CN114005583A - 一种海缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海缆。其中，该海缆包括电单元、光单元和通气单元，上述电单元与上述光单元构成缆芯，上述缆芯外依次包裹有内护套、铠装层和外护套，上述电单元中包括导体，用于传输电能；上述光单元用于传输通信信号；上述铠装层包括至少两层皱纹金属铠装层，相邻层级的上述皱纹金属铠装层相互咬合，电单元和光单元绞合空隙内设置有至少一个内通气单元，相邻铠装层之间设置有至少一个外通气单元。本发明解决了动态海缆在长期运行条件下载流量降低和机械疲劳导致的无法满足使用需求的技术问题。

Description

一种海缆

技术领域

本发明涉及海底电缆领域，具体而言，涉及一种海缆。

背景技术

为了应对能源危机，减少环境污染，加快开发与可再生清洁能源变得尤为重要。海洋资源逐渐成为再生清洁能够开发的重点。与靠近海岸和陆地的近海区域相比，远海地区具有更多的资源。在远海地区的资源开发中，动态海缆的作用相当重要。在漂浮式风力发电技术中，需要使用动态海缆将产生的电能输送出风场。在海洋油气开发中需要使用动态海缆为平台及设备供电，满足海上作业需求。在海上新能源发电及水下观测、科学考察的过程中，需要使用动态缆传输电能。

动态海缆以“S”线型悬浮在水中，传输电能和通信信号，实现平台与装置之间的对接。动态海缆通常与海上浮式结构相连，受海洋水文、气象、风机、平台、系统的联合作用，不断承受潮流和浮式结构运动行为引起的弯曲、扭转等力，容易造成各个部位尤其是铠装层的机械疲劳，引起蠕变效应加剧。同时，动态海缆承受周期性风浪和日照交变作用，产生交变电场加速绝缘材料老化，加速了动态海缆的机械疲劳。

同时，动态海缆在长期运行条件下，缆芯通电发热，温度升高明显，使得载流量降低。而铠装层在长期工作状态下，因承受弯曲、拉伸等载荷也会造成发热。此外，缆芯交变电场可能会在铠装层上生成感应电流，导致缆芯和铠装层进一步发热，进而使得动态海缆整体将处于持续发热的状态。而持续发热必然会导致海缆逐渐处于不适宜工作的温度，而导致其载流量降低。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种海缆，以至少解决动态海缆在长期运行条件下载流量降低和机械疲劳导致的无法满足使用需求的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种海缆，包括电单元和光单元，上述电单元与上述光单元构成缆芯，上述缆芯外依次包裹有内护套、铠装层和外护套，上述电单元中包括导体，用于传输电能；上述光单元用于传输通信信号；上述铠装层包括至少两层皱纹金属铠装层，相邻层级的上述皱纹金属铠装层相互咬合。

优选地，上述电单元和上述光单元绞合的空隙内设置有至少一个内通气单元，上述铠装层中设置有至少一个外通气单元，上述内通气单元与上述电单元平行设置，上述外通气单元与上述皱纹金属铠装层平行设置。

优选地，上述内通气单元和上述外通气单元上均开设有多个通气孔，上述内通气单元的通气孔连通上述内通气单元的内部与上述电单元和上述光单元绞合的空隙，上述外通气单元的通气孔连接上述外通气单元的内部与上述至少两层皱纹金属铠装层的间隙。

优选地，上述至少两层皱纹金属铠装层的皱纹形式相同；相邻层级的上述皱纹金属铠装层通过皱纹的波峰波谷咬合；每层上述皱纹金属铠装层的厚度为0.6～3.0mm。

优选地，上述皱纹金属铠装层的轧纹深度和轧纹节距与上述内护套的直径相关：在上述内护套的直径小于100mm的情况下，上述皱纹金属铠装层的轧纹深度为2～3mm，上述皱纹金属铠装层的轧纹节距为8～20mm；在上述内护套的直径为100～120mm的情况下，上述皱纹金属铠装层的轧纹深度为3～4mm，上述皱纹金属铠装层的轧纹节距为10～22mm；在上述内护套的直径为120～140mm的情况下，上述皱纹金属铠装层的轧纹深度为4～5mm，上述皱纹金属铠装层的轧纹节距为12～24mm；在上述内护套的直径为140～160mm的情况下，上述皱纹金属铠装层的轧纹深度为5～6mm，上述皱纹金属铠装层的轧纹节距为14～26mm；在上述内护套的直径为160～180mm的情况下，上述皱纹金属铠装层的轧纹深度为6～7mm，上述皱纹金属铠装层的轧纹节距为16～28mm；在上述内护套的直径为180～200mm的情况下，上述皱纹金属铠装层的轧纹深度为7～8mm，上述皱纹金属铠装层的轧纹节距为18～30mm；在上述内护套的直径大于200mm的情况下，上述皱纹金属铠装层的轧纹深度大于8mm，上述皱纹金属铠装层的轧纹节距大于30mm。

优选地，上述外护套的材料采用包括以下至少之一：但不限于聚乙烯、聚氨酯；上述外护套采用通过挤压工艺挤压成型挤出；与上述外护套相邻的上述皱纹金属铠装层的皱纹中填充有护套料。

优选地，上述电单元还包括依次包裹在上述导体外的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、内阻水层、金属屏蔽层、外阻水层和分相护套；上述导体内包括阻水结构，上述阻水结构采用阻水带或阻水胶；上述导体屏蔽层、上述绝缘层和上述绝缘屏蔽层采用三层共挤工艺制成；上述绝缘层采用抗水树交联聚乙烯或乙丙橡胶材质；上述内阻水层和外阻水层由半导电阻水带构成。

优选地，上述金属屏蔽层的结构包括以下至少之一：铜丝疏绕、铜丝疏绕配合铜带绕包、铜带绕包、皱纹金属套。

优选地，在上述金属屏蔽层的结构是皱纹金属套的情况下，上述皱纹金属套的厚度为0.4～2.0mm，上述皱纹金属套的轧纹深度为1～5mm，上述皱纹金属套的轧纹节距为6～20mm。

优选地，上述缆芯还包括有填充线；上述填充线采用钢绞线；上述钢绞线与上述光单元、上述电单元相互绞合构成上述缆芯。

在本发明实施例中，采用利用光单元和电单元构成缆芯，在缆芯外依次设置内护套、铠装层和外护套，利用至少两层皱纹金属铠装层构成铠装层，且相邻层级的皱纹金属铠装层咬合的方式，通过至少两层的皱纹金属铠装层并利用相邻皱纹金属铠装层绞合，达到了提升铠装层的疲劳性能的同时，提升铠装层的机械强度目的，从而实现了增加动态海缆的机械强度和疲劳寿命的技术效果，进而解决了动态海缆在长期运行条件下载流量降低和机械疲劳导致的无法满足使用需求的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的海缆的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的又一种可选的海缆的结构示意图；

附图中涉及的附图标记进行说明：1，导体；2，导体屏蔽层；3，绝缘层；4，绝缘屏蔽层；5，内阻水层；6，金属屏蔽层；7，内通气单元；8，外阻水层；9，光单元；10，分相护套；11，内护套；12，外通气单元；13，皱纹金属铠装层；14，填充线；15，外护套。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种海缆，作为一种可选的实施方式，如图1所示，上述海缆包括：电单元和光单元9，电单元与光单元9构成缆芯，缆芯外依次包裹有内护套11、铠装层和外护套15。电单元中包括导体1，用于传输电能。导体1的材料包括但不限于是铜或铝，导体1的结构实现不限于是圆形紧压、分割导体、型线。

电单元还包括依次包裹在导体1外的导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4、内阻水层5、金属屏蔽层6、外阻水层8和分相护套10。导体1内设置有阻水结构，阻水结构采用阻水带或者阻水胶。导体屏蔽层2、绝缘层3和绝缘屏蔽层4采用三层共挤工艺制成。绝缘层3采用抗水树交联聚乙烯材质或乙丙橡胶，也可以是其他绝缘材料。内阻水层5和外阻水层8不限于是由半导电阻水带构成。

金属屏蔽层6的结构形式包括不限于是：铜丝疏绕、铜丝疏绕配合铜带绕包、铜带绕包、皱纹金属套中的至少一种。在金属屏蔽层6的结构采用皱纹金属套的情况下，皱纹金属套的材料包括但不限于是铜、铜合金、不锈钢、碳钢。皱纹金属套的厚度优选为0.4～2.0mm，皱纹金属套的皱纹形式包括但不限于是环形纹、螺旋纹。皱纹金属套的轧纹深度优选为1～5mm，皱纹金属套的轧纹节距优选为6～20mm。

光单元9用于传输通信信号，以实现海缆在安装和运行过程中的实时监测和故障定位诊断。

缆芯还包括有填充线14，填充线14可以但不限于采用钢绞线，填充线14、与光单元9、电单元相互绞合构成海缆的缆芯。通过在缆芯中增加钢绞线以增加海缆的整体强度，提升海缆的机械性能。

铠装层包括至少两层皱纹金属铠装层13，至少两层皱纹金属铠装层13的皱纹形式相同。皱纹金属铠装层13的皱纹形式包括但不限于是环形纹、螺旋纹。皱纹金属铠装层13的材质包括但不限于是铜、铜合金、不锈钢。皱纹金属铠装层13的皱纹的波峰不限于设置在远离缆芯的一侧，其皱纹不限于是均匀设置。每层皱纹金属铠装层中的皱纹节距不限于相同。不同层的皱纹金属铠装层的皱纹结构形式不限于相同或者不同。在相邻层的皱纹金属铠装层的皱纹形式相同的情况下，两层的皱纹金属的节距不限于是整数倍关系。相邻两层的皱纹金属铠装层的皱纹深度不做限定，根据具体应用场景设定，对于皱纹深度的具体数值以及数值关系在此不做限定。每层皱纹金属铠装层13的厚度为0.6～3.0mm，在提升机械强度的同时，不对铠装层的成型造成困难，使得铠装层在较易成型的基础上，提升铠装层的机械强度，从而提升海缆的机械强度，以增加海缆的机械疲劳寿命。

在至少两层的皱纹金属铠装层构成的铠装层中，相邻层级的皱纹金属铠装层13之间相互咬合锁紧，不限于是相邻层级的皱纹金属铠装层13通过皱纹的波峰波谷咬合，使得皱纹金属铠装层13在弯曲状态下可以相对锁紧，进一步通过提升铠装层的机械强度以提高疲劳寿命。皱纹金属铠装层的制造成型不限于是采用纵向氩弧焊技术，通过调整相关设备的电流、速度等参数，获得表面质量和承载强度足够的金属套，再利用轧纹装置，将金属套轧制出所对于的皱纹形式，以生成皱纹金属铠装层。

在皱纹金属铠装层13的皱纹是均匀设置的情况下，其轧纹深度和轧纹节距与内护套11的直径相关：

在内护套11的直径小于100mm的情况下，皱纹金属铠装层13的轧纹深度为2～3mm，皱纹金属铠装层13的轧纹节距为8～20mm；

在内护套11的直径为100～120mm的情况下，皱纹金属铠装层13的轧纹深度为3～4mm，皱纹金属铠装层13的轧纹节距为10～22mm；

在内护套11的直径为120～140mm的情况下，皱纹金属铠装层13的轧纹深度为4～5mm，皱纹金属铠装层13的轧纹节距为12～24mm；

在内护套11的直径为140～160mm的情况下，皱纹金属铠装层13的轧纹深度为5～6mm，皱纹金属铠装层13的轧纹节距为14～26mm；

在内护套11的直径为160～180mm的情况下，皱纹金属铠装层13的轧纹深度为6～7mm，皱纹金属铠装层13的轧纹节距为16～28mm；

在内护套11的直径为180～200mm的情况下，皱纹金属铠装层13的轧纹深度为7～8mm，皱纹金属铠装层13的轧纹节距为18～30mm；

在内护套11的直径大于200mm的情况下，皱纹金属铠装层13的轧纹深度大于8mm，皱纹金属铠装层13的轧纹节距大于30mm。

通过轧纹深度和轧纹节距的匹配，实现相邻层级的皱纹金属铠装层之间的互相咬合锁紧。

铠装层中还设置有至少一个外通气单元12，外通气单元12与皱纹金属铠装层13平行设置，与皱纹金属铠装层13的皱纹波动相同。外通气单元12可以但不限于设置在多个皱纹金属铠装层13之间。如图2所示，在内护套11和外护套15之间设置有多层皱纹金属铠装层13，在多层皱纹金属铠装层13之间夹设有外通气单元12。在外通气单元12设置有多个的情况下，多个外通气单元12可以相邻设置，也就是在两层皱纹金属铠装层13之间设置不止一个外通气单元12，也可以与皱纹金属铠装层13间隔设置。

电单元和光单元9绞合的空隙内设置有至少一个内通气单元7，内通气单元7与电单元平行设置。在内通气单元7设置多个的情况下，不限于在每个电单元和光单元9绞合的空隙内均设置有至少一个，多个内通气单元7不限于在均匀分布在分相护套10内，以缆芯内部的全面、均匀散热。

内通气单元7和外通气单元12上均开设有多个通气孔，内通气单元7的通气孔连通内通气单元7的内部与电单元和光单元9绞合的空隙。

每个外通气单元12上均开设有多个通气孔，外通气单元12的通气孔连通外通气单元12内部和与皱纹金属铠装层13的间隙。内通气单元7和外通气单元12中通有冷气，冷气不限于是液态氮气等低温气体。通过在内通气单元7和外通气单元12中用于充入冷气以降低海缆的温度，从而避免海缆在通电使用过程中缆芯和铠装层过热，同时也可以降低海缆的整体温度，避免海缆因温度过高而导致载流量下降，从而实现海缆在适宜温度下工作以提高海缆的载流能力。

外护套15的材料不限于是聚乙烯，聚氨酯中的至少一种，并采用挤压工艺，挤压护套料成型。通过挤压工艺使得护套料能够均匀填满与外护套相邻的皱纹金属铠装层13的外侧皱纹缝隙中，使得与外护套相邻的皱纹金属铠装层13的皱纹中填充护套料。

在申请实施例中，通过在铠装层中包括至少两层的皱纹金属铠装层并利用相邻皱纹金属铠装层进行咬合锁紧，达到了提升铠装层的疲劳性能的同时，提升铠装层的机械强度，并在铠装层中设置通气单元，利用冲入液态氮气以对铠装层进行降温，从而避免海缆整体因通电导致温度过高而影响载流量。实现了增加海缆的机械强度和疲劳寿命，同时保持海缆处于适宜温度以提高载流量，进而解决了动态海缆在长期运行条件下载流量降低和机械疲劳导致的无法满足使用需求的技术问题。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，以上所描述的实施例仅仅是示意性的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海缆，包括电单元和光单元，所述电单元与所述光单元构成缆芯，所述缆芯外依次包裹有内护套、铠装层和外护套，其特征在于：

所述电单元中包括导体，用于传输电能；

所述光单元用于传输通信信号；

所述铠装层包括至少两层皱纹金属铠装层，相邻层级的所述皱纹金属铠装层相互咬合。

2.根据权利要求1所述的海缆，其特征在于，所述电单元和所述光单元绞合的空隙内设置有至少一个内通气单元，所述铠装层中设置有至少一个外通气单元，所述内通气单元与所述电单元平行设置，所述外通气单元与所述皱纹金属铠装层平行设置。

3.根据权利要求2所述的海缆，其特征在于，所述内通气单元和所述外通气单元上均开设有多个通气孔，所述内通气单元的通气孔连通所述内通气单元的内部与所述电单元和所述光单元绞合的空隙，所述外通气单元的通气孔连接所述外通气单元的内部与所述至少两层皱纹金属铠装层的间隙。

4.根据权利要求1所述的海缆，其特征在于：

所述至少两层皱纹金属铠装层的皱纹形式相同；

相邻层级的所述皱纹金属铠装层通过皱纹的波峰波谷咬合；

每层所述皱纹金属铠装层的厚度为0.6～3.0mm。

5.根据权利要求4所述的海缆，其特征在于，所述皱纹金属铠装层的轧纹深度和轧纹节距与所述内护套的直径相关：

在所述内护套的直径小于100mm的情况下，所述皱纹金属铠装层的轧纹深度为2～3mm，所述皱纹金属铠装层的轧纹节距为8～20mm；在所述内护套的直径为100～120mm的情况下，所述皱纹金属铠装层的轧纹深度为3～4mm，所述皱纹金属铠装层的轧纹节距为10～22mm；在所述内护套的直径为120～140mm的情况下，所述皱纹金属铠装层的轧纹深度为4～5mm，所述皱纹金属铠装层的轧纹节距为12～24mm；在所述内护套的直径为140～160mm的情况下，所述皱纹金属铠装层的轧纹深度为5～6mm，所述皱纹金属铠装层的轧纹节距为14～26mm；在所述内护套的直径为160～180mm的情况下，所述皱纹金属铠装层的轧纹深度为6～7mm，所述皱纹金属铠装层的轧纹节距为16～28mm；在所述内护套的直径为180～200mm的情况下，所述皱纹金属铠装层的轧纹深度为7～8mm，所述皱纹金属铠装层的轧纹节距为18～30mm；

在所述内护套的直径大于200mm的情况下，所述皱纹金属铠装层的轧纹深度大于8mm，所述皱纹金属铠装层的轧纹节距大于30mm。

6.根据权利要求1所述的海缆，其特征在于：

所述外护套的材料包括以下至少之一：聚乙烯、聚氨酯；

所述外护套采用挤压工艺挤压成型；

与所述外护套相邻的所述皱纹金属铠装层的皱纹中填充有护套料。

7.根据权利要求1所述的海缆，其特征在于，所述电单元还包括依次包裹在所述导体外的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、内阻水层、金属屏蔽层、外阻水层和分相护套；

所述导体内包括阻水结构，所述阻水结构采用阻水带或阻水胶；

所述导体屏蔽层、所述绝缘层和所述绝缘屏蔽层采用三层共挤工艺制成；

所述绝缘层采用抗水树交联聚乙烯或乙丙橡胶材质；

所述内阻水层和外阻水层由半导电阻水带构成。

8.根据权利要求7所述的海缆，其特征在于，所述金属屏蔽层的结构包括以下至少之一：铜丝疏绕、铜丝疏绕配合铜带绕包、铜带绕包、皱纹金属套。

9.根据权利要求8所述的海缆，其特征在于，在所述金属屏蔽层的结构是皱纹金属套的情况下，所述皱纹金属套的厚度为0.4～2.0mm，所述皱纹金属套的轧纹深度为1～5mm，所述皱纹金属套的轧纹节距为6～20mm。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的海缆，其特征在于，所述缆芯还包括有填充线；

所述填充线采用钢绞线；

所述钢绞线与所述光单元、所述电单元相互绞合构成所述缆芯。

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