CN112509733B - 一种高压直流光纤电力复合海缆 - Google Patents

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Abstract

一种高压直流光纤电力复合海缆，在绝缘填料单元(20)和铠装护套单元(40)之间设有挤包复合单元(30)，所述复合挤包单元(30)包括内而外顺序设置的纵包铝塑层(31)、包胶交联层(32)和包胶弹性层(33)，包胶交联层(32)和包胶弹性层(33)通过波浪形界面复合包覆，包胶交联层(32)的材料弹性模量大于包胶弹性层(33)的材料弹性模量；光纤单元(60)平行于中心轴线A地或者以一定螺距螺旋地嵌设于包胶交联层(32)，加强纤维束(70)则平行于中心轴线A地可选择地嵌设于包胶交联层(32)和/或包胶弹性层(33)。所述高压直流光纤电力复合海缆，纵向水密封性能和柔韧性显著提高。

Description

一种高压直流光纤电力复合海缆
技术领域
本发明涉及电力电缆的技术领域，具体涉及一种高压直流光纤电力复合海缆。
背景技术
海底高压电力电缆由于受制造长度的限制，质量风险大、水密性能要求高，生产难度很大。海底电缆在使用过程中，难免会受到外界机械侵蚀以及海水的侵蚀，因此海底电缆必须要具备良好的机械强度和高的阻水性能。
现有的常规结构海缆无法满足海上潮汐能、波浪能发电装置及其他海洋环境下柔性直流电力传输的需求。常规结构海缆在动态海洋环境条件下运行主要存在以下问题。(1)在长期潮汐、海浪波动环境下经受多次重复弯曲，因“疲劳效应”而出现铅套开裂情况。(2)运行时弯曲半径一般为15D(D为海缆外径)，不能满足潮汐能或波浪能发电过程中不大于8D的弯曲半径要求，将因过度弯曲而致线路中断。(3)采用比重大的金属合金铅护套，在潮汐能发电时，因海缆自身的重力过大，将对发电装置产生拖拽，影响其获得更多的动能。(4)采用单层或多层的金属丝铠装刚性结构，其重量和尺寸对潮汐能发电装置及自身的敷设和维护带来诸多不便。
而对于光电复合电缆，还需满足一点：与拉伸力一起连续反复作用的抗扭转应力和弯曲应力的疲劳特性必须优异。因为，在光电复合电缆的情况下，一起设置的用于传输电力的多根导电线集束的芯单元和包括光纤的光学单元，并且该光学单元与电源线不同，由于连续的扭曲和弯曲，它很容易损坏或可能会造成光损失。
韩国LS电缆有限公司公开了一种海底光纤电力复合电缆(KR20190084513A，20190717)，三根圆形紧压导体芯缆300中心对称布置，加上中间间隔设有内置光纤的预成型体400，扭绞成一圆形截面的缆芯体，然后外包内外护套层700和中间的金属增强护线层710A、710B。这样的结构，使得光纤电力复合电缆达到良好的机械性能，比如允许的拉伸载荷为约700kN以上，轴向刚度为约250至300MN，并且抗应力的弯曲刚度约为2.4至2.5kN.m2，抗扭应力的抗扭刚度约为25至30kN.m2。但是，其缺点是损失了纵向密封性能，电缆破损处会有很长的渗水长度。
如何在满足机械强度和阻水性能的同时，使得电缆具有①较好的柔软度，以适应波浪能、潮汐发电及其他波动较大、较频繁的海洋环境；②优异的抵抗扭转和弯曲的疲劳特性，以保护光纤，是高压直流光电复合海缆领域的关键技术难题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高压直流光纤电力复合海缆，解决海缆满足机械强度和阻水性能的同时较好的柔软度和优异的抵抗扭转和弯曲的疲劳特性的问题。
本发明的目的是这样实现的，一种高压直流光纤电力复合海缆，所述复合电缆为以一定横截面沿中心轴线A延伸的延伸体，包括由内而外顺序设置的导体芯单元、绝缘填料单元和铠装护套单元；
还包括设于绝缘填料单元和铠装护套单元之间的挤包复合单元，所述复合挤包单元包括内而外顺序设置的纵包铝塑层、包胶交联层和包胶弹性层，包胶交联层和包胶弹性层通过波浪形界面复合包覆，包胶交联层的材料弹性模量大于包胶弹性层的材料弹性模量；
光纤单元平行于中心轴线A地或者以一定螺距螺旋地嵌设于包胶交联层，加强纤维束则平行于中心轴线A地可选择地嵌设于包胶交联层和/或包胶弹性层；加强纤维束的嵌设半径大于等于光纤单元的嵌设半径；所述嵌设半径是指光纤单元或加强纤维束的中心线距离中心轴线A的长度。
进一步地，包胶交联层包括整圆包覆部和间隔环形阵列的多个凸圆弧形的波峰复合部，包胶弹性层至少包括设于波峰复合部之间的波谷填充部，从而使得包胶弹性层包覆于包胶交联层外形成高真圆度横截面；光纤单元和加强纤维束同嵌设半径地且平行于中心轴线A地交替嵌设于波峰复合部。
进一步地，波峰复合部和波谷填充部以一定螺距h沿中心轴线A螺旋设置，所述包胶弹性层还包括一体连接于波谷填充部径向外侧的圆整包覆部，光纤单元嵌设于波峰复合部(32.2)，加强纤维束嵌设于圆整包覆部正对波谷填充部位置且与波峰复合部交替布置。
进一步地，光纤单元嵌设于波峰复合部，加强纤维束与波峰复合部交替布置地嵌设于波谷填充部，且光纤单元和加强纤维束平行于中心轴线A延伸且使得包覆光纤单元的平均层厚大致等于包覆加强纤维束的平均层厚。
进一步地，还包括设于不同性质的界面接合处的接合强化单元，所述接合强化单元包括阻水粘结层，所述阻水粘结层设置于绝缘填料单元和复合挤包单元之间，和/或设置于所述铠装护套单元和复合挤包单元之间，以在不同性质的界面接合处形成阻水环。
进一步地，所述铠装护套单元包括编丝铠装层和护套层，阻水粘结层还设于编丝铠装层与相邻的护套层和包胶弹性层之间。
进一步地，阻水粘结层包括熔点大于100℃、熔融指数MI大于等于15g/10min且耐40℃左右水温水洗的热熔胶。
进一步地，所述接合强化单元还包括设于包胶交联层和包胶弹性层之间结合增强结构，所述结合增强结构包括设于包胶交联层外表面沿中心轴线A延伸地的凸棱和/或凹槽，或者设于包胶交联层外表面交叉的凸筋纹理，或者设于包胶交联层和包胶弹性层接合面的耐100℃以上高温的无纺布。
进一步地，包胶交联层的材料弹性模量E1和包胶弹性层的材料弹性模量E2，满足条件：E2≈0.618E1。
进一步地，所述包胶交联层采用阻水橡胶并挤包后在线通过辐射交联方式交联硫化，包胶弹性层采用高弹性体材料；根据包胶弹性层的材料弹性模量来调整包胶交联层的填料组份及硫化程度从而调整包胶交联层的材料弹性模量。
所述高压直流光纤电力复合海缆，单输电缆芯外嵌设多根光缆和加强纤维束，通过包胶交联层和包胶弹性层的协同配合，相较同直径的现有海缆，拉伸载荷提高了19.8％，透水长度相对变短了26.8％，弯曲刚度下降28.5％，最小弯曲半径减小了25.1％，海缆的柔韧性显著提高。
附图说明
图1为本发明高压直流光纤电力复合海缆的实施例一的实现例1的主剖视图。
图2为本发明高压直流光纤电力复合海缆的实施例一的实现例2的主剖视图。
图3为本发明高压直流光纤电力复合海缆的实施例一的实现例3的主剖视图。
图4为本发明高压直流光纤电力复合海缆的实施例一的导体芯单元的主剖视图。
图5为本发明高压直流光纤电力复合海缆的图4的局部放大图I。
图6为本发明高压直流光纤电力复合海缆的实施例二的主剖视图。
图7为本发明高压直流光纤电力复合海缆的实施例三的主剖视图。
图8为本发明高压直流光纤电力复合海缆的图7的实现例1的局部放大图II。
图9为本发明高压直流光纤电力复合海缆的图7的实现例2的局部放大图II。
上述图中的附图标记：
10导体芯单元，11圆形紧压导体，12阻水带，13中心圆形导体，14瓦形导线，15导体屏蔽层
20绝缘填料单元，21绝缘填料层，22绝缘屏蔽层
30复合挤包单元，31纵包铝塑层，32包胶交联层，33包胶弹性层
40铠装护套单元，41编丝铠装层，42护套层
50阻水粘结层，
60光纤单元，61光纤，62加强线束，63光纤铠装
70加强纤维束，71第一加强纤维束，72第二加强纤维束
90结合强化层，91凸棱，92凹槽，93无纺布
32.1整圆包覆层，32.2波峰复合部，33.1波谷填充部，33.2圆整包覆部
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种高压直流光纤电力复合海缆，所述复合电缆为以横截面沿中心轴线A延伸的延伸体，所述横截面为圆形或矩形或正方形；包括由内而外顺序设置的导体芯单元10、绝缘填料单元20、复合挤包单元30、铠装护套单元40。
所述导体芯单元10包括内置阻水带12的圆形紧压导体11，圆形紧压导体11外设有导体屏蔽层15。所述圆形紧压导体11由中心圆形导体13、多根瓦形导线14逐层波浪式绞合阻水带12紧压而成，导体填充系数大于等于95％，紧压后导体有效截面大于90mm2。阻水带12为纤维布层两侧浸渍有吸水膨胀颗粒层。
所述绝缘填料单元20包括绝缘填料层21和绝缘屏蔽层22，所述绝缘填料层21以高真空下抽吸进行除气的方式同轴挤包于导体芯单元10外。绝缘填料层21优选XLPE交联聚乙烯。
所述复合挤包单元30包括纵包铝塑层31、包胶交联层32和包胶弹性层33，包胶交联层32包括整圆包覆层32.1，一体连接于整圆包覆层外中心对称地设有多个波峰复合部32.2，所述波峰复合部32.2沿中心轴线延伸。所述包胶交联层32采用阻水橡胶并通过辐射交联方式交联硫化。所述阻水橡胶优选三元乙丙橡胶是乙烯/丙烯/共轭二烯烃的共聚物(EPDM)，保持乙丙橡胶的性质同时可进行硫化。磺化度高于0.5mol/g的磺化三元乙丙橡胶，是一种热塑性弹性体，试验结果证明，三元乙丙橡胶经过磺化以后其黏着性能及剥离性能都有很大程度提升。
包胶弹性层33包括填充于波峰复合部32.2的之间空间的波谷填充部33.1，优选地还包括一体包覆于波谷填充部33.1外侧的圆整包覆部33.2，从而使得包胶弹性层33包覆于包胶交联层32外形成高真圆度横截面的电缆外形。
所述包胶弹性层33的弹性高于包胶交联层32，包胶弹性层33采用高弹性体材料，优选聚氨酯类弹性体材料，比如聚醚聚氨酯聚合物。
包胶交联层32的材料弹性模量E1大于包胶弹性层33的材料弹性模量E2，最优情况选择为满足条件：E2≈0.618E1。根据包胶弹性层33的材料弹性模量E2来调整包胶交联层32的填料组份及硫化程度来调整包胶交联层32的材料弹性模量E1。
关于光纤单元和加强纤维束的嵌设布置：至少光纤单元平行中心轴线A延伸地嵌设于包胶交联层32的波峰复合部，加强纤维束70则可选择地平行中心轴线A延伸地嵌设于包胶交联层32的波峰复合部和/或包胶弹性层33的波谷填充部。但是要保证光纤单元与加强纤维束交替设置且至少嵌设于波峰复合部的嵌设半径大致相等。嵌设于波谷复合部的嵌设半径大于或等于嵌设于波峰复合部的嵌设半径。嵌设半径就是指光纤单元或加强纤维束的中心线距离中心轴线A的距离。
方案1：二者交替嵌设于包胶交联层32的波峰复合部
多个所述波峰复合部32.2内交替嵌设有至少3根光纤单元60和至少3根加强纤维束70，所述光纤单元60的中心和加强纤维束70位于同一中心圆上。光纤单元60和加强纤维束70均平行于中心轴线A延伸。包胶交联层32内壁一体复合在纵包铝塑层31上且包覆于纵包铝塑层31、光纤单元60和加强纤维束70的包胶厚度大致相等。
方案2：光纤单元嵌设于包胶交联层32的波峰复合部，加强纤维束嵌设于包胶弹性层33的波谷填充部
包胶交联层32的波峰复合部32.2和包胶弹性层33的波谷填充部33.1交替，波峰复合部32.2内中心对称地嵌设有光纤单元60，波谷填充部33.1内中心对称地嵌设有加强纤维束70。加强纤维束70嵌设于波谷填充部33.1且与波峰复合部32.2交替布置，且光纤单元60和加强纤维束70平行于中心轴线A延伸且使得包覆光纤单元的平均层厚大致等于包覆加强纤维束的平均层厚。
方案3：光纤单元嵌设于包胶交联层32的波峰复合部，加强纤维束分别平行中心轴线A地嵌设于包胶交联层32的波峰复合部和包胶弹性层33的波谷填充部
嵌设于包胶交联层32的波峰复合部的加强纤维束为第一加强纤维束71，嵌设于包胶弹性层33的波谷填充部的加强纤维束为第二加强纤维束72，第一加强纤维束71的直径小于第二加强纤维束72的直径。
所述铠装护套单元40包括编丝铠装层41和护套层42。护套层52的材料弹性与包胶弹性层33的弹性大致相同。护套层52优选HDPE或聚氨酯类弹性体材料。编丝铠装层41与加强纤维束采用相同材料的纤维制成。编丝铠装层41和加强纤维束70最优选择芳纶纤维绞成一定直径的绳状，加强纤维束70的直径大于编丝铠装层41的纤维直径。编丝铠装层41也可选择金属丝铠装，比如镀锡铜丝铠装。护套层42也可包括内护套和外护套。采用交联聚烯烃材料制成。
所有挤包工艺均为将熔融树脂材料送入具有通风孔的挤出机中，采用加热熔融的条件下通过从通风孔以-99.99KPa或更大的高真空下抽吸进行除气，然后挤包成型。
所述光纤单元60包括至少一根光纤61和多跟加强线束62绞合成绳状，挤包阻水填料层63，然后纵包光纤铠装64而成。光纤铠装64至少包括不锈钢软管，也可以在不锈钢软管内设不锈钢丝编织层，以增加抗拉强度。阻水填料层63优选聚氨酯类弹性体材料。
技术要点：
一种高压直流光纤电力复合海缆，导体芯单元10和绝缘填料单元20构成圆形截面的输电缆芯，在缆芯和铠装护套单元之间设有复合挤包单元30，复合挤包单元30包括纵包铝塑层31、包胶交联层32和包胶弹性层33，包胶交联层32包括整圆包覆层32.1和多个环形阵列的凸圆弧形的波峰复合部32.2，波峰复合部32.2内交替嵌设光纤单元60和加强纤维束70。包胶交联层32的材料弹性模量E1大于包胶弹性层33的材料弹性模量E2。嵌设于波谷复合部的嵌设半径大于或等于嵌设于波峰复合部的嵌设半径。嵌设半径就是指光纤单元或加强纤维束的中心线距离中心轴线A的距离。所述复合挤包单元30以纵包铝塑层31和包胶交联层32为骨，以包胶弹性层33为肉，弯曲时肉可以相对于骨轴向相对形变位移，以增加海缆的柔韧性。
实施例2
改进复合挤包单元，将光纤单元60沿中心轴线A延伸改为螺旋缠绕，加强纤维束70设于光纤单元60径向外侧。其他结构同实施例1。
一种高压直流光纤电力复合海缆，导体芯单元10和绝缘填料单元20构成圆形截面的输电缆芯，在缆芯和铠装护套单元之间设有复合挤包单元30，包胶交联层32的波峰复合部32.2和包胶弹性层33的波谷填充部33.1交替且沿中心轴线A以一定螺距h螺旋设于输电缆芯周围，螺距h满足100mm≤h≤500mm。包胶弹性层33包括填充于波峰复合部32.2的之间空间的波谷填充部33.1和一体包覆于波谷填充部33.1外侧的圆整包覆部33.2，多个波峰复合部32.2内沿中心轴线A螺旋嵌设有光纤单元60，圆整包覆部33.2内与光纤单元交替地、平行中心轴线A延伸地设有多根加强纤维束70。多根所述加强纤维束70正对波谷填充部33.1位置且中心对称。
技术要点：
一种高压直流光纤电力复合海缆，复合挤包单元30的波峰复合部和波谷填充部以一定螺距h沿中心轴线A螺旋设置，光纤单元60嵌设于波峰复合部，而加强纤维束70于光纤单元的嵌设半径外侧嵌设于包胶弹性层33的圆整包覆部33.2，且二者各自中心对称且在电缆整个横截面内交替设置。螺距h满足100mm≤h≤500mm。光纤单元螺旋复合，增加了电缆的柔性，减小了海中反复的弯曲扭力对光纤单元的损害。
实施例3
改进复合挤包单元，加入强化界面结合的结构，其他结构同实施例1或2。
一种高压直流光纤电力复合海缆，导体芯单元10和绝缘填料单元20构成圆形截面的输电缆芯，在缆芯和铠装护套单元之间设有复合挤包单元30，还包括设于不同性质的界面接合处的接合强化单元。所述接合强化单元包括阻水粘结层50和结合增强结构90，所述阻水粘结层50设置于绝缘填料单元20和复合挤包单元30之间，或者所述铠装护套单元40和复合挤包单元30之间，或者编丝铠装层41与相邻的护套层42和包胶弹性层33之间，以在不同性质的界面接合处形成阻水环。所述结合增强结构90设于包胶交联层32和包胶弹性层33之间，具体地，包胶交联层32外表面沿中心轴线A延伸地设有凸棱91和/或凹槽92，所述凸棱的高度或凹槽的深度在1-2mm。或者包胶交联层32外表面设有交叉的凸筋纹理，凸筋纹理为沿中心轴线A的正螺旋凸筋和反螺旋凸筋相交叉。或者包胶交联层32和包胶弹性层33接合面设有无纺布94，无纺布94采用耐100℃以上高温的纤维制成。
阻水粘结层50包括熔点大于100℃、熔融指数MI大于等于15g/10min且耐40℃左右水温水洗的热熔胶，优选尼龙6/66/1010三元共聚热熔胶，其熔融指数MI在15-25g/10min，熔点为110-125℃。还可选择尼龙6/66/12三元共聚热熔胶，其熔融指数MI在15-200g/10min，熔点为105-125℃。
技术要点：
一种高压直流光纤电力复合海缆，还包括设于不同性质界面的接合处的接合强化单元，所述结合强化单元有两种，其一是在不同性质的界面接合处形成阻水环的阻水粘结层50，其二是设于包胶交联层32和包胶弹性层33之间的结合增强结构90，接合强化单元能够提高电缆不同界面接合处的阻水能力和一体化的能力。
实验数据
采用如下表1的结构尺寸生产的实施例1-3的高压直流光纤电力复合海缆1#-3#，4#为没有挤包复合单元的同直径商用XLPE绝缘高压直流海缆，作为对比例。
表1高压直流光纤电力复合海缆结构尺寸
Figure BDA0002799857730000071
Figure BDA0002799857730000081
纵向水密封测试：根据GB/T 31489.1—2015《额定电压500kV及以下直流输电用挤包绝缘电力电缆系统第1部分：试验方法与要求》中推荐的试验方法，按照高压直流海底电缆的相关方法进行纵向透水测试。纵向水密封取电缆长度为30m，2MPa水压，承受10d时间不间断的水压作用，试验过程中需要实时观察水压计示数，若水压出现下降则需要及时补充至2MPa的规定水压。试验前将浸水一端的导体外切除宽度约为50mm的圆环，剩余部分伸出水密罐外，其中线芯与水密罐接口处密封良好，并保证试验过程中导体在承受2MPa的水压下无渗水情况出现。
表2高压直流光纤电力复合海缆性能测试
Figure BDA0002799857730000082
上述性能参数可看出，1#-3#的平均拉伸载荷为476.7MN，相较海缆4#，拉伸载荷提高了19.8％；1#-3#的平均透水长度为8.27m，相较海缆4#，透水长度相对变短了26.8％，说明海缆纵向阻水性能有所提升；1#-3#的平均弯曲刚度为1.83kN·m2，相较海缆4#，弯曲刚度下降28.5％；1#-3#的平均最小弯曲半径为697m，最小弯曲半径减小了25.1％。以上两方面说明了柔软度和易弯曲性能提高。
所述高压直流光纤电力复合海缆，利用如下手段解决“在满足机械强度和阻水性能的同时，使得电缆具有①较好的柔软度；②优异的抵抗扭转和弯曲的疲劳特性”的技术问题：
1、包胶交联层32与包胶弹性层33协同配合，借鉴筋骨伴生的柔韧结构
单芯电缆如何复合光纤单元，现有技术通常是将编织铠装时将光纤混入编织丝,光纤在电缆每一次弯扭都会影响到光纤，而本申请则是将整个光缆复合到海缆中。具体而言，通过复合挤包单元30将光缆和加强纤维束共同嵌设于输电缆芯和护套之间，使得海缆受反复弯曲、拉伸而少影响光缆。
(1)输电缆芯及纵包铝塑层是骨，加强纤维束是筋，包胶交联层和包胶弹性层是筋膜，而包胶交联层弹性模量大于包胶弹性层，光纤单元置于包胶交联层。
导体芯单元10和绝缘填料单元20构成圆形截面的输电缆芯，抗扭力、抗弯曲变形相对较大，也是不可变动的结构，类似于骨；挤包复合单元30的纵包铝塑层，抗扭力、抗弯曲变形相对较大，也属于骨的部分；而包胶交联层32和包胶弹性层33，抗弯曲变形和抗扭力均相对小，但连接着骨和加强纤维，属于筋膜；包覆其中的加强纤维束70，是增加海缆柔韧性的，提高抗拉伸性能和机械强度的，属于筋；由于包覆于包胶交联层32的光缆不需要受抗扭、抗弯曲力的影响，属于需要保护，所以设计包胶交联层32的弹性模量E1大于包胶弹性层33弹性模量E2。包胶交联层32采用阻水橡胶并通过辐射交联方式交联硫化，而包胶弹性层33采用高弹性体材料，从而实现了包胶交联层32的材料弹性模量E1大于包胶弹性层33的材料弹性模量E2。
(2)包胶弹性层相对于包胶交联层可相对弹性形变位移，减小了海缆的抗弯曲应力
当光纤单元60平行于中心轴线A或以一定螺距螺旋嵌设于相对较硬的波峰复合部，而加强纤维束70平行于中心轴线A嵌设于径向靠外的、高弹性的波谷填充部或圆整包覆部33.2时，当海缆弯曲时，径向靠外的加强纤维束70相对径向靠内的光纤单元而弯曲变形相对更大，加强纤维束70承担了抗弯曲应力。而高弹性的包胶弹性层33也允许加强纤维束70相对于包胶交联层32相对滑移，化解了这种相对更大的弯曲变形，正是包胶弹性层可相对于包胶交联层相对层间弹性形变位移，使得海缆的抗弯曲力相对减小了。同时，因为有高弹性的包胶弹性层相对于包胶交联层的弹性形变，可完全恢复，所以抗弯曲疲劳性能增强了。
而光纤单元60嵌设于相对较硬的包胶交联层32，弯曲时受弯曲变形的影响相对加强纤维束要小；尤其当光纤单元60螺旋嵌设于包胶交联层32的波峰复合部时，海缆的弯曲对于光纤单元的影响是最小的，嵌设的多根光缆对弯曲变形的抵抗最小，使得海缆的抗抗弯曲应力最小。
(3)包胶交联层和包胶弹性层，一硬一软，既不降低纵向水密封性能，也巧妙地嵌设了光缆和加强纤维束
嵌设光缆的层分成两层，包胶交联层相对减薄，便于辐射硫化，同时包胶弹性层属于高弹性体，便于与护套单元纵向密接。
2、波峰复合部内嵌光缆，绝缘膨胀仅胀大整圆包覆层
包胶交联层32包括整圆包覆层32.1和一体连接于整圆包覆层外环形阵列的多个波峰复合部32.2。光纤单元60嵌设于波峰复合部，与输电缆芯的绝缘填料单元相隔一个整圆包覆层32.1，当海缆输电缆芯满负荷状态，输电缆芯从正常工作温度升到接近90℃时，会发生绝缘膨胀。但该绝缘膨胀会增大整圆包覆层的直径，而不会影响到波峰复合部的内腔光缆。
3、阻水粘结层50配合结合增强结构90，大大增强了海缆的纵向水密封性能
不同性质界面之间结合，即使是高真空度高压力的挤包成型，也很难达到高的纵向水密封性能，所以增设了阻水粘结层，比如纵包铝塑层与绝缘填料单元的绝缘屏蔽层之间，密合性能很难保证，所以增加了阻水粘结层，增强了纵向水密封性能，同时也减小了压力下各单元之间的位移；
分为两层的包胶交联层和包胶弹性层，由于弯曲时二者有相对弹性形变位移，结合增强结构90大大增强了二者的结合力，完全可以应对海中反复的弯曲扭曲造成的影响，同时也大大增强了海缆涉及挤包复合单元部分的纵向水密封性能。
所述高压直流光纤电力复合海缆，单输电缆芯外嵌设多根光缆和加强纤维束，通过包胶交联层和包胶弹性层的协同配合，相较同直径的现有海缆，拉伸载荷提高了19.8％，透水长度相对变短了26.8％，弯曲刚度下降28.5％，最小弯曲半径减小了25.1％，纵向水密封性能和柔韧性显著提高。

Claims (10)

1.一种高压直流光纤电力复合海缆，所述高压直流光纤电力复合海缆为以一定横截面沿中心轴线A延伸的延伸体，其特征在于，包括由内而外顺序设置的导体芯单元(10)、绝缘填料单元(20)和铠装护套单元(40)；
还包括设于绝缘填料单元(20)和铠装护套单元(40)之间的复合挤包单元(30)，所述复合挤包单元(30)包括内而外顺序设置的纵包铝塑层(31)、包胶交联层(32)和包胶弹性层(33)，包胶交联层(32)和包胶弹性层(33)通过波浪形界面复合包覆，包胶交联层(32)的材料弹性模量大于包胶弹性层(33)的材料弹性模量；
光纤单元(60)平行于中心轴线A地或者以一定螺距螺旋地嵌设于包胶交联层(32)，加强纤维束(70)则平行于中心轴线A地可选择地嵌设于包胶交联层(32)和/或包胶弹性层(33)；加强纤维束(70)的嵌设半径大于等于光纤单元(60)的嵌设半径；所述嵌设半径是指光纤单元或加强纤维束的中心线距离中心轴线A的长度。
2.如权利要求1所述高压直流光纤电力复合海缆，其特征在于，包胶交联层(32)包括整圆包覆部(32.1)和间隔环形阵列的多个凸圆弧形的波峰复合部(32.2)，包胶弹性层(33)至少包括设于波峰复合部(32.2)之间的波谷填充部(33.1)，从而使得包胶弹性层(33)包覆于包胶交联层(32)外形成高真圆度横截面；光纤单元(60)和加强纤维束(70)同嵌设半径地且平行于中心轴线A地交替嵌设于波峰复合部(32.2)。
3.如权利要求2所述高压直流光纤电力复合海缆，其特征在于，波峰复合部和波谷填充部以一定螺距h沿中心轴线A螺旋设置，所述包胶弹性层(33)还包括一体连接于波谷填充部径向外侧的圆整包覆部(33.2)，光纤单元(60)嵌设于波峰复合部(32.2)，加强纤维束(70)嵌设于圆整包覆部(33.2)正对波谷填充部位置且与波峰复合部交替布置。
4.如权利要求2所述高压直流光纤电力复合海缆，其特征在于，光纤单元(60)嵌设于波峰复合部(32.2)，加强纤维束(70)与波峰复合部交替布置地嵌设于波谷填充部(33.1)，且光纤单元(60)和加强纤维束(70)平行于中心轴线A延伸且使得包覆光纤单元(60)的平均层厚大致等于包覆加强纤维束(70)的平均层厚。
5.如权利要求1所述高压直流光纤电力复合海缆，其特征在于，还包括设于不同性质的界面接合处的接合强化单元(80)，所述接合强化单元(80)包括阻水粘结层(50)，所述阻水粘结层(50)设置于绝缘填料单元(20)和复合挤包单元(30)之间，和/或设置于所述铠装护套单元(40)和复合挤包单元(30)之间，以在不同性质的界面接合处形成阻水环。
6.如权利要求5所述高压直流光纤电力复合海缆，其特征在于，所述铠装护套单元(40)包括编丝铠装层(41)和护套层(42)，阻水粘结层(50)还设于编丝铠装层(41)与相邻的护套层(42)和包胶弹性层(33)之间。
7.如权利要求5所述高压直流光纤电力复合海缆，其特征在于，阻水粘结层(50)包括熔点大于100℃、熔融指数MI大于等于15g/10min且耐40℃水温水洗的热熔胶。
8.如权利要求5所述高压直流光纤电力复合海缆，其特征在于，所述接合强化单元还包括设于包胶交联层(32)和包胶弹性层(33)之间结合增强结构(90)，所述结合增强结构(90)包括设于包胶交联层(32)外表面沿中心轴线A延伸地的凸棱(91)和/或凹槽(92)，或者设于包胶交联层(32)外表面交叉的凸筋纹理(93)，或者设于包胶交联层(32)和包胶弹性层(33)接合面的耐100℃以上高温的无纺布。
9.如权利要求1所述高压直流光纤电力复合海缆，其特征在于，包胶交联层(32)的材料弹性模量E1和包胶弹性层(33)的材料弹性模量E2，满足条件：E2≈0.618E1。
10.一种如权利要求1-9任一所述高压直流光纤电力复合海缆，其特征在于，所述包胶交联层(32)采用阻水橡胶并挤包后在线通过辐射交联方式交联硫化，包胶弹性层(33)采用高弹性体材料；根据包胶弹性层(33)的材料弹性模量来调整包胶交联层(32)的填料组份及硫化程度从而调整包胶交联层(32)的材料弹性模量。
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