CN104602513B - 用于减少鱼类和/或贝类养殖围栏/养殖场中的有害生物的设备的电缆电极系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电缆电极，包括至少三段，即连接段(2)、工作段(3)和末端段(4)。所述电缆电极包括中央导体(5)，在连接段(2)中，中央导体(5)被电绝缘聚合物层(12)围绕，在工作段(3)中，中央导体(5)被包括导电填料的聚合物层(14)围绕，而在末端段(4)中，中央导体(5)被电绝缘聚合物层(16)围绕。本发明还公开一种在用于鱼栏的电围栏中使用所述电缆电极的用途。
Description
技术领域
本发明涉及一种在用于减少海洋牧场中的有害生物的设施中使用的专门设计的电缆电极系统，该电缆电极系统包括围栏袋。本发明尤其涉及一种在用于向围栏袋的外周施加电场的系统中可用作电极的电缆电极，其中，电场作为防范鲑鱼虱(Lepeophtheirussalmonis)和其它寄生虫等有害生物的屏障，并且同时能减少围栏袋的污染。
背景技术
近年来，布置在海中的鱼栏内的贝类和鱼类养殖场等海洋牧场得到了很大发展和关注。不幸的是，围栏受到了许多植物和生物的侵扰。海洋植物和有害的贝类会依附到浸没在海洋中的网上和其它表面上。
另外，鲑鱼虱等寄生虫也会感染围栏中的鱼类，减缓其生长并降低其品质。
为了限制污染，以前曾经使用过铜基浸胶方法，但是随着时间的推移，浸胶会损耗，铜会被释放到环境中，导致污染，并需要进行清理和重新浸胶，而这会给环境带来附加的危险。
WO02/074075披露了一种防止有害生物通过扰乱的方式影响海洋牧场设施的方法和系统。该系统包括在内侧导电围栏袋的周围按距内侧围栏袋的一定距离布置外侧围栏袋。使外侧围栏袋成为导电状态，并对内侧围栏袋和外侧围栏袋施加极性相反的电压。另外，在一种优选方案中，外侧围栏袋可围绕有从海面指向下方的许多导电电极。电极上施加有与外侧围栏袋的电压极性相反的电压。
现有技术
WO02/074075披露了使围栏袋导电的已知方法，包括把铜线或碳线编织为网，或者使用含碳材料浸渍。电极包括导电材料(例如铜)，并涂有热塑性聚合材料，在热塑性聚合材料中添加有导电填料(例如碳粉)。
在漂浮渔场上通常布置有一条通路或小道，用于对鱼栏进行检修。WO02/074075中所披露的设施也需要检修，并且当使用以施加电场为基础的系统时，应确保在鱼栏上作业的人员的安全。
现有技术的方案未披露如何以确保人员安全并且有利于安装和维护的方式向导电网或导电电极提供预定电压。
发明内容
本发明之目的是提供一种特别适合于与鱼栏结合使用的电缆方案。电缆应能够安全地检查和安装。
另一个目的是提供一种能承受浸没在海水中的工作环境并且同时在其预定寿命内不会显著损失效率的电缆。
电缆优选沿养鱼场单元或贝类养殖场或在养殖场周围的选定三维区域内和/或沿狭长的围栏提供预定的电场和/或电流。
本发明提供一种电缆电极，包括至少三段，即连接段、工作段和末端段，其中，电缆电极包括中央导体，在连接段中，中央导体被电绝缘聚合物层围绕，在工作段中，中央导体被包括导电填料的聚合物层围绕，而在末端段中，中央导体被电绝缘聚合物层围绕。可选地，末端段上的电绝缘聚合物层是防水的，从而防止导体与水直接接触，并抑制导体的腐蚀。在一个优选实施例中，电缆电极是可浸没在水中的电围栏电缆电极。
在本发明的一个方面中，在中央导体的悬空端覆盖有电绝缘防水聚合物层。从而防止中央导体与水直接接触，并防止由于这种直接接触而导致的腐蚀。
在另一个方面中，完全径向地结合到一起的所述电绝缘聚合物层、所述包括导电填料的电绝缘聚合物层和所述电绝缘优选防水的聚合物层围绕所述中央导体至少一次。相应地，电缆电极从连接端至悬空端覆盖有至少一个所述聚合物层。从而能保护中央导体，防止其受到周围的水或湿空气的直接影响。
在本发明的一个方面中，中央导体包括铜或铜合金，并且是整体的或多股的。导体还可镀镍或镀银。而且，中央导体可包括由金属(例如钢)、聚酰胺、聚酯、聚丙烯或碳基聚合物线、或这些材料的组合构成的加强构件。
在本发明的一个方面中，包括导电填料的聚合物层的径向电导率当在耐克森测试回路中按电流测量时在0.05至2.0毫安之间。
在本发明的一个方面中，包括导电填料的聚合物层基于热塑性聚合物材料，所述热塑性聚合物材料选自聚乙烯和其共聚物、聚亚胺酯、聚酯、以及它们的混合物。
包括导电填料的聚合物的制备方法是电缆制造行业中的已知方法，在此，此类材料通常称为“半导电”聚合体。有多种不同的复合物可用作导电填料，在此可使用其中的任何一种复合物。
本发明还涉及在鱼栏的电围栏中使用上述电缆电极的用途。
本发明的一个方面涉及使用电缆电极作为布置在围栏袋外的竖直导电电极。
而且，本发明的另一个方面涉及使用电缆电极来提供带网孔的导电围栏袋，其中，电缆电极沿围栏袋的网孔布置。在一个特殊方面中，根据本发明的多个电缆电极沿着围栏袋的网孔或在网孔周围竖直且平行地布置。在本发明的此方面中，在布置在海面附近或优选布置在海面上的围栏的一部分上布置有用于连接电极内的导体的电源。电极电缆从该位置大致平行地竖向伸入海中。电缆电极可编织到围栏袋的网中，以便把它们固定到袋上，或者，也可通过其它形式把它们固定到袋上。对于WO02/074075中所述的内侧围栏袋，电极之间的距离可为5至15厘米，而对于网目较粗的外侧围栏袋，电极之间的距离可以根据粗网目的大小设置为较大值，例如在25至200厘米之间。
本发明的另一个方面涉及使用本发明的电缆电极沿一个或多个养鱼场或一个或多个贝类养殖场提供狭长的导电围栏。
在此所用的术语“围栏袋”指适合于控制在海洋牧场中养殖的鱼类、贝类(例如牡蛎和紫贻贝)以及其它动物的位置的结构。对于养鱼场，围栏通常具有袋状结构，而对于其它动物，围栏袋的形状可能有所不同。
附图说明
下面将参照示意性附图进一步详细说明本发明，在附图中：
图1是沿本发明的电缆电极的纵轴方向观察时该电缆电极的示意性横截面图；
图2、图3和图4分别是沿图1所示的电缆电极的纵轴方向的平面B-B、A-A和C-C的示意性横截面图；
图5示出了具有布置在围栏袋周围的竖直导电电极的鱼栏；
图6示出了安装有电缆电极的可能的网状结构；
图7示出了带有电缆电极的围栏袋结构的一部分；
图8示意性地示出了沿多个养鱼场单元布置的围栏的布置方式；
图9示意性地示出了测量径向电导率的测试装置。
具体实施方式
图1至图4示出了根据本发明的电缆电极的主要结构。图1是沿电缆的纵轴观察时的电缆的横截面图，而图2、图3和图4分别是电缆电极的纵轴方向的不同截面的截面图。
电缆电极1包括三段：连接段2、工作段3和末端段4。每段的长度可自由选择。导体5居中布置在电缆电极内。在连接段中，导体5被电绝缘聚合物层12径向覆盖。连接段2的悬空端用于连接电源。因此，电绝缘层12覆盖在安装与维护过程中所握持的电缆区域。在工作段3中，导体被包括导电填料的聚合物围绕。“半导电”层与相反极性的另一个电极/导电元件一起提供分布电场，该电场作为防范养鱼场所在的海中存在的有害生物(包括鲑鱼虱等寄生虫)或植物和甲壳类动物以及其它生物的污染的电屏障。因此，术语“工作”指能工作时形成电场和/或电流。在末端段4中，导体被防水的电绝缘聚合物层16覆盖。聚合物层16还围绕导体的端面6，从而提供具有导体的防水保护层的悬空端18。
图1示出了每段上仅有一个绝缘层，但是绝缘层可以交叠，末端段和连接段的电绝缘层可布置在半导电层的外表面上，覆盖导体的整个表面或大部分表面。
下面以本发明的可能实施例来举例详述电缆元件。本发明的范围由权利要求限定。
电缆电极元件的说明：
导体：
是基于铜导线或铜合金的，且是柔性的和多股的。导体可包括加强构件，例如钢线等其它金属线，或者聚酰胺、聚酯、聚丙烯或碳基聚合物线。
典型情况下，导体的横截面积在1至10平方毫米之间，典型的为1.5平方毫米和2.5平方毫米。
工作段的聚合物层：
工作电缆电极的典型绝缘厚度在1至10毫米之间，在另一个方面中，通常为3至6毫米。
绝缘层可由一层或多层相同聚合物/材料组成，或者由具有不同性质的以不同复合物组合在一起的一层或多层组成。
工作绝缘材料优选应基于所谓的“半导电”聚合物，即，绝缘材料的体电阻系数适合于提供能够高效地抑制有害生物的电场和/或电流。
一种用于测量聚合物材料片的体电阻系数的已知方法是ASTM D991中所述的方法。
在本发明的一个方面中，根据用于抑制鱼虱的条件，工作聚合物层包括具有当按照ASTM D991的方法在23℃温度下测量时小于120欧姆-厘米的体电阻系数的导电填料，但不局限于具有这种体电阻系数的导电填料。在本发明的另一个方面中，工作聚合物层包括具有当按照ASTM D991的方法在23℃温度下测量时大于10000欧姆-厘米的体电阻系数的导电填料，但不局限于具有这种体电阻系数的导电填料。
ASTM D991的方法使用轴向流动的电流测量体电阻系数，测试表明，这不一定涉及本发明的电缆电极情况中的限制径向电流的电阻系数。当按照ASTM D991的方法进行测量时，关于带有具有相似体电阻系数的不同工作聚合物层的电缆电极，它们表现出的径向体电阻系数有很大差异。
另一种用于测量体电阻系数的已知方法是IEC 60502中所述的方法：按照此方法，在23℃温度下对绝缘导线样品进行了测量。在本发明的一个方面中，工作聚合物层的体电阻系数按照导体屏蔽材料配方在3至50欧姆-厘米之间，典型情况下在3至10欧姆-厘米之间，但不局限于这种体电阻系数值。在本发明的另一个方面中，工作聚合物层的体电阻系数按照导体屏蔽材料配方为10至100欧姆-厘米之间，典型情况下在5至50欧姆-厘米之间，但不局限于这种体电阻系数值。在又一个方面中，体电阻系数高于10000欧姆-厘米，但不局限于这种体电阻系数值。
为了克服ASTM D991的方法所存在的问题，采用了一种测量与径向导电系数直接相关的值的新测试方法。这种测试称为耐克森测试。
这种测试的准备方法在图9中示出。该图示出了测试电缆的纵向截面。
为了进行测试，沿导体的周向按一定的间隔涂一层银漆8，每层的长度相等，以准备带有包括导电填料14的工作聚合物层的导体5。
在23℃50％相对湿度的条件下对样品调节至少24小时。
然后，在称为点A的导体一端(已去掉此端的绝缘层)和待测银漆层上的第二点(称为B、C、D等)之间施加5V AC电压。对回路中的电流进行测量，并把此值作为径向导电系数的测量值。对于每个样品，对基于大约25个这种测量点的统计数据进行了评价。
海中试验表明，采用这种方式测得的值为4至120毫安，这会导致由低电阻率产生的过高功耗。
当以这种方式测量时，良好样品的典型值应在0.05至2.0毫安范围之内，优选为0.05至1毫安。如果较高功耗是允许的，可以使用测量值在0.05至5毫安之间的材料。
聚合物应基于热塑塑料聚合物材料，其基材应从以下聚合物中选择：聚乙烯和其共聚物、聚亚胺酯或聚酯/聚醚基热塑性弹性体、或者此类材料的不同混合物。
电缆元件的工作部分应具有如上所述的性质，但不局限于给出的例子，并且应能在水中/海中正常工作。
末端段中的电绝缘聚合物：
工作部分的远端/底端应使用电绝缘聚合物密封，优选使用防水聚合物密封。
连接段的绝缘聚合物：
为了连接至电脉冲发生器网，工作电缆段连接至上方的绝缘导线，该绝缘导线包括绝缘聚合物层，或者包括比工作段的聚合物的体电阻高的聚合物层。
此绝缘层可由基于以下材料的聚合物组成：聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和其共聚物、或热塑性弹性体(TPE)。
图5示出了本发明的电缆电极的使用方法。鱼栏装置10包括悬挂在浮筒结构上的围栏袋20，该浮筒结构包括用于检查和维护的通路或通道11。根据本发明的多个电缆电极元件30安装为围绕围栏袋的竖直电极。在一个实施例中，围栏袋是导电的，或者包括导电元件。在电极和围栏袋上施加有极性相反的电压，从而在围栏袋和电极之外的区域中产生电围栏。在另一个实施例中，围栏袋是不导电的，并且不与电极电连接。相反的是，在相邻电极上施加极性相反的电压，使相邻电极之间产生电流。在另一个实施例中，电极按段连接至电脉冲发生器，从而可以逐段通断，并且能够仅激活围栏的上游侧的段。因而能够抑制/限制随水流移动的生物进入围栏，并且同时能降低功耗。
图6示出了根据本发明的电缆电极的另一种使用方法。在此，多个电缆电极的连接段42连接至电脉冲/电压发生器50。电缆电极的工作段43连接至由围栏袋的线22、24和28构成的粗孔网。电极电缆的末端段44布置在底部，并且电极布置为平行且大致竖直的线。
图7示出了一个实施例，其中，多个电缆电极142的连接端连接至脉冲/电压发生器150。发生器150布置在浮力部件110的顶部，围栏袋固定到浮力部件110上。电缆电极的工作段143固定到围栏袋的细孔网上，作为平行且大致竖直的线。悬空端段144布置在围栏袋的底部。
电缆电极的尺寸根据预定的实施方式和相邻电极之间的预计距离选择。
图8示意性地示出了本发明的一个实施例，其中，多个电缆电极230沿若干养鱼场单元210形成围栏260。在图中还标明了电缆电极的极性。相邻电缆电极之间的极性优选相反(从正至负或从负至正)。电力优选以脉冲方式提供。
在本发明的一个实施例中，围栏中的两个相邻电缆电极之间的距离在1-50厘米之间，优选在5-25厘米之间，更优选在7-15厘米之间。
Claims (13)
1.一种电缆电极系统，所述电缆电极系统在用于减少海洋牧场中的有害生物的设备中使用，其特征在于：所述电缆电极系统包括：
-作为竖直电极围绕所述海洋牧场布置的多个电缆电极以使得形成围栏，每个电缆电极包括中央导体，以及具有至少三段，即连接段、工作段和末端段，其中，在连接段中，中央导体被电绝缘聚合物层围绕，在工作段中，中央导体被包括导电填料的聚合物层围绕，而在末端段中，中央导体被电绝缘聚合物层围绕，以及
-电脉冲/电压发生器，其旨在经由连接段施加电压至电极，以便围绕海洋牧场产生电围栏；
所述电极连接至电脉冲/电压发生器，从而可以围绕所述围栏逐段通断。
2.如权利要求1所述的电缆电极系统，其中，所述电脉冲/电压发生器施加极性相反的电压至相邻电极。
3.如权利要求1或2所述的电缆电极系统，其中，电缆电极的连接段的电绝缘聚合物层覆盖所述电缆电极的中央导体的悬空端，所述电绝缘聚合物层可选是防水的。
4.如权利要求1所述的电缆电极系统，其中，电缆电极的连接段的电绝缘聚合物层、工作段的包括导电填料的聚合物层和末端段的电绝缘聚合物层，结合到一起，完全径向地围绕所述中央导体至少一次。
5.如权利要求1所述的电缆电极系统，其中，电缆电极的中央导体包括铜或铜合金，并且是整体的或多股的。
6.如权利要求1所述的电缆电极系统，其中，电缆电极的中央导体包括加强构件。
7.如权利要求1所述的电缆电极系统，其中，包括导电填料的电缆电极的工作段的聚合物层具有的径向导电率当在耐克森测试回路中按电流测量时在0.05至2.0毫安之间。
8.如权利要求1所述的电缆电极系统，其中，包括导电填料的电缆电极的工作段的聚合物层基于选自聚乙烯和其共聚物、聚亚胺酯、聚酯和它们的混合物的热塑性聚合物材料。
9.如权利要求1所述的电缆电极系统，其中电缆电极布置为围绕围栏袋的竖直导电极。
10.如权利要求1所述的电缆电极系统，其中电缆电极布置为提供包括网孔的导电围栏袋，电缆电极沿围栏袋的网孔布置。
11.如权利要求10所述的电缆电极系统，其中，电缆电极沿围栏袋的网孔基本竖直且平行地布置。
12.如权利要求1所述的电缆电极系统，其中电缆电极布置为来沿着一个或多个养鱼场或一个或多个贝类养殖场提供狭长的导电围栏。
13.如权利要求1所述的电缆电极系统，其中，末端段的电绝缘聚合物层是防水聚合物层。
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