CN103123825A

CN103123825A - 高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆

Info

Publication number: CN103123825A
Application number: CN2013100940722A
Authority: CN
Inventors: 杨黎明; 朱智恩; 杨荣凯; 杨迎建; 杜忠东; 徐林华
Original assignee: Nanjing NARI Group Corp; State Grid Electric Power Research Institute
Current assignee: STATE GRID WUHAN HIGH VOLTAGE Research Institute; NARI Group Corp
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: CN103123825B

Abstract

本发明公开了一种高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆，该电缆的中心为阻水导体，阻水导体外依次包覆有半导电绕包带、挤出内屏蔽层、挤出绝缘层、挤出外屏蔽层、第一缓冲阻水层、第二缓冲阻水层、金属套、挤压内护套、挤塑钢丝和挤出外护套；在缓冲阻水层之间放置有光纤。本发明的绝缘层克服了传统电缆绝缘料由于空间电荷积聚而导致的电场畸变甚至击穿；选用机械强度和疲劳强度等物理性能优良的铜套，保证了其安全、可靠运行，还克服了传统海缆使用铅套引发的重金属污染问题；通过在内护套上绕包挤塑钢丝和挤出外护套，避免了传统海缆在裸钢丝表面涂覆沥青绕包塑料绳作为钢丝防腐层而造成的环境污染。

Description

高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆

技术领域

本发明涉及一种适用于海底用的直流电缆，尤其是一种柔性直流输电用光纤复合挤出绝缘海底电缆。

背景技术

1997年，世界上第一条柔性直流电缆投入运行，供应商为ABB公司。随着技术的进步，运行的电压等级不断提高，目前国外已商业运行柔性直流电缆的电压等级为200 kV，ABB公司已在实验室完成320 kV电缆的型式试验。中国输电电缆多为交流挤出绝缘电缆，仅在上海运行了一回低压（30 kV及以下）柔性直流挤出绝缘陆地电缆，而中压（30 kV以上到150 kV）、高压（150 kV以上到250 kV）和超高压（250 kV以上到500 kV）的柔性直流挤出绝缘海底电缆还未曾使用。

在中国，中压及以上的电缆导体最常用的材料为铜。铜导电性能优良，达到100 IACS%。另外，其化学性能稳定，耐氧化性能，防腐性能优异，机械强度大。但铜的价格较为昂贵，一般为铝价格的3~4倍。

传统的直流电缆，其绝缘部分多采用油纸绝缘结构，即在导体的半导电纸外面绕包长条的电缆纸，绕包纸之间的空气隙采用绝缘油填充。填充形式有两种，一种为粘性绝缘油浸渍，叫直流油浸纸绝缘电缆，另一种为低粘度绝缘油通入中空导体，施加一定的油压，叫直流充油电缆。油纸绝缘结构的直流电缆，其绝缘电阻不是特别高，故在绝缘中不存在空间电荷。但绝缘油泄漏后，不容易分解，污染环境，而且电缆纸为上等木材制成，需要消耗森林资源。

由于油纸绝缘电缆存在不绿色、不环保的缺点，因此，开发了挤出交联聚乙烯绝缘电缆。挤出绝缘电缆克服了油纸绝缘电缆在绿色和环保方面存在的问题，已经大量使用在交流电网中。

挤出绝缘电缆的绝缘电阻特别高，绝缘体中的空间电荷不易泄放，如果直接使用到直流电网中，空间电荷畸变电缆绝缘中的电场分布，引起电场集中，容易造成电缆绝缘击穿。目前，世界上已有商品化供应的直流交联料，其工作温度较低为70 ℃，低于现有交流挤出绝缘电缆工作温度90 ℃。因此，相同电压相同导体截面情况下，其载流量比工作温度为90 ℃的电缆要小得多，这样造成输电容量小很多。

在直流电缆运行中，半导体屏蔽层与绝缘层界面的接触有否突起，极大地影响了电缆绝缘水平，乃至整个电缆的绝缘寿命。已有的知识表明，绝缘层与半导体屏蔽层之间由于突起而引起电场集中产生电树枝老化，半导电突起还容易产生空间电荷注入绝缘。

一般的海底电缆采用铅套，但铅是重金属，且其机械强度和疲劳强度不高，运行中容易开裂。有时在电缆结构上还需绕包金属带加强它，这样造成电缆结构的复杂程度提高和成本上升。

为了增加海底电缆在敷设时的轴向拉力，通常在电缆金属套外面敷设一层或二层钢丝，为解决钢丝在海水中的防腐蚀问题，通常是在裸钢丝外涂覆沥青绕包麻绳或者塑料绳，沥青造成生产车间污染而且影响生产人员身体健康，还会污染运输船只及相关环境。

发明内容

针对现有技术中电缆存在的不足，本发明的目的是提供一种用于高压和超高压的柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆，可以降低电缆成本，能够提高电缆绝缘层的击穿强度和工作温度，避免传统海缆铅套易发生机械破坏、重金属污染等问题，防止传统电缆由于绕包沥青麻绳或者沥青塑料绳作为钢丝防腐而造成的生产现场和相关环境污染。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆，该电缆的中心为阻水导体，所述阻水导体外依次包覆有半导电绕包带、挤出内屏蔽层、挤出绝缘层、挤出外屏蔽层、第一缓冲阻水层、第二缓冲阻水层、金属套、挤压内护套、第一层挤塑钢丝和/或第二层挤塑钢丝、标识色带和挤出外护套；在所述第一缓冲阻水层和第二缓冲阻水层之间还放置有不锈钢管保护的光纤。

所述半导电绕包带的厚度为（0.10～0.36）mm；所述挤出内屏蔽层厚度为（1.0～2.0）mm；所述挤出绝缘层厚度为（10.6～30.0）mm；所述挤出外屏蔽层厚度为（0.6～1.5）mm；所述第一缓冲阻水层、第二缓冲阻水层的厚度各为（1～3）mm；所述金属套厚度为（0.5～3.8）mm；所述挤压内护套厚度为（2～5）mm；所述第一层挤塑钢丝和/或第二层挤塑钢丝，钢丝直径为（4～8）mm，挤塑厚度为（1～2）mm；所述挤出外护套厚度为（4～7）mm。

进一步地，阻水导体由多根导线组成，排列成圆柱状，在导线的间隙中填充有阻水材料，导线材料为纯铝或者电缆导体专用铝合金或者铜；金属套采用皱纹铜套；挤塑钢丝的钢丝为镀锌钢丝，塑料为HDPE或半导电材料；挤出绝缘层采用经超净处理的聚乙烯基料、交联剂和空间电荷抑制剂的混合物，工作温度达90℃；挤出内屏蔽层和挤出外屏蔽层均使用超光滑半导电交联料；内护套为PE或者半导电材料；外护套采用PE材料；在挤压内护套和挤出外护套外表均设有印字，且在外层挤塑钢丝的钢丝之间还设有不同颜色塑料钢丝作为标识色带。光纤采用多模或单模或两者的组合，用于电缆状态监测、保护信息传送和通讯。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：（1）通过选用纯铝或电缆导体专用铝合金作为导体，添加阻水材料，能减轻电缆重量，较大地降低了电缆造价；（2）绝缘层使用添加空间电荷抑制剂的超净料，且最大工作温度达到90℃，克服了传统电缆绝缘料由于空间电荷积聚而导致的电场畸变甚至击穿，且载流量比70℃直流电缆料大许多；（3）通过使用超光滑半导电料，有效地防止了绝缘层与半导体屏蔽层间由于突起而引起电场集中产生电树枝老化，还抑制了半导电突起产生空间电荷注入绝缘的情况；（4）采用铜套从而提高金属套的机械强度和疲劳强度等物理性能，避免了运行中的机械破坏，防止了铅引发的重金属污染问题；（5）通过在内护套上绕包挤塑钢丝和挤出外护套，防止了传统海缆在裸钢丝表面绕包沥青麻绳或者沥青塑料绳作为钢丝防腐和保护而造成的环境污染。

附图说明

图1是本发明海底电缆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1和实施例对本发明做进一步详细地说明。

如图1所示，柔性直流输电用光纤复合挤出绝缘海底电缆的结构由内到外，依次为：阻水导体11、半导电特多龙绕包带12、半导电内屏蔽13、挤出绝缘层14、半导电外屏蔽15、第一缓冲阻水层16、不锈钢管光纤17、第二缓冲阻水层18、皱纹金属套19、挤压内护套110、印字111、第一层挤塑钢丝112、第二层挤塑钢丝113、标识色带114、挤出外护套115和印字116。本发明的绝缘材料将PE基料添加空间电荷抑制剂等，PE基料超净化处理除去杂质，能有效地抑制绝缘中空间电荷的积聚，提高电缆绝缘寿命。柔性直流电缆的挤出内屏蔽及外屏蔽均使用超光滑半导电交联料，防止了由于突起而引起的电场集中和空间电荷注入绝缘。金属套选用机械强度和疲劳强度等物理性能优良的铜套，保证了其安全、可靠运行，克服了传统海缆使用的铅套引发的重金属污染问题。为了增加海底电缆在敷设时的轴向拉力，在内护套上绕包一层或者两层挤塑钢丝和挤出外护套，防止了传统海缆通过绕包沥青麻绳或者沥青塑料绳作为钢丝防腐和保护而造成的环境污染。

实施例1

本实施例为额定电压±320 kV柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆。

（1）阻水导体11，材料为纯铝，截面积为1400 mm²，采用绞合圆形紧压导体结构或者分割导体结构，导线间隙填充阻水材料；

（2）半导电特多龙绕包带12，厚度0.18 mm；

（3）半导电内屏蔽13，厚度1.5 mm；

（4）挤出绝缘层14为添加空间电荷抑制剂的超净PE交联料，工作温度90℃，介电常数为2.3，直流击穿场强大于45 kV/mm，绝缘层厚度（22～24）mm；超净PE交联料与空间电荷抑制剂的混合物通过熔融混合方法制成；

（5）半导电外屏蔽15，厚度1.2 mm；

（6）第一缓冲阻水层16，材料为半导电缓冲阻水带，厚度（2～3）mm；

（7）不锈钢管光纤17，光纤根数适量；

（8）第二缓冲阻水层18，材料为半导电缓冲阻水带，厚度（2～3）mm；

（9）皱纹金属套19，材料为铜，厚度为0.8 mm；

（10）挤压内护套110，材料为PE，厚度4.1 mm；

（11）印字111，采用凸印或者白色喷墨印字；

（12）第一层挤塑钢丝112，钢丝为镀锌钢丝，塑料为HDPE，颜色为黑色，钢丝直径为6 mm，挤塑厚度为1 mm；

（13）第二层挤塑钢丝113，钢丝为镀锌钢丝，塑料为HDPE，颜色为黄色，钢丝直径为6 mm，挤塑厚度为1 mm；

（14）标识色带114，颜色为黑色或者黄色；

（15）挤出外护套115，材料为PE，厚度6 mm；

（16）印字116，采用凸印或者白色喷墨印字。

实施例2

本实施例为额定电压±200 kV柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆。

（1）阻水导体11，材料为电缆导体专用铝合金或者铜，截面积为1000 mm²，采用绞合圆形紧压导体结构，导线间隙填充阻水材料；

（2）半导电特多龙绕包带12，厚度0.18 mm；

（3）半导电内屏蔽13，厚度1.5 mm；

（4）挤出绝缘层14为添加空间电荷抑制剂的超净PE交联料，工作温度90℃，介电常数为2.3，直流击穿场强大于45 kV/mm，绝缘层厚度（12～14）mm；超净PE交联料与空间电荷抑制剂的混合物通过熔融混合方法制成；

（5）半导电外屏蔽15，厚度1 mm；

（6）第一缓冲阻水层16，材料为半导电缓冲阻水带，厚度（1.5～2.5）mm；

（7）不锈钢管光纤17，光纤根数适量；

（8）第二缓冲阻水层18，材料为半导电缓冲阻水带，厚度（1.5～2.5）mm；

（9）皱纹金属套19，材料为铜，厚度为0.7 mm；

（10）挤压内护套110，材料为PE，厚度3.2 mm；

（11）印字111，采用凸印或者白色喷墨印字；

（12）第一层挤塑钢丝112，钢丝为镀锌钢丝，塑料为HDPE，颜色为黑色，钢丝直径为5 mm，挤塑厚度为1.5 mm；

（13）第二层挤塑钢丝113，钢丝为镀锌钢丝，塑料为HDPE，颜色为黄色，钢丝直径为5 mm，挤塑厚度为1.5 mm；

（14）标识色带114，颜色为黑色或者黄色；

（15）挤出外护套115，材料为PE，厚度5 mm；

（16）印字116，采用凸印或者白色喷墨印字。

实施例3

本实施例为额定电压±160 kV柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆。

（1）阻水导体11，材料为铜，截面积为500 mm²，采用绞合圆形紧压导体结构，导线间隙填充阻水材料；

（2）半导电尼龙绕包带12，厚度0.1 mm；

（3）半导电内屏蔽13，厚度（1.2～1.5）mm；

（4）挤出绝缘层14为添加空间电荷抑制剂的超净PE交联料，工作温度90℃，介电常数为2.3，直流击穿场强大于45 kV/mm，绝缘层厚度（11～13）mm；超净PE交联料与空间电荷抑制剂的混合物通过熔融混合方法制成；

（5）半导电外屏蔽15，厚度1 mm；

（6）第一缓冲阻水层16，材料为半导电缓冲阻水带，厚度（1～2）mm；

（7）不锈钢管光纤17，光纤根数适量；

（8）第二缓冲阻水层18，材料为半导电缓冲阻水带，厚度（1～2）mm；

（9）皱纹金属套19，材料为铜，厚度为0.6 mm；

（10）挤压内护套110，材料为PE，厚度2.9 mm；

（11）印字111，采用凸印或者白色喷墨印字；

（14）标识色带114，颜色为黑色或者黄色；

（15）挤出外护套115，材料为PE，厚度4.5 mm；

（16）印字116，采用凸印或者白色喷墨印字。

Claims

1.高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆，其特征在于，该电缆的中心为阻水导体，所述阻水导体外依次包覆有半导电绕包带、挤出内屏蔽层、挤出绝缘层、挤出外屏蔽层、第一缓冲阻水层、第二缓冲阻水层、金属套、挤压内护套、挤塑钢丝和挤出外护套；在所述第一缓冲阻水层和第二缓冲阻水层之间还放置有不锈钢管保护的光纤。

2.根据权利要求1所述的高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆，其特征在于，所述半导电绕包带的厚度为0.10 mm～0.36 mm；所述挤出内屏蔽层厚度为1.0 mm～2.0 mm；所述挤出绝缘层厚度为10.6 mm～30.0 mm；所述挤出外屏蔽层厚度为0.6 mm～1.5 mm；所述第一缓冲阻水层、第二缓冲阻水层的厚度各为1 mm～3 mm；所述金属套厚度为0.5 mm～3.8 mm；所述挤压内护套厚度为2 mm～5 mm；所述挤塑钢丝的钢丝直径为4 mm～8 mm，挤塑厚度为1 mm～2 mm；所述挤出外护套厚度为4 mm～7 mm。

3.根据权利要求2所述的高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆，其特征在于，所述挤塑钢丝采用一层或者两层。

4.根据权利要求1、2或3所述的高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆，其特征在于，所述阻水导体由多根导线组成，排列成圆柱状，在导线的间隙中填充有阻水材料，导线材料为纯铝或者电缆导体专用铝合金或者铜；所述金属套采用皱纹铜套；所述挤塑钢丝的钢丝为镀锌钢丝，塑料为HDPE或者半导电材料；所述挤出绝缘层采用经超净处理过的聚乙烯基料、交联剂和空间电荷抑制剂的混合物，工作温度达90 ℃；所述挤出内屏蔽层和挤出外屏蔽层均使用超光滑半导电交联料；所述内护套为PE或者半导电材料；所述的外护套采用PE材料。

5.根据权利要求1所述的高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆，其特征在于，所述光纤为多模和/或单模。

6.根据权利要求1所述的高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆，其特征在于，在所述挤压内护套和挤出外护套外表均设有印字，且在挤塑钢丝的钢丝之间还设有不同颜色塑料钢丝作为标识色带。