CN111524644A - 海底电缆 - Google Patents

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赵囿林
胡明
王丽媛
李雷
聂影
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Abstract

一种海底电缆，包括由内向外设置的若干电力单元、填充单元及保护单元，若干所述电力单元包括阻水导体及包覆在所述阻水导体外周的绝缘层，所述若干所述电力单元还包括包覆在所述绝缘层外周的第一金属屏蔽层及第二金属屏蔽层，所述第一金属屏蔽层及所述第二金属屏蔽层内侧分别设置有半导电阻水层，所述第一金属屏蔽层或所述第二金属屏蔽层为挤包合金铅套结构。通过混合金属屏蔽结构，可显著增加金属屏蔽层的短路泄流能力，金属屏蔽层短路电流可提升25％～400％，解决大容量海底电缆短路电流容量不足的问题。

Description

海底电缆
技术领域
本申请涉及海底电缆设计制造技术领域，特别是指一种海底电缆。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本申请的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
目前，铅套由于具有良好的耐腐蚀性、化学稳定性和径向阻水性能，在国内中高压交联聚乙烯绝缘海底电缆中应用广泛，作为金属屏蔽层使用，但铅套也存在密度比重大、电阻率高、机械性能和承载短路电流能力一般等缺点。
在海底环境中，金属屏蔽层可以与半导电聚乙烯护套、金属铠装层通过海水一起导通形成等电位结构，铠装层可以与金属屏蔽层共同承担短路泄流的作用；但在电力系统短路电流要求高的工程项目中，在海缆登陆时，登陆段由于处于干燥和潮湿的复杂土壤状态下，金属屏蔽层和铠装层之间没有导电通路，铠装层便无法与金属屏蔽层共同承担短路电流，可能会造成短路电流不够的情况。特别是铅套结构，通过增加铅套厚度提升短路电流会显著增大海缆重量和成本，也不利于海缆的敷设安装。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种改进的海底电缆。
本申请提供的技术方案为：
一种海底电缆，包括由内向外设置的若干电力单元、填充单元及保护单元，若干所述电力单元包括阻水导体及包覆在所述阻水导体外周的绝缘层，若干所述电力单元还包括包覆在所述绝缘层外周的第一金属屏蔽层及第二金属屏蔽层，所述第一金属屏蔽层及所述第二金属屏蔽层内侧分别设置有半导电阻水层，所述第一金属屏蔽层或所述第二金属屏蔽层为挤包合金铅套结构。
在本申请的一些实施方式中，所述第一金属屏蔽层及所述第二金属屏蔽层其中一层为多根金属丝绞合和/或金属带搭盖绕包结构。
在本申请的一些实施方式中，所述第一金属屏蔽层为挤包合金铅套结构，所述第二金属层为多根金属丝绞合和/或金属带搭盖绕包结构，所述第二金属屏蔽层的外周设置有阻水层。
在本申请的一些实施方式中，所述第一金属屏蔽层为挤包合金铅套结构，所述第二金属屏蔽层为铜塑复合带或铝塑复合带绕包或纵包结构。
在本申请的一些实施方式中，若干所述电力单元还包括导体屏蔽层及绝缘屏蔽层，所述导体屏蔽层及所述绝缘屏蔽层分别位于所述绝缘层的内侧和外侧，所述导体屏蔽层、绝缘层及绝缘屏蔽层为三层共挤形式。
在本申请的一些实施方式中，所述电力单元的数量为一个，所述填充单元包括填充层及复合光缆，所述填充层为多根挤出聚合物圆棒绞合而成，所述复合光缆对称分布在所述填充层中。
在本申请的一些实施方式中，所述电力单元的数量大于1个，所述填充单元填充在电力单元的成缆绞合的间隙中，相邻两个所述电力单元之间的间隙中填充有复合光缆。
在本申请的一些实施方式中，所述保护单元包括设置在所述填充单元外周的包带层，所述包带层外轴搭盖绕包有一层或两层防虫铜带层。
在本申请的一些实施方式中，所述电力单元还包括非金属层，所述非金属层包覆在所述第二金属屏蔽层的外周。
在本申请的一些实施方式中，所述保护单元包括由内向外依次设置的内衬层、铠装层及外被层，所述内衬层为一层聚丙烯绳缠绕结构，所述外被层为聚丙烯绳缠绕或热塑性聚合物挤包结构，所述铠装层外层涂覆防腐材料。
上述所述海底电缆，通过第一金属屏蔽层或第二金属屏蔽层设置为挤包合金铅套结构，使得相比直接增加铅套厚度，采用混合金属屏蔽型式具有更加优势的短路泄流能力和均衡电场能力，可有效解决大容量海底电缆短路电流容量不足的问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
图1为本申请一实施方式中海底电缆的截面示意图。
图2为本申请另一实施方式中海底电缆的截面示意图。
图3为本申请再一实施方式中海底电缆的截面示意图。
附图标记说明:
海底电缆 100
电力单元 10
阻水导体 11
导体屏蔽层 12
绝缘层 13
绝缘屏蔽层 14
半导电阻水层 15
第一金属屏蔽层 16
第二金属屏蔽层 17
阻水层 18
非金属层 19
填充单元 30
填充层 31
复合光缆 33
保护单元 50
包带层 51
防虫铜带层 52
内衬层 53
铠装层 55
外被层 57
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请实施例。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请实施例，所描述的实施方式仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请实施例保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请实施例。
一种海底电缆，包括由内向外设置的若干电力单元、填充单元及保护单元，若干所述电力单元包括阻水导体及包覆在所述阻水导体外周的绝缘层，若干所述电力单元还包括包覆在所述绝缘层外周的第一金属屏蔽层及第二金属屏蔽层，所述第一金属屏蔽层及所述第二金属屏蔽层内侧分别设置有半导电阻水层，所述第一金属屏蔽层或所述第二金属屏蔽层为挤包合金铅套结构。
上述海底电缆，通过混合金属屏蔽结构，可显著增加金属屏蔽层的短路泄流能力，相较于常规增加铅套厚度的型式，屏蔽层短路电流可提升25％～400％，可有效解决大容量海底电缆短路电流容量不足的问题，同时有效减轻海缆重量。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参阅图1、图2和图3，一种海底电缆100，包括若干电力单元10、填充单元30及保护单元50，所述保护单元50包覆在所述电力单元10及所述填充单元30的外周。在一实施方式中，请参阅图1和图3，所述电力单元10数量为1，所述填充单元30填充在所述电力单元10及所述保护单元50之间，所述电力单元10、所述填充单元30及所述保护单元50由内向外依次设置。在其他实施方式中，请参阅图2，所述电力单元10数量至少两个，多个所述电力单元10成缆绞合，所述填充单元30填充在所述电力单元10的间隙之间，所述保护单元50的内侧壁与最外层所述电力单元10的外周相切设置。
请参阅图1和图2，所述电力单元10包括阻水导体11、导体屏蔽层12、绝缘层13、绝缘屏蔽层14、半导电阻水层15、第一金属屏蔽层16、第二金属屏蔽层17及非金属层19。在一实施方式中，所述阻水导体11位于所述电力单元10的中心位置，所述阻水导体11为紧压圆形导体，所述阻水导体11采用多根圆铜丝分层绞合形成，并且在每层铜丝之间覆有防海水型阻水材料；形成所述阻水导体11的铜单丝的导体截面为500mm2。在其他实施方式中，所述阻水导体11还可以采用多根铝丝分层绞合形成，形成所述阻水导体11的单丝形状为梯形或圆形，并且形成所述阻水导体11的单丝的电阻符合GB/T3953标准。
在一实施方式中，所述导体屏蔽层12、绝缘层13及绝缘屏蔽层14由内向外依次包覆在所述阻水导体11的外周，所述导体屏蔽层12、所述绝缘层13及所述绝缘屏蔽层14采用三层共挤型式，一次性挤出。通过三层共挤的形式可以防止在导体屏蔽层12、绝缘层13及绝缘屏蔽层14之间引入外界的杂质，提升绝缘线芯的圆整度和界面光滑度；同时，使得绝缘层13与导体屏蔽层12及绝缘屏蔽层14之间紧密结合在一起，可提高起始游离放电电压、改善电场分布，提升电缆的耐压水平和使用寿命。
所述半导电阻水层15设置为两层，两层所述半导电阻水层15分别位于所述第一金属屏蔽层16及第二金属屏蔽层17的内侧侧壁，位于所述第一金属屏蔽层16内侧的半导电阻水层15包覆在所述绝缘屏蔽层14的外周。所述半导电阻水层15为一层半导电阻水带搭盖绕包形成，所述半导电阻水层15的搭盖率为10％-30％，所述半导电阻水层15的材料为高吸水速率和膨胀速率的防海水型半导电阻水带。
请参阅图1和图2，所述第一金属屏蔽层16及所述第二金属屏蔽层17中其中一层为挤包合金铅套结构，另外一层为多根金属丝绞合和/或金属带搭盖绕包结构。在一实施方式中，请参阅图1，所述第一金属屏蔽层16为铜带屏蔽层，所述铜带屏蔽层为紫铜带搭盖绕包形成，所述铜带屏蔽层的紫铜带厚度为0.12mm，搭盖率为25～35％，所述第二金属屏蔽层17为挤包无缝合金铅套结构，所述无缝合金铅套屏蔽结构中材料纯度不小于99.3％。在另一实施方式中，请参阅图2，所述第一金属屏蔽层16为挤包无缝合金铅套结构，所述第二金属屏蔽层17为绞合形成的铜丝屏蔽层和铜带屏蔽层的结合，形成铜丝屏蔽层的铜丝的规格为2.5mm，形成铜带屏蔽层的铜带的厚度为0.1mm，铜带搭盖率为20-35％，在所述第二金属屏蔽层17的外周还设置有一层半导电阻水层18，所述半导电阻水层18与半导电阻水层15的结构相同。在其他实施方式中，请参阅图3，所述第一金属屏蔽层16为合金铅套屏蔽层，所述第二金属屏蔽层17为铝塑复合带屏蔽层。
请参阅图1，在一实施方式中，所述非金属层19挤包形成在所述第二金属屏蔽层17的外周，所述非金属层19的材料为半导电聚乙烯材料，所述非金属层19的材料密度为1.15g/cm3。在其他实施方式中，所述非金属层19还可以挤包形成在所述半导电阻水层18的外周。
所述填充单元30包括填充层31及复合光缆33，在一实施方式中，请参阅图1，所述电力单元10为一个，所述填充层31为由多根挤包形成的聚乙烯圆棒条绞合形成，所述填充层31绞合包覆在所述电力单元10的外周，在所述填充层31内对称间隔分布有2根复合光缆33，在其他实施方式中，所述复合光缆33的数量还可以为3-8根，所述复合光缆33的直径与形成填充层31的聚乙烯圆棒条直径一致。在另一实施方式中，请参阅图2，所述电力单元10为多个，所述填充层31填充在所述电力单元10的成缆绞合的间隙内，所述填充层31的材料为成型填充条，由橡胶或塑料聚合物混合挤出而成，所述复合光缆33位于相邻所述电力单元10及所述填充层31之间的间隙内。在其他实施方式中，所述填充层31的材料也可以为聚丙烯填充绳材料。
请参阅图1，在一实施方式中，所述保护单元50包括由内向外依次设置的内衬层53、铠装层55及外被层57，所述内衬层53为缠绕在所述填充单元30的外周的一层聚丙烯绳，所述内衬层53的缠绕方向与所述填充层31的绞合方向相反；所述铠装层55为绞合设置在所述内衬层53外周的多根硬铜丝，组成所述铠装层55的硬铜丝的直径为5.0mm，材料强度不小于350MPa，在所述铠装层55的外周还涂覆有防腐沥青材料；所述外被层为缠绕在所述铠装层55外周的两层聚丙烯绳，两层所述聚丙烯绳的绞合方向相反。在其他实施方式中，所述铠装层55还可以由多根低碳镀锌钢丝绞合而成，组成所述铠装层55的低碳镀锌钢丝直径为6.0mm，材料强度不小于350MPa。
请参阅图2，在另一实施方式中，所述保护单元50还包括包带层51及防虫铜带层52，所述包带层51及所述防虫铜带层52位于所述内衬层53的内侧，所述包带层51绕包在所述电力单元10绞合成缆的外周，所述包带层51的绑扎材料为高强度的涂胶布带，搭盖率为20-40％，所述防虫铜带层52由铜带绕包形成在所述包带层51的外周，组成所述防虫铜带层52的铜带的厚度为0.12mm，搭盖率为20％～40％。通过在电力单元10的外层增加防虫铜带的结构，可以起到防鼠、防白蚁、防海洋生物侵蚀的作用，提升海底电缆100在复杂海洋环境下的运行能力和使用寿命。在其他实施方式中，所述包带层51的绑扎材料也可为高强度PBT包带、聚酯纤维带、无纺布、棉布带或其他适用的材料。
由于铜、铝等金属材料的导电性要优于铅，为了满足上述海底电缆100的短路电流需求，采用混合金属屏蔽型式具有更加优势的短路泄流能力和均衡电场能力。相较于现有技术中仅通过增加铅套厚度的海底电缆，本申请中的金属屏蔽层短路电流可提升25％～400％，可有效解决大容量海底电缆100短路电流不足的问题。在相同短路容量需求下，混合金属屏蔽结构比纯铅套结构可显著减小海底电缆100的外径和重量，同时保留了铅套良好的径向阻水能力；且铜、钢、铝等金属的抗拉强度要优于铅，通过混合金属屏蔽结构，还可有效提升海底电缆100的机械性能，其中，在有金属丝屏蔽的海底电缆100结构中，金属丝屏蔽层还可以与铠装层55可共同承担海底电缆100敷设安装和运行时受到的张力，起到防护海底电缆100线芯的作用。
以上实施方式仅用以说明本申请实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种海底电缆，包括由内向外设置的若干电力单元、填充单元及保护单元，若干所述电力单元包括阻水导体及包覆在所述阻水导体外周的绝缘层，其特征在于：若干所述电力单元还包括包覆在所述绝缘层外周的第一金属屏蔽层及第二金属屏蔽层，所述第一金属屏蔽层及所述第二金属屏蔽层内侧分别设置有半导电阻水层，所述第一金属屏蔽层或所述第二金属屏蔽层为挤包合金铅套结构。
2.根据权利要求1所述的海底电缆，其特征在于：所述第一金属屏蔽层及所述第二金属屏蔽层其中一层为多根金属丝绞合和/或金属带搭盖绕包结构。
3.根据权利要求2所述的海底电缆，其特征在于：所述第一金属屏蔽层为挤包合金铅套结构，所述第二金属层为多根金属丝绞合和/或金属带搭盖绕包结构，所述第二金属屏蔽层的外周设置有阻水层。
4.根据权利要求1所述的海底电缆，其特征在于：所述第一金属屏蔽层为挤包合金铅套结构，所述第二金属屏蔽层为铜塑复合带或铝塑复合带绕包或纵包结构。
5.根据权利要求1所述的海底电缆，其特征在于：若干所述电力单元还包括导体屏蔽层及绝缘屏蔽层，所述导体屏蔽层及所述绝缘屏蔽层分别位于所述绝缘层的内侧和外侧，所述导体屏蔽层、绝缘层及绝缘屏蔽层为三层共挤形式。
6.根据权利要求1所述的海底电缆，其特征在于：所述电力单元的数量为一个，所述填充单元包括填充层及复合光缆，所述填充层为多根挤出聚合物圆棒绞合而成，所述复合光缆对称分布在所述填充层中。
7.根据权利要求1所述的海底电缆，其特征在于：所述电力单元的数量大于1个，所述填充单元填充在电力单元的成缆绞合的间隙中，相邻两个所述电力单元之间的间隙中填充有复合光缆。
8.根据权利要求7所述的海底电缆，其特征在于：所述保护单元包括设置在所述填充单元外周的包带层，所述包带层外轴搭盖绕包有一层或两层防虫铜带层。
9.根据权利要求1所述的海底电缆，其特征在于：所述电力单元还包括非金属层，所述非金属层包覆在所述第二金属屏蔽层的外周。
10.根据权利要求1所述的海底电缆，其特征在于：所述保护单元包括由内向外依次设置的内衬层、铠装层及外被层，所述内衬层为一层聚丙烯绳缠绕结构，所述外被层为聚丙烯绳缠绕或热塑性聚合物挤包结构，所述铠装层外层涂覆防腐材料。
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