缘体屏蔽层；5-金属屏蔽层；6-半导体阻水带；7-综合防水层；8-内护套；9-填充层；10-阻水层；11-内衬层；12-铠装层；13-外被层；14-光缆单元。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。 

根据本发明实施例，提供了一种光电复合海底电缆。如图1所示，本实施例包括轴向设置的光电复合组件，轴向双层重叠绕包在光电复合组件外围的阳水层10，轴向套接在阳水层10外围的内衬层11，轴向套接在内衬层11外围的铠装层12，以及轴向套接在铠装层12外围的外被层13。 

其中，上述铠装层12可以为镀锌钢丝，在镀锌钢丝的外表面涂覆有电缆用沥青；外被层13包括绕包在铠装层外围的丙纶(PP)绳，以及涂覆在PP绳外表面的沥青防水层。 

这里，采用抗拉性能好的镀锌钢丝，作为光电复合海底电缆的抗拉介质，有利于保证光电复合海底电缆在受到外力的作用时，光电复合海底电缆绝缘本身不受力。另外，也可以用一般磁性钢丝作为铠装层。 

进一步地，在上述实施例中，上述光电复合组件包括三芯电缆，在三芯电缆成缆绞合的过程中加入光缆，光缆位于三芯电缆成缆后的夹角位置，在三芯电缆与阻水层10之间填充有填充层9；其中：三芯电缆包括轴对称外切设置的第一电缆单元、第二电缆单元与第三电缆单元，光缆包括第一光缆单元(如光缆单元14)与第二光缆单元；第一光缆单元，远离第二电缆单元、且与第一电缆单元及第三电缆单元外切设置；第二光缆单元，远离第一电缆单元、且与第二电缆单元及第三电缆单元外切设置。 

其中，上述填充层9可以包括非吸湿性阻水材料，以保证光电复合海底电缆的阻水效果；镀锌钢丝的铠装方向与第一电缆单元至第三电缆单元的成缆方向相反。 

这里，三芯电缆成缆过程中，应注意保护电缆内护层不被损坏，成缆用模具使用硬质木材，防止划伤电缆；三芯电缆成缆完以后，为达到更好的阻水效果，可以在三芯电缆外绕包阻水带，阻水带可以采用双层重叠绕包。三芯电缆由于安装敷设方便，当外被层13(可以为金属套)和铠装层12(可以为镀锌钢丝)两端接地时，产生的环流小，外被层13和铠装层12的损耗低。 

另外，由于海水和和海底的物质具有比较强的腐蚀性能，为了保证光电 复合海底电缆的耐腐蚀性能，可以在上述第一电缆单元至第三电缆单元的外表面，涂覆有多层(如三层)沥青防腐层。 

具体地，在上述实施例中，上述第一电缆单元与第三电缆单元的结构相同，其中：第一电缆单元包括轴向设置的导体1，轴向套接在导体1外围的导体屏蔽层2，轴向套接在导体屏蔽层2外围的绝缘层3，轴向套接在绝缘层3外围的绝缘体屏蔽层4，轴向套接在绝缘体屏蔽层4外围的金属屏蔽层5，轴向套接在金属屏蔽层5外围的半导体阻水带6，以及轴向套接在半导体阻水带6外围的综合防水层7。 

这里，金属屏蔽层5可以为退火软铜，退火软铜的铜带绕包均匀，绕包后的张力能满足以后电缆运行时的热膨胀。为了保证电缆的阻水效果，可以在金属屏蔽层5的外围，采用重叠绕包方式，绕包一层阻水带。 

在上述实施例中，绝缘层3、绝缘体屏蔽层4与金属屏蔽层5，以内屏、绝缘与外屏的三层共挤方式同时挤出，形成三层共挤绝缘。其中，绝缘材料可以采用防水树绝缘料，内屏材料与外屏材料可以采用不可剥离的屏蔽料，以保证内屏材料及外屏材料与绝缘材料之间的良好接触。 

上述第二电缆单元包括轴向设置的导体1，轴向套接在导体1外围的导体屏蔽层2，轴向套接在导体屏蔽层2外围的绝缘层3，轴向套接在绝缘层3外围的绝缘体屏蔽层4，轴向重叠绕包在绝缘体屏蔽层4外围的半导体阻水带6，轴向套接在半导体阻水带6外围的综合防水层7，轴向套接在综合防水层7外围的内护套8。 

其中，上述导体1为多层铜芯导体，在每层铜芯导体绞合时纵向包覆阻水带，在每层导体芯部绞入阻水纱，以实现导体的纵向防水性能；阻水带通过阻水绳扎紧，阻水纱均匀分布在每层导体的中心线周围。 

这里，导体可以采用紧压圆形导体结构，以层层紧压方式，在拉拔时采用去屑装置及时清除拉拔过程中产生的铜屑，使得导体1表面光滑无油污、无毛刺。导体1内层纵向包覆阻水带，阻水带可以采用重叠纵向包覆，阻水带外用阻水绳扎紧，保证阻水带在紧压时不发生变形；导体1的芯线采用纵向随导体同步进入 阻水纱，阻水纱均匀分布在中心线周围。 

综合防水层7包括重叠纵包在半导体阻水带外围的铝塑复合带，以及挤 包在铝塑复合带外围的高密度聚乙烯(即HDPE)，铝塑复合带与HDPE紧密粘合；有利于保证光电复合海底电缆长期运行时径向的可靠防水，以克服铅套防水层抗蠕变性能差等缺陷。 

具体地，铝塑复合带可以采用纵包方式，重叠不小于10mm，压纹深度1-2mm；可以使用吹塑焊枪持续向铝塑复合带的重叠部分吹热气，使铝塑复合带表面的塑料层融化，并通过模具紧压，使铝塑复合带的重叠部位粘合在一起；同时，可以在铝塑复合带的外表面挤包一层高密度聚乙烯，通过铝塑复合带表面的塑料，可以使铝塑复合带和HDPE紧密粘合，从而起到防水作用。 

绝缘层3为防水树型交联聚乙烯绝缘料，有利于降低光电复合海底电缆在长期的运行过程中发生水树的可能性。 

上述实施例的光电复合海底电缆，主要用于大陆与海岛、海岛与海岛、大陆与海洋石平台、石油平台与石油平台之间传输强大的电能和传输光通信信号用；该光电复合海底电缆可以实现电力电缆和光纤光缆的良好结合，能节约大量能源和原材料，有利于大大减少工程造价、以及减少非常复杂的安装敷设时间和费用。 

对上述各实施例的光电复合海底电缆，进行电缆全性能试验和检测(包括电缆透水试验、抗拉力卷绕试验与耐腐蚀试验等)，均满足设计指标要求。同时，将该光电复 合海底电缆送国家电线电缆质量监督检验测试中心进行型式试验，试验指标满足设计要求。 

上述各实施例的光电复合海底电缆，与现有技术相比，具有以下优点： 

(1)综合防水层(也叫径向防水层)没有采用生产工艺相对要求较高的铅套，而是采用铝塑复合带纵包外同时挤包高密度PE的办法；有利于解决铝套抗蠕变性能不好的特点；同时光电复合海底电缆的防水性能也得到提高，生产工艺较简单，对设备要求不高，对环境没有危害； 

(2)相比现有海缆，光电复合海底电缆增加了一层挤包的内护套，使单芯电缆和铠装层之间有一层绝缘层，使铠装层和铝塑复合带之间隔离，有利于加强光电复合海底电缆的防水性能。 

综上所述，本发明各实施例的光电复合海底电缆，由于包括轴向设置的 光电复合组件，轴向双层重叠绕包在光电复合组件外围的阻水层，轴向套接在阻水层外围的内衬层，轴向套接在内衬层外围的铠装层，以及轴向套接在铠装层外围的外被层；光电复合组件可以将电力电缆与光纤光缆进行良好结合，有利于节约大量能源和原材料，减少工程造价，并减少非常复杂的安装敷设时间和费用；阻水层可以提高光电复合海底电缆的防水性能，通过铠装层提高光电复合海底电缆的抗拉力性能，通过内衬层与外被层提高光电复合组件的耐腐蚀性能；从而可以克服现有技术中防水性能差、耐腐蚀性能差、抗拉力性能差、成本高与安装敷设难度大的缺陷，以实现防水性能好、耐腐蚀性能好、抗拉力性能好、成本低与安装敷设难度小的优点。 

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种光电复合海底电缆，其特征在于，包括轴向设置的光电复合组件，轴向双层重叠绕包在所述光电复合组件外围的阻水层，轴向套接在所述阻水层外围的内衬层，轴向套接在所述内衬层外围的铠装层，以及轴向套接在所述铠装层外围的外被层。

2.根据权利要求1所述的光电复合海底电缆，其特征在于，所述光电复合组件包括三芯电缆，在所述三芯电缆成缆绞合的过程中加入光缆，所述光缆位于三芯电缆成缆后的夹角位置，在三芯电缆与阻水层之间填充有填充层；其中：

所述三芯电缆包括轴对称外切设置的第一电缆单元、第二电缆单元与第三电缆单元，所述光缆包括第一光缆单元与第二光缆单元；

所述第一光缆单元，远离所述第二电缆单元、且与第一电缆单元及第三电缆单元外切设置；

所述第二光缆单元，远离所述第一电缆单元、且与第二电缆单元及第三电缆单元外切设置。

3.根据权利要求2所述的光电复合海底电缆，其特征在于，所述第一电缆单元与第三电缆单元的结构相同，其中：

所述第一电缆单元包括轴向设置的导体，轴向套接在所述导体外围的导体屏蔽层，轴向套接在所述导体屏蔽层外围的绝缘层，轴向套接在所述绝缘层外围的绝缘体屏蔽层，轴向套接在所述绝缘体屏蔽层外围的金属屏蔽层，轴向套接在所述金属屏蔽层外围的半导体阻水带，以及轴向套接在所述半导体阻水带外围的综合防水层。

4.根据权利要求2或3所述的光电复合海底电缆，其特征在于，所述第二电缆单元包括轴向设置的导体，轴向套接在所述导体外围的导体屏蔽层，轴向套接在所述导体屏蔽层外围的绝缘层，轴向套接在所述绝缘层外围的绝缘体屏蔽层，轴向重叠绕包在所述绝缘体屏蔽层外围的半导体阻水带，轴向套接在所述半导体阻水带外围的综合防水层，轴向套接在所述综合防水层外围的内护套。 

5.根据权利要求1所述的光电复合海底电缆，其特征在于，所述铠装层为镀锌钢丝，所述镀锌钢丝的铠装方向与第一电缆单元至第三电缆单元的成缆方向相反；在所述镀锌钢丝的外表面涂覆有电缆用沥青。

6.根据权利要求1所述的光电复合海底电缆，其特征在于，所述外被层包括绕包在铠装层外围的PP绳，以及涂覆在所述PP绳外表面的沥青防水层。

7.根据权利要求2所述的光电复合海底电缆，其特征在于，在所述第一电缆单元至第三电缆单元的外表面，涂覆有多层沥青防腐层；所述填充层包括非吸湿性阻水材料。

8.根据权利要求4所述的光电复合海底电缆，其特征在于，所述导体为多层铜芯导体，在每层铜芯导体绞合时纵向包覆阻水带，在每层导体芯部绞入阻水纱；所述阻水带通过阻水绳扎紧，所述阻水纱均匀分布在每层导体的中心线周围。

9.根据权利要求4所述的光电复合海底电缆，其特征在于，所述综合防水层包括重叠纵包在半导体阻水带外围的铝塑复合带，以及挤包在所述铝塑复合带外围的高密度聚乙烯HDPE，所述铝塑复合带与HDPE紧密粘合。

10.根据权利要求4所述的光电复合海底电缆，其特征在于，所述绝缘层为防水树型交联聚乙烯绝缘料，所述金属屏蔽层为退火软铜。 

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