CN106653180B - 阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆 - Google Patents

阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆，属于电缆技术领域。该复合缆包括数个电力线芯单元、数个光纤单元、填充物和防护层单元，所述防护层单元内包覆所述电力线芯单元和光纤单元，所述防护层单元、电力线芯单元和光纤单元之间填充有所述填充物，所述电力线芯单元由内至外依次为导体、导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、铅护套层和高密度聚乙烯护套层；所述防护层单元由内至外依次为内衬层、铠装钢丝层和涂覆防腐沥青的聚丙烯层，所述铠装钢丝层和涂覆防腐沥青的聚丙烯层依次包覆于内衬层外表面；本发明通过绝缘屏蔽层进行改进，赋予电力线芯单元优异的阻水性和海水腐蚀性能，有效提高了复合缆的使用寿命。

Description

阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆。
背景技术
海底电缆是铺设在海底，主要用于远距离跨海的电信传输。海底光纤复合电力电缆在海底电缆中占据着重要地位，海底光纤复合电力电缆不仅可以传输电能，还能传输通信信号。由于其具有敷设时间短、施工成本低等优点，而被广泛应用。
目前海底光纤复合电力电缆的结构主要包括光单元、电力线芯单元及外部防护层，其中电力纤芯单元中会设有导体屏蔽层、绝缘层及绝缘屏蔽层，而设置导体屏蔽层、绝缘层及绝缘屏蔽层的主要目的就是改善电场分布，因为一般电力线芯单元中的导体通常是采用多根导体绞合而成的，与绝缘层之间容易形成气隙，而导致导体表面不光滑造成电场集中，导体屏蔽层的设置可以避免在导体和绝缘层之间发生局部放电，因为导体屏蔽层通常与导体的电位相等，而且与绝缘层又有着良好的接触性。因此海底光纤复合电力电缆的电性能与导体屏蔽层、绝缘层及绝缘屏蔽层有着重要的关系，同时海底光纤复合电力电缆的机械性能也与导体屏蔽层、绝缘层及绝缘屏蔽层有着密切的关系，而目前现有的海底光纤复合电力电缆，一旦复合缆的外部防护层被破坏，在海水的侵蚀下，电力线芯单元外部的绝缘屏蔽层会加速老化直至被破坏而失去效力，而导致整个复合缆的产生故障，因此对海底光纤复合电力电缆的绝缘屏蔽层的研究具有重要的意义。
综上所述，研究一种阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆已成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆，该阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆具有优异的机械性能和电性能，其内的电力线芯单元具有优异的阻水性能和耐腐蚀性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆(以下简称复合缆)，包括数个电力线芯单元、数个光纤单元、填充物和防护层单元，所述防护层单元内包覆所述电力线芯单元和光纤单元，所述防护层单元、电力线芯单元和光纤单元之间填充有所述填充物(填充物可以采用聚丙烯撕裂膜)，所述电力线芯单元由内至外依次为导体(导体由多根导体绞合而成)、导体屏蔽层、交联聚乙烯(XLPE)绝缘层、绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、铅护套层和高密度聚乙烯(HDPE)护套层，其中所述导体屏蔽层、交联聚乙烯(XLPE)绝缘层、绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、铅护套层和高密度聚乙烯(HDPE)护套层依次包覆于所述导体外表面；
所述防护层单元由内至外依次为内衬层、铠装钢丝层和涂覆防腐沥青的聚丙烯层，其中，所述铠装钢丝层和涂覆防腐沥青的聚丙烯层(该层为外被层，一般是将防腐沥青涂覆于聚丙烯绳表面)依次包覆于内衬层外表面；
其中所述交联聚乙烯绝缘层由按照质量百分比计的如下原料制得：交联聚乙烯80-90％、改性纳米二氧化钛5-10％、纳米硅藻土5-10％，总计100％。
更进一步地，所述绝缘屏蔽层由按照质量份数计的如下原料制得：聚乙烯80-85％、环烯烃共聚物5-10％、改性纳米二氧化钛5-8％、硬脂酸钠5-7％，总计100％。
更进一步地，所述导体屏蔽层由EVA、乙炔炭黑和硬脂酸钠的混合料制得，其中EVA、乙炔炭黑和硬脂酸钠的质量比为10：8：0.06。
更进一步地，所述内衬层为PP内衬层。
更进一步地，所述导体屏蔽层、交联聚乙烯(XLPE)绝缘层和绝缘屏蔽层通过三层共挤制得。
更进一步地，所述三层共挤时的温度为200-220℃。
更进一步地，所述改性纳米二氧化钛按照如下方法制备：将硬脂酸和乙酸乙酯按照1：10的比例混合搅拌均匀，将纳米二氧化钛加入其中，搅拌升温至70-72℃，恒温搅拌30-40min，趁热过滤，并用乙酸乙酯洗涤，将滤饼于0.8-0.9MPa、50-60℃下干燥2-2.5h，即得所述改性纳米二氧化钛。
更进一步地，包括三个电力线芯单元和两个光纤单元。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
本发明的阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆具有优异的机械性能和良好的电性能，本发明通过对导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层和绝缘屏蔽层的用料进行改进，赋予电力线芯单元优异的阻水性和海水腐蚀性能，有效提高了复合缆的使用寿命。
说明书附图
图1为本发明阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆的结构示意图，其中1、导体；2、导体屏蔽层；3、交联聚乙烯绝缘层；4、绝缘屏蔽层；5、金属屏蔽层；6、铅护套层；7、高密度聚乙烯护套层；8、填充物；9、光纤单元；10、内衬层；11、铠装钢丝层；12、涂覆防腐沥青的聚丙烯层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用原料或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。本发明使用的导体由多根导体绞合而成，可购买到，本发明中所述光纤单元为现有电缆专用光纤单元，可购买得到。本发明中的阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆在制作时各结构的参数参照现有海底复合缆的参数进行设置，其中导体直径为13mm，导体屏蔽层厚度为0.8mm，交联聚乙烯绝缘层的厚度为10.5mm，绝缘屏蔽层的厚度为1.0mm，直径为30.8mm，金属屏蔽层厚度为1.0mm，铅护套层厚度为1.7mm，高密度聚乙烯(HDPE)护套层外径为36.4mm，光纤单元外径为8.0mm，PP内衬层厚度为4.0mm，铠装钢丝层的钢丝直径为6.0mm，涂覆防腐沥青的聚丙烯层的厚度为6.0mm，制得的复合缆的外径为122-122.2mm，每米复合缆重量为33.5-33.8kg。
实施例1
如图1所示，阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆，包括三个电力线芯单元、两个光纤单元9、填充物8和防护层单元，所述防护层单元内包覆所述电力线芯单元和光纤单元，所述防护层单元、电力线芯单元和光纤单元之间填充有所述填充物8(填充物可以采用聚丙烯撕裂膜)，所述电力线芯单元由内至外依次为导体1(一般导体由多根导体绞合而成)、导体屏蔽层2、交联聚乙烯(XLPE)绝缘层3、绝缘屏蔽层4、金属屏蔽层5、铅护套层6和高密度聚乙烯(HDPE)护套层7，其中所述导体屏蔽层2、交联聚乙烯(XLPE)绝缘层3、绝缘屏蔽层4、金属屏蔽层5、铅护套层6和高密度聚乙烯(HDPE)护套层7依次包覆于所述导体1外表面；
所述防护层单元由内至外依次为PP内衬层10、铠装钢丝层11和涂覆防腐沥青的聚丙烯层12，其中，所述铠装钢丝层11和涂覆防腐沥青的聚丙烯层(该层为外被层，一般是将防腐沥青涂覆于聚丙烯绳表面)12依次包覆于内衬层10外表面；
其中所述交联聚乙烯绝缘层3由按照质量百分比计的如下原料制得：交联聚乙烯85％、改性纳米二氧化钛8％、纳米硅藻土7％，所述改性纳米二氧化钛按照如下方法制备：将硬脂酸和乙酸乙酯按照1：10的比例混合搅拌均匀，将纳米二氧化钛加入其中，搅拌升温至70℃，恒温搅拌35min，趁热过滤，并用乙酸乙酯洗涤，将滤饼于0.85MPa、55℃下干燥2h，即得所述改性纳米二氧化钛。
所述绝缘屏蔽层4由按照质量份数计的如下原料制得：聚乙烯80％、环烯烃共聚物5％、改性纳米二氧化钛8％、硬脂酸钠7％。
所述导体屏蔽层2由EVA、乙炔炭黑和硬脂酸钠的混合料制得，其中EVA、乙炔炭黑和硬脂酸钠的质量比为10：8：0.06。
本发明的阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆的制造方法可参照现有的复合缆的制造方法，所不同的是导体屏蔽层2、交联聚乙烯(XLPE)绝缘层3和绝缘屏蔽层4通过三层共挤制得，共挤时的温度为210℃。
实施例2
阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆，包括三个电力线芯单元、两个光纤单元9、填充物8和防护层单元，所述防护层单元内包覆所述电力线芯单元和光纤单元9，所述防护层单元、电力线芯单元和光纤单元9之间填充有所述填充物8(填充物可以采用聚丙烯撕裂膜)，所述电力线芯单元由内至外依次为导体1(一般导体由多根导体绞合而成)、导体屏蔽层2、交联聚乙烯(XLPE)绝缘层3、绝缘屏蔽层4、金属屏蔽层5、铅护套层6和高密度聚乙烯(HDPE)护套层7，其中所述导体屏蔽层2、交联聚乙烯(XLPE)绝缘层3、绝缘屏蔽层4、金属屏蔽层5、铅护套层6和高密度聚乙烯(HDPE)护套层7依次包覆于所述导体1外表面；
所述防护层单元由内至外依次为PP内衬层10、铠装钢丝层11和涂覆防腐沥青的聚丙烯层12，其中，所述铠装钢丝层11和涂覆防腐沥青的聚丙烯层(该层为外被层，一般是将防腐沥青涂覆于聚丙烯绳表面)12依次包覆于内衬层10外表面；
其中所述交联聚乙烯绝缘层3由按照质量百分比计的如下原料制得：交联聚乙烯80％、改性纳米二氧化钛10％、纳米硅藻土10％，所述改性纳米二氧化钛按照如下方法制备：将硬脂酸和乙酸乙酯按照1：10的比例混合搅拌均匀，将纳米二氧化钛加入其中，搅拌升温至72℃，恒温搅拌30min，趁热过滤，并用乙酸乙酯洗涤，将滤饼于0.8MPa、60℃下干燥2.5h，即得所述改性纳米二氧化钛。
所述绝缘屏蔽层4由按照质量份数计的如下原料制得：聚乙烯85％、环烯烃共聚物5％、改性纳米二氧化钛5％、硬脂酸钠5％，总计100％。
所述导体屏蔽层2由EVA、乙炔炭黑和硬脂酸钠的混合料制得，其中EVA、乙炔炭黑和硬脂酸钠的质量比为10：8：0.06。
本发明的阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆的制造方法可参照现有的复合缆的制造方法，所不同的是导体屏蔽层2、交联聚乙烯(XLPE)绝缘层3和绝缘屏蔽层4通过三层共挤制得，共挤时的温度为200℃。
实施例3
阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆，包括三个电力线芯单元、两个光纤单元9、填充物8和防护层单元，所述防护层单元内包覆所述电力线芯单元和光纤单元9，所述防护层单元、电力线芯单元和光纤单元9之间填充有所述填充物8(可以采用聚丙烯撕裂膜)，所述电力线芯单元由内至外依次为导体1(一般导体由多根导体绞合而成)、导体屏蔽层2、交联聚乙烯(XLPE)绝缘层3、绝缘屏蔽层4、金属屏蔽层5、铅护套层6和高密度聚乙烯(HDPE)护套层7，其中所述导体屏蔽层2、交联聚乙烯(XLPE)绝缘层3、绝缘屏蔽层4、金属屏蔽层5、铅护套层6和高密度聚乙烯(HDPE)护套层7依次包覆于所述导体1外表面；
所述防护层单元由内至外依次为PP内衬层10、铠装钢丝层11和涂覆防腐沥青的聚丙烯层12，其中，所述铠装钢丝层11和涂覆防腐沥青的聚丙烯层(该层为外被层，一般是将防腐沥青涂覆于聚丙烯绳表面)12依次包覆于内衬层10外表面；
其中所述交联聚乙烯绝缘层3由按照质量百分比计的如下原料制得：交联聚乙烯90％、改性纳米二氧化钛5％、纳米硅藻土5％，总计100％，所述改性纳米二氧化钛按照如下方法制备：将硬脂酸和乙酸乙酯按照1：10的比例混合搅拌均匀，将纳米二氧化钛加入其中，搅拌升温至70-72℃，恒温搅拌30-40min，趁热过滤，并用乙酸乙酯洗涤，将滤饼于0.8-0.9MPa、50-60℃下干燥2-2.5h，即得所述改性纳米二氧化钛。
所述绝缘屏蔽层4由按照质量份数计的如下原料制得：聚乙烯80％、环烯烃共聚物10％、改性纳米二氧化钛5％、硬脂酸钠5％，总计100％。
所述导体屏蔽层2由EVA、乙炔炭黑和硬脂酸钠的混合料制得，其中EVA、乙炔炭黑和硬脂酸钠的质量比为10：8：0.06。
本发明的阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆的制造方法可参照现有的复合缆的制造方法，所不同的是导体屏蔽层2、交联聚乙烯(XLPE)绝缘层3和绝缘屏蔽层4通过三层共挤制得，共挤时的温度为220℃。
分别取100米实施例1至3制得的复合缆，进行盘绕试验、拉伸试验及张力弯曲试验。其中进行盘绕试验时，将复合缆盘绕成圈的直径为3-5m，退扭高度为5-6m，回复后收至电缆盘进行其他性能测试；拉伸试验和张力弯曲试验按照现有试验方法进行测试即可。试验结果如下表1所示：
表1复合缆性能测试结果
取实施例1至3中复合缆中的电力线芯单元，对三层共挤屏蔽层进行阻水试验和耐腐蚀试验，其中阻水试验设置为：将电力线芯单元连续30天置于水压0.3MPa的试验环境中，实验用水为收集的海水，试验结束后检测电力线芯单元表面的渗水厚度并观察其表面屏蔽层的外观，结果如下表2所示：
表2电力线芯单元测试结果
实施例1 实施例2 实施例3
渗水厚度/mm 0.11 0.12 0.11
外观 无起皱，无皲裂 无起皱，无皲裂 无起皱，无皲裂
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆，包括数个电力线芯单元、数个光纤单元(9)、填充物(8)和防护层单元，所述防护层单元内包覆所述电力线芯单元和光纤单元(9)，所述防护层单元、电力线芯单元和光纤单元(9)之间填充有所述填充物(8)，其特征在于，所述电力线芯单元由内至外依次为导体(1)、导体屏蔽层(2)、交联聚乙烯绝缘层(3)、绝缘屏蔽层(4)、金属屏蔽层(5)、铅护套层(6)和高密度聚乙烯护套层(7)，其中所述导体屏蔽层(2)、交联聚乙烯绝缘层(3)、绝缘屏蔽层(4)、金属屏蔽层(5)、铅护套层(6)和高密度聚乙烯护套层(7)依次包覆于所述导体(1)外表面；
所述防护层单元由内至外依次为内衬层(10)、铠装钢丝层(11)和涂覆防腐沥青的聚丙烯层(12)，其中，所述铠装钢丝层(11)和涂覆防腐沥青的聚丙烯层(12)依次包覆于内衬层(10)外表面；
其中所述交联聚乙烯绝缘层(3)由按照质量百分比计的如下原料制得：交联聚乙烯80-90％、改性纳米二氧化钛5-10％、纳米硅藻土5-10％，总计100％；
所述绝缘屏蔽层(4)由按照质量份数计的如下原料制得：聚乙烯80-85％、环烯烃共聚物5-10％、改性纳米二氧化钛5-8％、硬脂酸钠5-7％，总计100％；
所述改性纳米二氧化钛按照如下方法制备：将硬脂酸和乙酸乙酯按照1：10的比例混合搅拌均匀，将纳米二氧化钛加入其中，搅拌升温至70-72℃，恒温搅拌30-40min，趁热过滤，并用乙酸乙酯洗涤，将滤饼于0.8-0.9MPa、50-60℃下干燥2-2.5h，即得所述改性纳米二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆，其特征在于，所述导体屏蔽层(2)由EVA、乙炔炭黑和硬脂酸钠的混合料制得，其中EVA、乙炔炭黑和硬脂酸钠的质量比为10：8：0.06。
3.根据权利要求1所述的阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆，其特征在于，所述内衬层(10)为PP内衬层。
4.根据权利要求1所述的阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆，其特征在于，所述导体屏蔽层(2)、交联聚乙烯绝缘层(3)和绝缘屏蔽层(4)通过三层共挤制得。
5.根据权利要求4所述的阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆，其特征在于，所述三层共挤时的温度为200-220℃。
6.根据权利要求1所述的阻水耐腐蚀海底光纤复合电力电缆，其特征在于，包括三个电力线芯单元和两个光纤单元(9)。
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