CN117790052A - 一种内置光纤直流动态复合海底电力电缆及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种内置光纤直流动态复合海底电力电缆及其制造方法，该电力海缆包括内芯结构、皱纹铜套、内护套、若干层铠装层和外护套；皱纹铜套套设在内芯结构外侧，内护套套设在皱纹铜套上，若干层铠装层套设在内护套上，外护套套设在若干层铠装层上；若干层铠装层包括奇数层和偶数层，奇数层和偶数层均由沿轴向延伸并且沿周向并列排布的钢丝组成，且奇数层和偶数层上的钢丝沿圆周方向扭转，且奇数层和偶数层的扭转方向相反。本发明中通过将铠装层中奇数层和偶数层上钢丝的扭转方向相反，使得电缆具备双向抗扭转载荷能力，进而提高了海缆的抗扭性能。本发明还请求保护上述内置光纤直流动态复合海底电力电缆的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种内置光纤直流动态复合海底电力电缆及其制造方法。
背景技术
动态海缆和直流海缆是未来风电的主要汇聚和传输装备，动态海缆主要作为风场内集电线路用，将各台风机的电能汇集，直流海缆则用于将汇集后的电能输送上岸，二者由于应用的场景不同，基本作为独立的产品发展，为了更好地采用高压直流输电并网，结合动态海缆和直流海缆开发一种适用于直流型风场浮式风机平台汇集并网的直流动态复合海底电缆成为目前亟待解决的问题，然而由于动态海缆不仅要具有传输电力和信号的功能，还需抵御各种环境载荷耦合所产生的破坏力；
现有技术中，如授权公告号为CN219832228U的中国实用新型专利于2023年10月13日公开了一种抗冲击型钢芯铝绞线架空电缆，其为了提高电缆的抗冲击性，在线芯外部增加铠装层，该铠装层由铝合金丝平织为网状结构，该结构在兼顾线缆的韧性的同时也提高了铠装层的抗冲击性能。
然而发明人发现上述绞成网状的铠装存在抗扭性能差的问题，当电缆受到扭力时，相绞的两根钢丝相抵，会使得铠装层的厚度发生变化，也容易造成铠装层和内外层之间发生滑移，降低了线缆的本身的抗变形能力。
发明内容
鉴于以上技术问题中的至少一项，本发明提供了一种内置光纤直流动态复合海底电力电缆及其制造方法，采用结构的改进以提高海缆的抗扭性能。
根据本发明的第一方面，提供一种内置光纤直流动态复合海底电力电缆，内芯结构、皱纹铜套、内护套、若干层铠装层和外护套；
所述皱纹铜套套设在所述内芯结构外侧，所述内护套套设在所述皱纹铜套上，若干层所述铠装层套设在所述内护套上，所述外护套套设在若干层所述铠装层上；
其中，若干层所述铠装层包括奇数层和偶数层，所述奇数层和偶数层均由沿轴向延伸并且沿周向并列排布的钢丝组成，且所述奇数层和偶数层上的钢丝沿圆周方向扭转，且所述奇数层和偶数层的扭转方向相反。
在本发明的一些实施例中，所述奇数层和偶数层均至少具有一层。
在本发明的一些实施例中，还包括内置于所述铠装层内的至少一根光纤，至少一根所述光纤嵌设于所述铠装层的最内层，并且替代最内层所述铠装层的一根钢丝。
在本发明的一些实施例中，所述光纤为单模或者多模结构。
在本发明的一些实施例中，所述外护套和内护套均为高密度聚乙烯材质，并且通过挤出工艺分别套设在所述铠装层和所述皱纹铜套外侧。
在本发明的一些实施例中，所述皱纹铜套的外表面呈波浪形结构。
在本发明的一些实施例中，所述内芯结构由内至外依次包括阻水铜导体、半导电包带层、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层和半导电阻水包带层。
在本发明的一些实施例中，所述阻水铜导体为绞合紧压圆形结构，且使用绞合与注塑同步工艺，使得阻水胶填充于阻水铜导体的缝隙内。
在本发明的一些实施例中，所述绝缘层为交联聚乙烯材质，并采用VCV三层共挤工艺制备。
根据本发明的第二方面，还提供了如第一方面任一项中所述的内置光纤直流动态复合海底电力电缆的制造方法，包括以下步骤：
制备内芯结构；
套设皱纹铜套于所述内芯结构上；
挤压内护套于所述皱纹铜套上；
安装最内层铠装层，先在周向排布所有钢丝，再进行周向旋扭；
在最内层铠装层成型后，抽走其中一根钢丝，同时在抽走的钢丝的缝隙中填入光纤；
继续安装其余外层的铠装层；
挤压外护套于最外层的铠装层上。
本发明的有益效果为：本发明通过在内芯结构上套设皱纹铜套，并在内护套和外护套直接设置若干铠装层来提高海缆的结构强度，本发明中通过将铠装层中奇数层和偶数层上钢丝的扭转方向相反，使得电缆具备双向抗扭转载荷能力，进而提高了海缆的抗扭性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中内置光纤直流动态复合海底电力电缆的横截面结构示意图；
图2为本发明实施例中内置光纤直流动态复合海底电力电缆的立体结构示意图；
图3为本发明实施例中双层反向铠装层在受到与外层旋钮方向相同扭力时的受力示意图；
图4为本发明实施例中双层反向铠装层在受到与外层旋钮方向相反扭力时的受力示意图；
图5为本发明实施例中皱纹铜套的结构示意图；
图6为本发明实施例中内芯结构的横截面结构示意图；
图7为本发明实施例中内置光纤直流动态复合海底电力电缆的制造方法的步骤流程图。
具体实施方式
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实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1至图6所示的内置光纤直流动态复合海底电力电缆，包括内芯结构1、皱纹铜套2、内护套3、若干层铠装层4和外护套5；具体请参照图1，在本发明实施例中，皱纹铜套2套设在内芯结构1外侧，内护套3套设在皱纹铜套2上，若干层铠装层4套设在内护套3上，外护套5套设在若干层铠装层4上；这里需要指出的是，皱纹铜套2在本发明实施例中一方面起到金属屏蔽的作用，皱纹通道不仅具有优异的电气性能，同时还具有良好的疲劳性能，从而更好的适用海缆的应用场景；
这里需要指出的是，在本发明实施例中，铠装层4的层数至少设置有两层，当然为了适应实际应用场景也可以设置四层或者更多层，请继续参照图1和图2，在本发明的一些实施例中，若干层铠装层4包括奇数层41和偶数层42，奇数层41和偶数层42均由沿轴向延伸并且沿周向并列排布的钢丝组成，且奇数层41和偶数层42上的钢丝沿圆周方向扭转，且奇数层41和偶数层42的扭转方向相反。这里需要指出的是，这里的奇数层41是指从内朝外数的奇数层41，例如从内朝外数第一层、第三层等；如图2中所示，为本发明实施例中采用双层铠装层4的结构形式，在该实施例中内层为左旋的钢丝排布形式，外层为右旋的钢丝排布形式；如图3中所示，当电缆与外层钢丝旋向相同时，外层的钢丝向内收紧，使得内部的钢丝层相贴，进而防止内部多层之间的滑移；请继续参照图4，此时内层的钢丝张力度很小，不会影响外层钢丝的收紧；如图3中所示，当电缆的扭转方向与外层铠装层4的旋向相反时，外层钢丝朝向外扩张，顶住外护套5之后与外护套5的压力增加摩擦力会增加使得电缆会难以继续扭动，而内层的钢丝此时会轻微收紧，避免晃动。
在上述实施例中，通过在内芯结构1上套设皱纹铜套2，并在内护套3和外护套5直接设置若干铠装层4来提高海缆的结构强度，本发明中通过将铠装层4中奇数层41和偶数层42上钢丝的扭转方向相反，使得电缆具备双向抗扭转载荷能力，进而提高了海缆的抗扭性能。此外，这里还需要指出的是，在本发明实施例中，钢丝采用3-5mm的镀锌钢丝，钢丝的缠绕角度控制在10度以内。
在上述实施例的基础上，在本发明实施例中，为了实现电力和通讯的复合传输功能，如图1至图4中所示，还包括内置于铠装层4内的至少一根光纤6，至少一根光纤6嵌设于铠装层4的最内层，并且替代最内层铠装层4的一根钢丝。如图2中所示，在本发明实施例中，将一根光纤6嵌设在内层铠装层4中，即该光纤6的直径和形成内层铠装层4的钢丝的直径相仿，替代原先完整的内层铠装层4中一根钢丝，通过该种设置，无需在电缆中单独为光纤6空出空间，同时也对光纤6起到了很好的保护作用，请继续参照图3，当电缆的扭动方向与外层铠装层4的扭转方向相同时，外层的铠装层4下压内层的铠装层4会受到朝上的力，并且由于铠装层4内侧内保护套和外侧外保护套的限制下，能够将光纤6被多根钢丝包围，实现对光纤6的保护；请继续参照图4，当扭转方向与外层铠装层4的旋扭方向相反时，外层受到朝上的力，内层受到朝下的力，进而能够减少外力对光纤6的冲击。通过上述设置，既保证了光纤6的放置，同时又对光纤6起到了保护的作用。当然这里需要指出的是，在本发明的一些实施例中，光纤6为单模或者多模结构。单模光纤6衰减满足在1310nm下，衰减不大于0.36dB/km；在1550nm下，衰减不大于0.22 dB /km。
在本发明实施例中，外护套5和内护套3均为高密度聚乙烯材质，并且通过挤出工艺分别套设在铠装层4和皱纹铜套2外侧。在本发明实施例中，高密度聚乙烯（HDPE）材质具有很高的力学性能，抗拉强度可达20MPa以上，耐受环境应力开裂能力高，作为海缆的保护层能够提供机械缓冲、减小摩擦、使缆圆整、结构稳定。
在本发明实施例中，皱纹铜套2除了具有优异的电气性能和抗疲劳性能以外，如图5中所示，皱纹铜套2的外表面呈波浪形结构。这里需要指出的是，这里的波浪是指皱纹铜套2上的波峰沿圆周方向布置呈环形，并且波浪沿着轴向延伸，通过该种设置，使得皱纹铜套2还起到了径向防水的作用，此外，与传统的铅护套结构相比，质量更轻便，更加便于运输铺设安装。
在本发明实施例中，内芯结构1具有多种形式，现对本发明中的一种内芯具体结构形式做介绍，如图6中所示，内芯结构1由内至外依次包括阻水铜导体11、半导电包带层12、导体屏蔽层13、绝缘层14、绝缘屏蔽层15和半导电阻水包带层16。在本发明实施例中，阻水铜导体11采用非膨胀型阻水导体，阻水铜导体11为绞合紧压圆形结构，且使用绞合与注塑同步工艺，使得阻水胶填充于阻水铜导体11的缝隙内。通过该种结构设计，实现导体缝隙内充分填充阻水胶，满足水深300米以上导体纵向阻水要求。此外，在本发明实施例中，绝缘层14为交联聚乙烯材质，并采用VCV三层共挤工艺制备。通过交联聚乙烯材质的设置，可以有效的抑制空间电荷积累，绝缘偏心度控制在5%以内。
在本发明实施例中，还提供了一种上述内置光纤直流动态复合海底电力电缆的制造方法，如图7中所示，包括以下步骤：
S10：制备内芯结构1；
S20：套设皱纹铜套2于内芯结构1上；
S30：挤压内护套3于皱纹铜套2上；
S40：安装最内层铠装层4，先在周向排布所有钢丝，再进行周向旋扭；
S50：在最内层铠装层4成型后，抽走其中一根钢丝，同时在抽走的钢丝的缝隙中填入光纤6；这里需要指出的是，在抽走钢丝时，可以先从电缆的一端将钢丝的一端朝外抽离，抽离的同时抽出的钢丝的空间内即可塞入光纤6的一端，接着一边抽离钢丝一边嵌入光纤6，通过该种方式进行光纤6的放置，方便快捷，对整体的内层铠装层4的影响较小，既可以保证内层铠装层4的安装结构稳定，又便于快速的安装光纤6，进而提高了光纤6安装的效率和质量。
S60：继续安装其余外层的铠装层4；
S70：挤压外护套5于最外层的铠装层4上。内护套3以及外护套5的材质以及加工工艺在上文中以及提及，这里不再进行详细描述。
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 (10)
1.一种内置光纤直流动态复合海底电力电缆，其特征在于，包括内芯结构、皱纹铜套、内护套、若干层铠装层和外护套；
所述皱纹铜套套设在所述内芯结构外侧，所述内护套套设在所述皱纹铜套上，若干层所述铠装层套设在所述内护套上，所述外护套套设在若干层所述铠装层上；
其中，若干层所述铠装层包括奇数层和偶数层，所述奇数层和偶数层均由沿轴向延伸并且沿周向并列排布的钢丝组成，且所述奇数层和偶数层上的钢丝沿圆周方向扭转，且所述奇数层和偶数层的扭转方向相反。
2.根据权利要求1所述的内置光纤直流动态复合海底电力电缆，其特征在于，所述奇数层和偶数层均至少具有一层。
3.根据权利要求2所述的内置光纤直流动态复合海底电力电缆，其特征在于，还包括内置于所述铠装层内的至少一根光纤，至少一根所述光纤嵌设于所述铠装层的最内层，并且替代最内层所述铠装层的一根钢丝。
4.根据权利要求3所述的内置光纤直流动态复合海底电力电缆，其特征在于，所述光纤为单模或者多模结构。
5.根据权利要求1所述的内置光纤直流动态复合海底电力电缆，其特征在于，所述外护套和内护套均为高密度聚乙烯材质，并且通过挤出工艺分别套设在所述铠装层和所述皱纹铜套外侧。
6.根据权利要求5所述的内置光纤直流动态复合海底电力电缆，其特征在于，所述皱纹铜套的外表面呈波浪形结构。
7.根据权利要求1所述的内置光纤直流动态复合海底电力电缆，其特征在于，所述内芯结构由内至外依次包括阻水铜导体、半导电包带层、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层和半导电阻水包带层。
8.根据权利要求7所述的内置光纤直流动态复合海底电力电缆，其特征在于，所述阻水铜导体为绞合紧压圆形结构，且使用绞合与注塑同步工艺，使得阻水胶填充于阻水铜导体的缝隙内。
9.根据权利要求7所述的内置光纤直流动态复合海底电力电缆，其特征在于，所述绝缘层为交联聚乙烯材质，并采用VCV三层共挤工艺制备。
10.一种如根据权利要求3至9中任一项所述的内置光纤直流动态复合海底电力电缆的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备内芯结构；
套设皱纹铜套于所述内芯结构上；
挤压内护套于所述皱纹铜套上；
安装最内层铠装层，先在周向排布所有钢丝，再进行周向旋扭；
在最内层铠装层成型后，抽走其中一根钢丝，同时在抽走的钢丝的缝隙中填入光纤；
继续安装其余外层的铠装层；
挤压外护套于最外层的铠装层上。
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