CN212301996U

CN212301996U - 一种高强度耐侧压、耐冲击的海底光缆缆芯

Info

Publication number: CN212301996U
Application number: CN202020845692.0U
Authority: CN
Inventors: 陈大勇; 商庆亮; 蒋寅; 胡志杰; 许伟; 黄伟; 卞宁; 岁增威; 包叶扬; 王起航; 魏东成
Original assignee: China Aviation Baosheng Ocean Engineering Cable Co ltd
Current assignee: China Aviation Baosheng Ocean Engineering Cable Co ltd
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2030-05-20

Abstract

一种高强度耐侧压、耐冲击的海底光缆缆芯，属于海缆技术领域。该海底光缆缆芯包括光单元，其特征是，所述光单元的外围设有内增强层，该内增强层由若干Z形钢丝绞合在光单元外围构成，所述内增强层的间隙里填充阻水胶，该内增强层的外围包覆有馈电铜管。采用Z形钢丝可以大幅提升了内增强层的耐侧压、耐冲击能力；内增强层结构在缆芯弯曲时的稳定性，降低钢丝内增强层对外层铜管的机械损伤；采用Z形钢丝不仅降低海水纵向渗入缆芯的风险，而且可以降低材料的消耗。在绝缘层之前增加了半导电层，可以均衡电场，消除导体尖端放电现象，有效避免外部的绝缘层被击穿。

Description

一种高强度耐侧压、耐冲击的海底光缆缆芯

技术领域

本实用新型涉及一种高强度耐侧压、耐冲击的海底光缆缆芯，属于海缆技术领域。

背景技术

海底光缆的使用环境非常复杂，在制造、储存、运输、敷设、工作和打捞回收的过程中，海底光缆经常会承受较大的侧压力和冲击力，因此在海底光缆缆芯结构设计时需要特别考虑耐侧压、耐冲击性能。另外，海底光缆的馈电导体必须与海水之间相互绝缘，因此在海底光缆缆芯结构设计时还需要特别考虑绝缘层的可靠性。

目前市场上海底光缆缆芯的主流结构有三种：

1.在光单元周围绞合两层三种不同直径的圆形钢丝，形成保护光单元的内增强层，这种内增强层的相邻钢丝可以紧密地靠在一起，有效抵抗外部的压力。这种缆芯结构可参考授权公告号：CN210142533U、CN210270296U的中国专利。

尽管圆形钢丝可以紧密地靠在一起，但是相邻圆形钢丝之间并没有明显的管控力，需要依靠外层紧包的铜管来约束圆形钢丝，使其保持相对稳定的位置。在缆芯弯曲时，内侧钢丝受到挤压，外侧钢丝受到拉伸，这种形变上的差异容易导致钢丝出现散股、跳丝的现象，严重时可能会破坏外层的铜管。另外，圆形钢丝之间仍然存在较多的间隙，需要填充较多的阻水胶来阻止海水纵向渗入缆芯。

2.采用扇形绞线作为光单元外的内增强层来提升缆芯的抗侧压能力，同时也缩小了绞线之间的间隙，降低了海底光缆在断裂时海水纵向渗入缆芯的几率；这种缆芯结构可参考授权公告号：CN209373202U的中国专利。

虽然采用扇形绞线的结构可以有效减少间隙、阻止海水纵向渗入缆芯，并且提升耐侧压、耐冲击能力，但同样面临着相邻绞线之间没有明显管控力的问题，需要依靠外层结构进行约束。

3. 此外，在缆芯的馈电导体外直接挤包绝缘层而没有设置屏蔽层的结构也存在着不足，即：馈电导体的表面因为生产或使用过程中引起的毛刺、突起点会在导体通电时发生“尖端放电”现象，诱发绝缘层被击穿的风险。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种一种高强度耐侧压、耐冲击的海底光缆缆芯，以提升缆芯的耐侧压、耐冲击能力。

本实用新型的技术方案如下：

一种高强度耐侧压、耐冲击的海底光缆缆芯，该海底光缆缆芯包括光单元，其特征是，所述光单元的外围设有内增强层，该内增强层由若干Z形钢丝绞合在光单元外围构成，所述内增强层的间隙里填充阻水胶，该内增强层的外围包覆有馈电铜管。

优选的，所述馈电铜管外围依次挤包有半导电层、绝缘层。

优选的，所述馈电铜管与半导电层之间挤包有粘结层。

优选的，所述光单元由包含光纤和纤膏的不锈钢管构成。

优选的，所述Z形钢丝的所有倒角均为圆弧倒角。

优选的，每根Z形钢丝的横截面均由相互错开的外圆弧段、内圆弧段构成，外圆弧段、内圆弧段高度相等。

优选的，所述外圆弧段相对于内圆弧段错开的部分与所述内圆弧段相对于外圆弧段错开的部分，两者的锥角相等。

本实用新型由光纤、纤膏和不锈钢管组成的光单元是海底光缆缆芯的核心部分，为光纤提供了一个宽松、密封且具有一定抗压性的安全环境。

围绕着光单元绞合一层Z形钢丝，形成保护光单元的内增强层。由于相邻Z形钢丝之间闭锁紧密，具有相互依靠、相互支撑、相互约束的特性，因此钢丝不仅结构稳定，耐侧压、耐冲击性能强，在承受径向负荷时不易松散，降低外层铜管对钢丝的管控张力，而且空间利用率高，产生的间隙少，减少了阻水胶的用量，降低海水纵向渗入缆芯的几率。

通过向Z形钢丝的间隙里填充阻水胶，并且经过一段时间凝固，可以进一步减少间隙，达到有效阻止海水纵向渗入缆芯的目的。

馈电铜管与Z形钢丝以及不锈钢管紧密结合成一根复合导体，在有中继海底光缆系统中作为中继器供电导体使用，在无中继海底光缆系统中作为故障定位导体使用，同时，馈电铜管也为光纤提供了机械保护和径向阻水、隔氢的作用。

粘结层可以增加内部馈电铜管和外部半导电层的结合力，确保在外层受力时，内层不易发生窜动现象；在粘结层外挤包一层具有屏蔽作用的半导电层，可以均衡电场、有效降低导体表面突起处的尖端放电现象，保护外层的绝缘层不被击穿；绝缘层具备足够的厚度、绝缘电阻、介电强度以及耐水性，可以有效保证馈电铜管与海水之间的相互绝缘。

本实用新型的有益效果如下：

1）相较于绞合圆形钢丝和扇形钢丝，采用Z形钢丝可以大幅提升了内增强层的耐侧压、耐冲击能力；可以有效保持钢丝内增强层结构在缆芯弯曲时的稳定性，降低钢丝内增强层对外层铜管的机械损伤；可以有效提升内增强层的空间利用率，减少钢丝之间的间隙，缩小内增强层的外径，这样不仅降低海水纵向渗入缆芯的风险，而且可以降低材料的消耗；相较于绞合扇形钢丝，采用Z形钢丝的根数会明显多于扇形钢丝，这样在绞合的过程中，更利于绞合节距的调整，使缆芯具有更小的弯曲半径。

2）在挤包聚乙烯绝缘层之前，先挤包一层半导电层，相较于其他没有挤包半导电层的现有缆芯而言，本实用新型的绝缘层具有更加可靠的绝缘性能。因为在光单元内增强层钢丝和焊接铜管的串联生产过程中，会因为钢丝绞合、铜带切边、铜带纵包、铜管焊接、铜管拉拔等操作张力的作用下产生一些毛刺、突起物，也有一部分毛刺和突起物可能是在后期使用过程中产生。当海底光缆中由铜管、钢丝、不锈钢管组成的复合导体通电时，导体上的这些毛刺和突起物会产生尖端放电现象，极有可能击穿绝缘层，产生故障。在绝缘层之前增加了半导电层，可以均衡电场，消除导体尖端放电现象，有效避免外部的绝缘层被击穿。

本实用新型的海底光缆缆芯，既可以作为轻型海底光缆（LW型）直接使用在深海，也可以继续在外层增加不同的护层作为轻型保护海底光缆（LWP型）、单层铠装轻型海底光缆（SAL型）、单层铠装海底光缆（SA型）、双层铠装海底光缆（DA型）和岩石铠装海底光缆（RA型）使用在有特殊需求的海底。

附图说明

图1为本实用新型海底光缆缆芯的截面图；

图2为本实用新型海底光缆缆芯的三维示意图；

图3为本实用新型海底光缆缆芯中Z形钢丝结构示意图；

图中：1、光纤；2、纤膏；3、不锈钢管；4、光单元；5、Z形钢丝；6、阻水胶；7、馈电铜管；8、粘结层；9、半导电层；10、绝缘层；5-1、外圆弧段；5-2、内圆弧段。

具体实施方式

如图1、2所示，一种高强度耐侧压、耐冲击的海底光缆缆芯，内部含有光纤1和纤膏2的不锈钢管3构成了海底光缆缆芯的核心部分—光单元4；光纤选用G652.D、G654、G655型单模光纤，作为信号传输的介质使用；纤膏选用高粘度深海专用吸氢纤膏，为光纤提供缓冲和纵向阻水的作用；不锈钢管由304或316奥氏体不锈钢带纵包焊接而成，为光纤提供机械保护和径向阻水、隔氢的作用。在光单元的外围绞合Z形钢丝5，形成用于保护光单元的内增强层；在Z形钢丝内增强层的间隙里填充阻水胶6；在Z形钢丝内增强层的外围焊接馈电铜管7；在馈电铜管的外围由内层到外层分别挤包粘结层8、半导电层9和绝缘层10。

如图3所示，每根Z形钢丝的横截面均由相互错开的外圆弧段5-1、内圆弧段5-2构成，外圆弧段、内圆弧段高度相等。外圆弧段与内圆弧段重叠的部分，其锥角为α₁；所述外圆弧段相对于内圆弧段错开的部分，其锥角为α₂；所述内圆弧段相对于外圆弧段错开的部分，其锥角为α₃。

不锈钢管的壁厚范围在0.15～0.30mm；不锈钢管的外径范围在2.0～5.0mm；粘结层挤包厚度范围在0.15～0.3mm，粘结层可以有效地增加内外层之间的结合力。半导电层挤包厚度不低于0.8mm，半导电层是聚烯烃高分子材料和超导电炭黑的混合物，可以均衡电场，消除导体尖端放电现象，避免外部的绝缘层被击穿。绝缘层挤包厚度不低于2.5mm，具备足够的绝缘电阻和介电强度，绝缘电阻不低于10GΩ·km，保证缆芯内部的复合导体可以在施加不低于15kV直流电压的情况下长期工作。

光单元的外径D₀=3.0mm；Z形钢丝的高度t=1.8mm；Z形钢丝的圆弧倒角半径r=0.2mm；Z形钢丝的锥角α₁=60°；α₂=α₃=15°，Z形钢丝的根数8根。

本实用新型作为海底光缆的缆芯，既可以作为深海光缆直接使用，也可以在其外层增加钢塑粘结护套、单层钢丝铠装、双层钢丝铠装以及沥青填充和聚丙烯绳缠绕的保护层，以满足特殊水下环境的使用需求。

Claims

1.一种高强度耐侧压、耐冲击的海底光缆缆芯，该缆芯包括光单元（4），其特征是，所述光单元的外围设有内增强层，该内增强层由若干Z形钢丝（5）绞合在光单元外围构成，所述内增强层的间隙里填充阻水胶（6），该内增强层的外围包覆有馈电铜管（7）。

2.根据权利要求1所述的一种高强度耐侧压、耐冲击的海底光缆缆芯，其特征是，所述馈电铜管外围依次挤包有半导电层（9）、绝缘层（10）。

3.根据权利要求2所述的一种高强度耐侧压、耐冲击的海底光缆缆芯，其特征是，所述馈电铜管与半导电层之间挤包有粘结层（8）。

4.根据权利要求1所述的一种高强度耐侧压、耐冲击的海底光缆缆芯，其特征是，所述光单元由包含光纤（1）和纤膏（2）的不锈钢管（3）构成。

5.根据权利要求1所述的一种高强度耐侧压、耐冲击的海底光缆缆芯，其特征是，所述Z形钢丝的所有倒角均为圆弧倒角。

6.根据权利要求1所述的一种高强度耐侧压、耐冲击的海底光缆缆芯，其特征是，每根Z形钢丝的横截面均由相互错开的外圆弧段（5-1）、内圆弧段（5-2）构成，外圆弧段、内圆弧段高度相等。

7.根据权利要求6所述的一种高强度耐侧压、耐冲击的海底光缆缆芯，其特征是，所述外圆弧段相对于内圆弧段错开的部分与所述内圆弧段相对于外圆弧段错开的部分，两者的锥角相等。