CN104145388B - 包括电力电缆的两段的接头及接合电力电缆的两段的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括电力电缆的两段的接头，每个电缆段均包括至少一个芯构件，该芯构件被第一铠装层(10)包围，以保护芯构件免遭受作用在电缆上的张力，第一铠装层包括多根铠装线，所述多根铠装线沿电缆段长度设置并且在关于电缆的纵向方向的第一方向上扭曲。该接头包括至少一个位于电缆段的芯构件之间的芯接头，以及包围至少一个主接头并且机械连接至电缆段的第一铠装层的外部机械套管(13)，以及第二铠装层(11)，该第二铠装层定位于与套管相邻的区域中、包围电缆段中的至少一个电缆段，并且具有机械连接至套管的一端和终止于距套管的一定距离处的另一端；并且第二铠装层包括多个细长形铠装元件(11b)，所述多个细长形铠装元件在关于电缆的纵向轴线与第一铠装层的线相反的方向上扭曲缠绕，以便增加与套管相邻的区域的抗扭刚度。本发明还涉及一种用于接合两电缆段的方法。

Description

包括电力电缆的两段的接头及接合电力电缆的两段的方法
技术领域
本发明涉及包括电力电缆的两段的接头，每一电缆段均包括至少一个芯构件，所述芯构件被铠装层包围以保护该芯构件免遭受作用在电缆上的力。
本发明还涉及一种用于接合电力电缆的两段的方法。本发明还涉及使用根据本发明所述的方法接合三相海底电缆。具体地，本发明涉及一种高压电力电缆，其中高电压是指高于1千伏的电压。
背景技术
海底电力电缆铺设在海底，并且常常延伸很长的距离。由于距离长，一根或多根的电缆必须被接合在一起以提供具有合适长度的电缆。电缆的接合是在铺设电缆期间在船上完成的。此外，有时电缆必须被维修，并且在维修期间，电缆段必须被接合在一起。电缆的维修也是在船上进行的。
三相高压海底电缆包括三个芯构件。每个芯构件均包括用绝缘材料包围的导体和外部保护板。芯构件相对于电缆的纵向方向扭曲。三个芯构件被至少一个拉伸铠装层包围，所述拉伸铠装层包括铠装线以加强电缆的抗张力能力。铠装线沿电缆的整个长度设置并在关于电缆的纵向方向的第一方向上扭曲。由于扭曲的铠装层，电缆在一个方向上具有天然的抗扭刚度并能够承受在该方向上的扭转力。
在一些应用，例如深水应用中，有必要进一步加强电缆的抗张力能力。这是通过提供沿整个电缆长度设置并包围第一铠装层的另一拉伸铠装层来实现的，以便进一步加强电缆。具有一个拉伸铠装层的电缆被称为单层铠装电缆，而具有两个拉伸铠装层的电缆被称为双层铠装电缆。由于双铠装线沉重且生产昂贵，因此只在需要电缆的额外加强的几个应用中被使用。WO2008/145691A2公开了一个用于高电压应用的双层铠装海底电缆的例子。
然而，单层铠装电缆被用于大多数应用中。
当电缆被铺设在海底时，电缆有时受到扭转力。由于芯构件相对于电缆的纵向方向被扭曲这一事实，电缆在一个方向上具有天然的抗扭刚度并可以承受该方向上的扭转力。在单层铠装电缆中，铠装线在关于电缆的纵向方向与芯构件的方向相反的方向上被扭曲。其结果是扭曲的芯构件在一个方向上提供抗扭刚度，而扭曲的铠装层在相反方向上提供抗扭刚度。
当两个电缆段被接合在一起时，电缆段的靠近接头的铠装层打开，以提供足够的空间来接合电缆段。芯构件从铠装层被去除。芯构件从电缆段的端部被重绕一合适的距离，使得芯构件不再被扭曲，从而使芯构件能够接合。此后，芯构件被相互机械附接，使得在电缆段之间形成三个芯接头。芯构件之间的芯接头被外部机械套管覆盖。现在，芯构件在靠近接头的区域中平行。每个电缆段的铠装层均被加回以包围芯构件，并且铠装层被机械连接至外部机械套管。由此，在电缆段之间建立了刚性三部分接头。
在单层铠装电缆的电缆段之间安装刚性三部分接头带来的一个问题是，在靠近接头区域，电缆的天然抗扭刚度损失。在靠近接头区域，不能以正常的方式承受作用在电缆上的扭转力，这可能会导致铠装线的功能损伤。此外，有扭转力被传递到接合的芯构件的风险。
发明内容
本发明的目的是减轻关于单层铠装电缆的上述问题，并防止接头和接合的芯构件遭受到不希望的扭转力。
根据本发明的一个方面，这一目的是由根据权利要求1所述的接头实现的。
接头包括电力电缆的两段，每段电缆均包括至少一个芯构件，所述至少一个芯构件由第一铠装层包围，以保护芯构件免遭受到作用在电缆上的张力，第一铠装层包括多根铠装线，所述多根铠装线沿电缆长度设置并在关于电缆的纵向方向的第一方向上扭曲。接头进一步包括至少一个在电缆段的芯构件之间的芯接头，以及外部机械套管，该外部机械套管包围所述至少一个芯接头并机械连接至电缆段的第一铠装层。本发明的特征在于：接头还包括定位在与套管相邻的区域中的第二铠装层，该第二铠装层包围电缆段中的至少一个电缆段，并且具有机械连接至套管的一端和终止于距套管一定距离处的另一端；并且该第二铠装层包括多个细长形铠装元件，所述多个细长形铠装元件在关于电缆的纵向轴线与第一铠装层的线相反的方向上扭曲缠绕，以便增加与套管相邻的区域的抗扭刚度。
由于第二铠装层，在靠近接头的区域中恢复了单层铠装电缆的抗扭刚度。因此，来自由于电缆的旋转造成力的影响远离接头被移到电缆的不受接合影响并因此具有正常的抗扭刚度的部分。由于第二铠装层的铠装元件在与铠装层的线的缠绕方向相反的方向上被缠绕在电缆本身上这一事实，因此在两个相反的方向上获得了抗扭刚度。
第一铠装层沿电缆段的整个长度延伸，而第二铠装层基本上短于第一铠装层。为了节省成本，第二铠装层只应用在与接头相邻的区域中。
根据本发明的一个实施例，电缆段包括三个芯构件，并且芯构件在电缆段的靠近机械套管的第一区域中平行，并在电缆段的邻接第一区域的第二区域中扭曲；并且第二铠装层沿电缆段的第一区域延伸并进入第二区域一定距离。优选地，第二铠装层延伸进入第二区域介于0.3米至1米之间。该实施例确保由于电缆的旋转造成的扭转力远离接头被移到电缆的不受接合影响并因此具有正常的抗扭刚度的部分。
第二铠装层的长度也取决于为获得足够的抗扭刚度所需的摩擦。根据本发明的一个实施例，第二铠装层的长度介于2米至10米之间。该实施例在大多数应用中获得了足够的抗扭刚度。
圈数影响获得的扭转刚度。根据本发明的一个实施例，第二铠装层的铠装元件绕电缆至少被扭曲两圈，优选地绕电缆至少五圈。该实施例在大多数应用中获得了足够的抗扭刚度。
根据本发明的一个实施例，外部机械套管包括焊接构件，该焊接构件包括同轴设置的第一环形部分和第二环形部分，第二部分具有比第一部分更大的直径，并且第一铠装层被附接至第一部分且第二铠装层被附接至第二部分。焊接构件使铠装层容易机械连接至外部机械套管，并且使借助焊接将铠装层附接至外部机械套管成为可能。
根据本发明的一个实施例，电缆段属于包括三个芯构件的三相海底电缆。本发明尤其用于接合具有三个芯构件的三相海底电缆的电缆段。
根据本发明的一个实施例，接头包括多个夹持元件，所述多个夹持元件沿电缆段设置以保持第二铠装层相对于第一铠装层处于固定位置。这是保持第二铠装层处于固定位置的一种简单而廉价的方式。
根据本发明的另一方面，该目的是由如权利要求9中所限定的方法实现的。
该方法包括：
–将每个电缆段的第一铠装层向后移除至有足够的空间以接合电缆段的合适位置，
–使芯构件相互机械附接，使得在电缆段之间形成至少一个芯接头，
–围绕至少一个芯接头放置外部机械套管，
–将每个电缆段的第一铠装层放回原处，并将每个电缆段的第一铠装层机械连接至套管，
–提供在与套管相邻的区域中提供包括多个细长形铠装元件并且包围第一铠装层的第二铠装层，
-将第二铠装层机械连接至套管，以及
–缠绕在关于电缆的纵向轴线与第一铠装层的线的方向相反的方向上扭曲的第二铠装层的铠装元件，以便增加与所述套管相邻区域的抗扭刚度。
该方法的其中一些步骤可以按照不同的顺序进行，例如，绕第一铠装层缠绕第二铠装层的铠装元件可以在将第二铠装层机械连接至套管之前完成。
根据本发明的另一方面，第二铠装层沿每个电缆段延伸并终止于比第一铠装层被向后移除至的位置更远离套管的位置处。优选地，第二铠装层终止于比第一铠装层被向后移除至的位置更远离套管0.3米至1米的位置处。
附图说明
现在将通过本发明不同实施例的描述并参考附图，更严密地说明本发明。
图1示出了根据本发明的一个实施例的三相高压海底电缆的两段之间的接头的侧视图。
图2示出了图1所示的三相高压海底电缆的横截面A-A。
图3示出了根据本发明的一个实施例的用于接合三相高压海底电缆的两段的方法的第一步骤。
图4示出了根据本发明的一个实施例的用于接合三相高压海底电缆的两段的方法的第二步骤。
图5示出了根据本发明的一个实施例的用于接合三相高压海底电缆的两段的方法的第三步骤。
图6示出了具有基部、第一部分和第二部分的焊接构件的立体图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个实施例的包括电力电缆的两段1、2的接头的侧视图。图2示出了图1所示的电缆段1的横截面A-A。电缆为单层铠装电缆。每个电缆段1、2均包括至少一个芯构件。在DC电缆中，电缆段具有一个芯构件；而在AC电缆中，电缆段具有三个芯构件。在以下描述的实施例中，具有三个芯构件3、4、5的用于海底应用的AC电力电缆段被接合在一起。每个电缆芯均包括由绝缘层7包围的细长形导体6和作为防水层的外部护板。芯构件3、4、5由保持电缆芯在一起的粘合剂层9包围。芯构件3、4、5和粘合剂层9由第一铠装层10包围，以保护芯构件免遭受作用在电缆上的张力。第一铠装层10包括多根由诸如铜、铝或铁之类的金属制成的铠装线。图3示出了其中第一铠装层从电缆被移除的两段1、2。
电缆段1还包括包围第一铠装层10的第二铠装层11。第二铠装层11包括多个细长形铠装元件。与第一铠装层的线相比，铠装元件可以由不同的材料制成并具有不同形状。例如，铠装元件可以为线或扁条。铠装元件可以由诸如铜、铝和铁之类的金属或玻璃纤维制成。铠装元件优选地应由非延展性材料制成，即材料具有大的弹性模量。第二铠装层被例如由聚丙烯制成的外包覆纱12包围。
图4更详细地地示出了第一铠装层10。第一铠装层10沿电缆的整个长度延伸。第一铠装层包括多根沿电缆的长度设置并在关于电缆的纵向方向的第一方向上扭曲的铠装线10b。第一铠装层10单向扭曲。
段1、2的芯构件3、4、5被接合在一起。接头包括电缆段1、2的芯构件之间的芯接头14，如图1和3所示。接头还包括包围芯接头14的外部机械套管13。外部机械套管13具有对称的形状，并在每一侧具有用于接收电缆段的开口。外部机械套管机械连接至焊接构件15。接合的电缆贯穿外部机械套管。
图5更详细地示出了第二铠装层11。第二铠装层11被缠绕在第一铠装层10上。第二铠装层11包括多个铠装元件11b，所述多个铠装元件11b在关于电缆的纵向轴线与第一铠装层的线相反的方向上扭曲缠绕。第二铠装层11的一端经由焊接构件15机械连接至外部机械套管13，而第二铠装层11的另一端终止于距外部机械套管一定距离处。第二铠装层11的长度L优选地处于3米至9米的间隔中。第二铠装层的长度根据使得第二铠装层11的铠装元件有足够的抗张力耐久性的摩擦和接合期间电缆的开口的长度来确定。第二铠装层绕电缆扭曲至少两圈，优选地至少五圈。
图6更详细地示出了焊接构件15的立体图。焊接构件的功能是使铠装层容易附接至外部机械套管。使用与用于将双层铠装电缆附接至外部机械套管的同一类型的焊接构件是有利的。焊接构件15被机械地紧固至外部机械套管13。焊接构件15由金属制成，优选地由与铠装线相同的金属制成。焊接构件15为环形并具有开口16，使得三相电缆穿过开口。焊接构件包括三部分17、18、19，这三部分同轴设置。焊接构件的基部17适于连接至外部机械套管13，第一部分18为环形并具有覆盖面30以便接收第一铠装层10，第一部分用于附接第一铠装层10。第二部分19定位于基部17和第一部分18之间。第二部分19用于附接第二铠装层11。第二部分19也为环形并具有覆盖面31以便接收第二铠装层11。第二部分19具有比第一部分大、而比基部小的直径。第二部分19的高度比第一部分18的高度低。第一铠装层10和第二铠装层11借助焊接附接至焊接构件15。
第二铠装层11的一端借助焊接附接至焊接构件15的第二部分19的覆盖面。第二铠装层11的另一端终止于距套管一定距离L处。第二铠装层11被多个夹持元件20夹紧至电缆，如图5所示。夹持元件例如是螺栓连接条、线束或电缆套。夹持元件20保持第二次铠装层11处于固定位置。夹持元件20沿第二铠装层以均匀间隔设置，例如，夹持元件之间的距离介于0.1米和0.5米之间。
在下文中，将参考附图1、3、4和5说明根据本发明的一个实施例的用于接合电力电缆段的两段的方法。在第一步中，从电缆段的端部移除外包覆纱。将电缆段的端部的铠装层打开，以提供足够的空间来接合电缆段。将每个电缆段的铠装层10均向后移除至有足够接合电缆段的空间的合适位置，如图3所示。在电缆内扭曲芯构件。然而，为了使芯构件能够接合，将芯构件自电缆段的端部重绕一合适的距离。此后，将电缆段的芯构件3、4、5接合在一起，如图3所示。芯构件相互机械附接，使得在电缆段之间形成三个芯接头14。芯接头被外部机械套管13覆盖。现在，芯构件在靠近套管13的第一区域R1内平行，并在邻接第一区域R1的第二区域R2内扭曲。
在下一步骤中，将每个电缆段的第一铠装层10均放回原处使得其覆盖芯构件，如图4所示。此后，将每个电缆段的第一铠装层10的铠装线机械连接至外部机械套管。在本实施例中，铠装线通过焊接而附接至焊接构件15。第一铠装层10的铠装线被焊接至焊接构件15的第一部分18的覆盖面30。
在下一步骤中，包括多个铠装元件的第二铠装层11在靠近套管的区域被包围第一铠装层10放置，如图5所示。第二铠装层在关于电缆的纵向轴线与第一铠装层相反的方向上扭曲缠绕。第二铠装层11的一端经由焊接构件15机械连接至外部机械套管13。在本实施例中，第二铠装层11的铠装元件通过焊接被附接至焊接构件15。第二铠装层11的铠装元件被焊接至焊接构件15的第二部分19的覆盖面31。第二铠装层11的另一端终止于距外部机械套管13一定距离L处。第二铠装层沿电缆段的第一区域R1的长度延伸，并进入第二区域R2一定距离L2。优选地，第二铠装层11延伸进入第二区域介于0.3米至1米之间。因此，第二铠装层与区域2的未被接合影响的部分重叠。
第二铠装层被夹紧至第一铠装层，用于保持第二铠装层相对于第一铠装层处于固定位置。在最后的步骤中，电缆段1、2被覆盖一层新的纱线，如图1所示。
本发明并不限于所公开的实施例，但其可以在下面的权利要求的范围内被改变和修改。例如，本发明可以被用于DC电缆。铠装元件和线可以通过另一种方法，例如借助螺栓连接条附接至外部机械套管。

Claims (15)

1.一种包括电力电缆的两段(1、2)的接头，每个电缆段均包括至少一个芯构件(3、4、5)，所述至少一个芯构件(3、4、5)被第一铠装层(10)包围，以用于保护所述芯构件免遭受作用在所述电缆上的张力，所述第一铠装层包括多根铠装线(10a)，所述多根铠装线(10a)沿所述电缆的长度设置并且在关于所述电缆的纵向方向的第一方向上扭曲，所述接头包括：
-至少一个位于所述电缆段的所述芯构件之间的芯接头(14)，以及
-外部机械套管(13)，所述外部机械套管(13)包围所述至少一个芯接头并且机械连接至所述电缆段的所述第一铠装层，
其特征在于：所述接头包括第二铠装层(11)，所述第二铠装层(11)定位于与所述套管相邻的区域中，包围所述电缆段中的至少一个电缆段，并且具有机械连接至所述套管的一端和终止于距所述套管一定距离处的另一端，并且所述第二铠装层包括多个细长形铠装元件(11b)，所述多个细长形铠装元件(11b)在关于所述电缆的纵向轴线与所述第一铠装层的所述多根铠装线相反的方向上扭曲缠绕，以便增加与所述套管相邻的所述区域的抗扭刚度。
2.根据权利要求1所述的接头，其中所述电缆段包括三个芯构件，并且所述芯构件在所述电缆段的靠近所述机械套管(13)的第一区域(R1)内平行并且在所述电缆段的邻接所述第一区域的第二区域(R2)内扭曲，并且所述第二铠装层(11)沿所述电缆段的所述第一区域延伸并且进入所述第二区域一定距离(L2)。
3.根据权利要求2所述的接头，其中所述第二铠装层延伸进入所述第二区域介于0.3米至1米之间的距离(L2)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的接头，其中所述外部机械套管(13)包括焊接构件(15)，所述焊接构件(15)包括同轴设置的第一环形部分(18)和第二环形部分(19)，所述第二环形部分具有比所述第一环形部分更大的直径，并且所述第一铠装层(10)附接至所述第一环形部分而所述第二铠装层附接至所述第二环形部分。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的接头，其中所述第二铠装层(11)的长度(L)介于2米至10米之间。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的接头，其中所述第二铠装层(11)绕所述电缆扭曲两圈以上。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的接头，其中所述电缆段(1、2)属于具有三个芯构件(3、4、5)的三相海底电缆。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的接头，其中所述接头包括多个夹持元件(20)，所述多个夹持元件(20)沿所述电缆段设置以保持所述第二铠装层(11)相对于所述第一铠装层处于固定的位置。
9.一种用于接合电力电缆的两段(1、2)的方法，每个电缆段均包括至少一个芯构件(14)，所述至少一个芯构件(14)被第一铠装层(10)包围，以用于保护所述芯构件免遭受作用在所述电缆上的张力，所述第一铠装层包括多根铠装线，所述多根铠装线沿所述电缆的长度设置并且在关于所述电缆的纵向方向的第一方向上扭曲，所述方法包括：
-将每个电缆段的所述第一铠装层向后移除至有足够空间来接合所述电缆段的合适位置，
-将所述芯构件相互机械附接使得在所述电缆段之间形成至少一个芯接头，
-将外部机械套管(13)放置成包围所述至少一个芯接头，
-将每个电缆段的所述第一铠装层放回原处，并且将每个电缆段的所述第一铠装层机械连接至所述套管，
其特征在于所述方法进一步包括：
-提供在与所述套管相邻的区域中包括多个细长形铠装元件并且包围所述第一铠装层的第二铠装层(11)，
-将所述第二铠装层机械连接至所述套管，以及
-缠绕在关于所述电缆的纵向轴线与所述第一铠装层的所述多根铠装线的方向相反的方向上扭曲的所述第二铠装层(11)的所述铠装元件，以便增加与所述套管相邻的所述区域的抗扭刚度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二铠装层沿每个电缆段延伸并且终止于比所述第一铠装层被向后移除至的所述位置更远离所述套管的位置处。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二铠装层终止于比所述第一铠装层被向后移除至的所述位置更远离所述套管0.3米至1米的位置处。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的方法，其中所述第二铠装层(11)的所述铠装元件绕所述电缆至少扭曲两圈。
13.根据权利要求9至11中的任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括夹持所述电缆段的包括所述第二铠装层的区域，以保持所述第二铠装层(11)相对于所述第一铠装层(10)处于固定位置。
14.根据权利要求9至11中的任一项所述的方法，其中所述外部机械套管(13)包括环形焊接构件(15)，所述环形焊接构件(15)包括第一环形部分(18)和第二环形部分(19)，所述第二环形部分具有比所述第一环形部分更大的直径，并且所述方法包括：将所述第一铠装层(10)的一端焊接至所述焊接构件的所述第一环形部分，并且将所述第二铠装层(11)的一端焊接至所述焊接构件的所述第二环形部分。
15.根据权利要求9至14中的任一项所述的方法以接合三相海底电缆的电缆段(1、2)的用途。
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