CN212516627U - 铠装海底电缆 - Google Patents

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张洪亮
严彦
胡明
闫志雨
于洪淼
李思宁
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朱井华
李叶青
陈步圣
许瑞涛
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Abstract

一种铠装海底电缆，包括包覆设置的保护单元、铠装层及外护层，所述铠装层包括第一铠装层及第二铠装层，所述第二铠装层包覆于所述第一铠装层，所述外护层包覆在所述第二铠装层上，所述第一铠装层由第一金属丝绞合或金属带绕包而成，所述第二铠装层由第二金属丝绞合而成，所述第一金属丝或所述金属带与所述第二金属丝沿所述铠装海底电缆轴向呈现不同角度和方向，上述铠装海底电缆在尖锐物进入外部铠装金属丝缝隙后有效避免进一步破坏海缆内部结构。

Description

铠装海底电缆
技术领域
本申请涉及线缆技术领域，尤其涉及一种铠装海底电缆。
背景技术
高压交、直流海底电力电缆适用于海洋输电领域，海底电缆交付长度可达几十甚至上百公里，生产后的运输和施工需要借助专用施工船只完成，海缆由船只向水下进行海缆敷设时，海缆自身重力随着水深变深增大，在超过海缆内部部件机械承受能力的情况下会造成损坏，因此海缆设计时对轴向的机械抗拉强度要求较高。目前普遍采用多根抗拉强度较高的金属丝缠绕在铠装海底电缆护套外层作为铠装层来满足轴向受力要求，采用钢丝、铜丝或铝合金等高抗拉强度的金属丝绞合构成铠装层可以有效满足海缆施工时的轴向拉力需要，但是多根金属丝绞合的方式无法为海缆构成密封的外部保护环境，金属丝间的缝隙就成为了海缆长期运行过程中的薄弱点，海底的石头或其他海洋工程残留的尖锐物会从缝隙对海缆内部结构造成损害。
实用新型内容
有鉴于此，有必要提供一种铠装海底电缆，以防止电缆应用过程中受到尖锐物刺入造成损伤。
本申请的实施例提供一种铠装海底电缆，包括包覆设置的保护单元、铠装层及外护层，所述铠装层包括第一铠装层及第二铠装层，所述第二铠装层包覆于所述第一铠装层，所述外护层包覆在所述第二铠装层上，所述第一铠装层由第一金属丝绞合或金属带绕包而成，所述第二铠装层由第二金属丝绞合而成，所述第一金属丝或所述金属带与所述第二金属丝沿所述铠装海底电缆轴向呈现不同角度和方向。
在本申请的一些实施例中，所述第一金属丝与所述铠装海底电缆轴线之间的角度为8.8°～10.3°，所述第二金属丝与所述铠装海底电缆轴线之间的角度为5.5°～6.5°。
在本申请的一些实施例中，所述第一金属丝与所述第二金属丝绞合方向相同，且所述第一金属丝与所述第二金属丝横截面为尺寸相同的圆形，所述第一金属丝与所述第二金属丝的直径为d,所述保护单元的外径为D，
所述第一铠装层金属丝的根数n1：
Figure BDA0002558540310000021
所述第二铠装层金属丝的根数n2：
Figure BDA0002558540310000022
在本申请的一些实施例中，所述第一金属丝与所述第二金属丝绞合方向相同，所述第一金属丝横截面为梯形，所述第二金属丝横截面为圆形，所述第一金属丝的最大宽度为d1,且宽厚比为2:1，所述第二金属丝的直径为d2，所述保护单元的外径为D，
所述第一金属丝的根数n1：
Figure BDA0002558540310000023
所述第二金属丝的根数n2：
Figure BDA0002558540310000024
在本申请的一些实施例中，所述第一金属丝与所述铠装海底电缆轴线之间的角度与所述第二金属丝与所述铠装海底电缆轴线之间的角度相等，均为5.5°～6.5°。
在本申请的一些实施例中，所述第一金属丝与所述第二金属丝绞合方向相同，所述第一金属丝横截面和所述第二金属丝横截面为尺寸相同的梯形，所述第一金属丝和所述第二金属丝的最大宽度为d,且宽厚比为2:1，所述保护单元的外径为D，
所述第一金属丝的根数n1：
Figure BDA0002558540310000031
所述第二金属丝的根数n2：
Figure BDA0002558540310000032
在本申请的一些实施例中，所述金属带采用整根金属带围绕被保护保护单元进行绕包，每围绕所述铠装海底电缆轴线旋转一圈外层金属带搭接在内层金属带上。
在本申请的一些实施例中，相邻两层所述金属带的绕包重叠部分为所述金属带宽度的15％～20％。
在本申请的一些实施例中，所述保护单元包括由内向外设置的导体、内半导电屏蔽层、绝缘层、外半导电屏蔽层、半导电阻水层、金属屏蔽层及塑料护层。
在本申请的一些实施例中，所述保护单元还设有绑扎带和填充条，所述绑扎带绕包设置在所述塑料护套上，所述填充条填充在所述塑料护层与所述绑扎带形成的间隙中。
上述铠装海底电缆通过设置两层铠装层，且两层铠装层呈现不同的角度和方向，有效避免尖锐物进入外部铠装层缝隙后进一步破坏海缆内部结构。
附图说明
图1为本申请一实施方式中的铠装海底电缆的截面示意图。
图2为本申请一实施方式中的单芯保护单元的结构示意图。
图3为本申请一实施方式中的三芯保护单元的结构示意图。
图4为本申请一实施方式中的铠装海底电缆的结构示意图。
图5为本申请一实施方式中的第一金属丝及第二金属丝的截面示意图。
图6为本申请实施例6中的金属带的结构示意图。
主要元件符号说明
铠装海底电缆 100
保护单元 10
第一铠装层 20
第一金属丝 21
金属带 22
第二铠装层 30
第二金属丝 31
导体 11
内半导电屏蔽层 12
绝缘层 13
外半导电屏蔽层 14
半导电阻水层 15
金属屏蔽层 16
塑料护层 17
绑扎带 32
填充条 33
光纤单元 34
外护层 40
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
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例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请的实施例提供一种铠装海底电缆，包括包覆设置的保护单元、铠装层及外护层，所述铠装层包括第一铠装层及第二铠装层，所述第二铠装层包覆于所述第一铠装层，所述外护层包覆在所述第二铠装层上，所述第一铠装层由第一金属丝绞合或金属带绕包而成，所述第二铠装层由第二金属丝绞合而成，所述第一金属丝或所述金属带与所述第二金属丝沿所述铠装海底电缆轴向呈现不同角度和方向。
上述铠装海底电缆可以满足复杂海域环境下海缆无特殊或额外保护时的使用需要。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。
请参阅图1，一种铠装海底电缆100，包括依次包覆的若干保护单元10、铠装层及外护层40。所述铠装层包括第一铠装层20及第二铠装层30，所述外护层40包覆在所述第二铠装层30上，所述第一铠装层20及第二铠装层30用于对所述保护单元10进行保护。
请参阅图2，在一实施方式中，所述保护单元10包括包覆设置的导体11、内半导电屏蔽层12、绝缘层13、外半导电屏蔽层14、半导电阻水层15、金属屏蔽层16及塑料护层17。
所述导体11用于承载电流，所述内半导电屏蔽层12用于消除所述导体11表面的电场集中，防止所述绝缘层13与所述导体11之间产生间隙而引起的局部放电，所述外半导电屏蔽层14用于均匀电场，以及防止绝缘层13与金属屏蔽层16之间产生间隙而引起的局部放电。所述金属屏蔽层16用于提高铠装海底电缆100的抗电磁干扰能力，所述塑料护层17用于抗压、防水、防潮及接卸保护。
当所述保护单元10数量为一个时，所述铠装海底电缆100的结构包括所述保护单元10及包覆于所述保护单元10上的第一铠装层20、第二铠装层30及外护层40。
请参阅图3，在另一实施方式中，当所述保护单元10数量为三个时，三个所述保护单元10两两相切设置，且所述保护单元10还设有绑扎带32和填充条33，所述绑扎带32绕包设置在所述塑料护层17上。所述填充条33填充在所述塑料护层17与所述绑扎带32形成的间隙中。在其他实施方式中，所述保护单元10还可以设置为三芯以外的其他芯数，并且根据功能需要可在所述保护单元10的缝隙内添加光纤单元34。
请参阅图4及图6，所述第一铠装层20由第一金属丝21绞合或金属带22绕包而成，所述第二铠装层30由第二金属丝31绞合而成，所述第一金属丝21和所述第二金属丝31横截面形状可以相同也可以不同，在一实施方式中，所述第一金属丝21横截面为圆形，所述第一金属丝21横截面为梯形。所述金属带22铠装时采用整根金属带22围绕被保护保护单元10进行绕包，每围绕所述铠装海底电缆100轴线旋转一圈时外层金属带22会搭接在内层金属带22上。
具体的，所述第一金属丝21、所述第二金属丝31与铠装海底电缆100轴线形成一定角度。在一实施方式中，所述第一金属丝21与铠装海底电缆100轴线之间的角度为θ1,所述第二金属丝31与铠装海底电缆100轴线之间的角度为θ2，所述θ1在8.8°～10.3°之间，所述θ2在5.5°～6.5°之间。所述第一金属丝21和所述第二金属丝31可为高强度铝合金丝或镀锌钢丝制成。
可以理解的，采用不同的绞合角度，可以使得所述第一金属丝21及所述第二金属丝31缝隙沿轴向呈现不同角度和方向，以避免在尖锐物由缝隙进入外层金属丝的同时轻易进入内层金属丝的情况，为海缆提供更高强度的保护。
实施例1
请参阅图5，所述第一金属丝21选用横截面形状为梯形的金属丝，且所述第一金属丝21的宽厚比为2：1，且最大宽度记为d1，优选的，宽度d1为7.0±0.5mm，具体的，宽度为6.5mm、6.6mm、6.7mm、6.8mm、6.9mm、7.0mm、7.1mm、7.2mm、7.3mm、7.4mm、7.5mm中的一种。
所述第二金属丝31选用横截面形状为圆形的金属丝，直径记为d2，优选的，直径d2为5.5±0.5mm，具体的，直径为5.0mm、5.1mm、5.2mm、5.3mm、5.4mm、5.5mm、5.6mm、5.7mm、5.8mm、5.9mm、6.0mm中的一种。可以理解的，所述第一金属丝21及所述第二金属丝31也可根据实际需要选用其他尺寸。
所述第一金属丝21与所述第二金属丝31绞合方向相同，所述第一金属丝21与铠装海底电缆100轴线之间的角度处在8.8°～10.3°之间，具体的，所述第一金属丝21与铠装海底电缆100轴线之间的夹角可以为8.8°、8.9°、9.0°、9.1°、9.2°、9.3°、9.4°、9.5°、9.6°、9.7°、9.8°、9.9°、10.0°、10.1°、10.2°、10.3°中的一种。所述第二金属丝31与铠装海底电缆100轴线之间的角度处在5.5°～6.5°之间，具体的，第二金属丝31与铠装海底电缆100轴线之间的夹角可以为5.5°、5.6°、5.7°、5.8°、5.9°、6.0°、6.1°、6.2°、6.3°、6.4°、6.5°中的一种。
所述第一金属丝的根数n1：
Figure BDA0002558540310000071
所述第二金属丝的根数n2：
Figure BDA0002558540310000072
其中，D为保护单元的外径，可以理解的，当所述保护单元大于1个时，所述D为绑扎带的外径。
实施例2
在实施例1的基础上，将所述第一金属丝21调整为横截面形状与所述第二金属丝31形状和尺寸相同的圆形金属丝，且所述第一金属丝21和所述第二金属丝31的绞合角度和绞体转动速度不变，
所述第一铠装层金属丝的根数n1：
Figure BDA0002558540310000081
所述第二铠装层金属丝的根数n2：
Figure BDA0002558540310000082
其中，D为保护单元的外径，d为所述第一金属丝及所述第二金属丝的直径。
实施例3
在实施例1的基础上，将所述第二金属丝31调整为横截面形状与所述第一金属丝21形状和尺寸相同的梯形金属丝，宽厚比为2:1，且所述第一金属丝21和所述第二金属丝31的绞合角度和绞体转动速度不变，
所述第一金属丝的根数n1：
Figure BDA0002558540310000083
所述第二金属丝的根数n2：
Figure BDA0002558540310000084
其中，D为保护单元的外径，d为所述第一金属丝21和所述第二金属丝31的最大宽度。
实施例4
在实施例1的基础上，调整所述第一金属丝21的绞合方向，使得所述第一金属丝21和所述第二金属丝31的绞合方向相反，同时所述第一金属丝21、所述第二金属丝31均选用横截面形状相同的圆形金属丝，且调整绞合角度相等，均在5.5°～6.5°之间，所述第一铠装层20的绞体转动速度与所述第二铠装层30的绞体转动速度相同，
所述第一金属丝的根数n1：
Figure BDA0002558540310000091
所述第二金属丝的根数n2：
Figure BDA0002558540310000092
其中，D为保护单元的外径，d为所述第一金属丝21及所述第二金属丝31的直径。
实施例5
在实施例1的基础上，调整所述第一金属丝21的绞合方向，使得所述第一金属丝21和所述第二金属丝31的绞合方向相反，同时所述第一金属丝21及所述第二金属丝31均采用宽度为d，且宽度比为2：1的梯形金属丝，且绞合角度相等，均在5.5°～6.5°之间，相应地，所述第一铠装层20的绞体转动速度与所述第二铠装层30相同，
所述第一金属丝的根数n1：
Figure BDA0002558540310000093
所述第二铠装层金属丝的根数n2：
Figure BDA0002558540310000094
其中，D为保护单元的外径，d为所述第一金属丝21和所述第二金属丝31的最大宽度。
实施例6
请参阅图5，在实施例1的基础上，调整所述第一铠装层20的设计，选用宽度为10d2、厚度为0.5d2的金属带22绕包构成第一铠装层20，所述金属带22绕包时将绕包的搭接比例控制为宽度的15％～20％，图6中L为所述金属带22本身宽度，重叠部分宽度为L的15％～20％。
所述第二铠装层金属丝的根数n2：
Figure BDA0002558540310000101
上述铠装海底电缆通过设置两层铠装层，且两层铠装层呈现不同的角度和方向，有效避免尖锐物进入外部铠装层缝隙后进一步破坏海缆内部结构，可以满足复杂海域环境下海缆无特殊或额外保护时的使用需要，减少常规工程对于复杂海域工况时需要进行二次填埋、重物保护和机器人防护等工作，明显节省海缆工程的成本投入。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本申请要求公开的范围内。

Claims (9)

1.一种铠装海底电缆，包括包覆设置的保护单元、铠装层及外护层，其特征在于：所述铠装层包括第一铠装层及第二铠装层，所述第二铠装层包覆于所述第一铠装层，所述外护层包覆在所述第二铠装层上，所述第一铠装层由第一金属丝绞合或金属带绕包而成，所述第二铠装层由第二金属丝绞合而成，所述第一金属丝或所述金属带与所述第二金属丝沿所述铠装海底电缆轴向呈现不同角度和方向；所述第一金属丝与所述铠装海底电缆轴线之间的角度为8.8°～10.3°，所述第二金属丝与所述铠装海底电缆轴线之间的角度为5.5°～6.5°。
2.如权利要求1所述的铠装海底电缆，其特征在于：所述第一金属丝与所述第二金属丝绞合方向相同，且所述第一金属丝与所述第二金属丝横截面为尺寸相同的圆形，所述第一金属丝与所述第二金属丝的直径为d,所述保护单元的外径为D，
所述第一铠装层金属丝的根数n1：
Figure DEST_PATH_FDA0002838647920000013
所述第二铠装层金属丝的根数n2：
Figure DEST_PATH_FDA0002838647920000011
3.如权利要求1所述的铠装海底电缆，其特征在于：所述第一金属丝与所述第二金属丝绞合方向相同，所述第一金属丝横截面为梯形，所述第二金属丝横截面为圆形，所述第一金属丝的最大宽度为d1,且宽厚比为2:1，所述第二金属丝的直径为d2，所述保护单元的外径为D，
所述第一金属丝的根数n1：
Figure DEST_PATH_FDA0002838647920000012
所述第二金属丝的根数n2：
Figure DEST_PATH_FDA0002838647920000021
4.如权利要求1所述的铠装海底电缆，其特征在于：所述第一金属丝与所述铠装海底电缆轴线之间的角度与所述第二金属丝与所述铠装海底电缆轴线之间的角度相等，均为5.5°～6.5°。
5.如权利要求4所述的铠装海底电缆，其特征在于：所述第一金属丝与所述第二金属丝绞合方向相同，所述第一金属丝横截面和所述第二金属丝横截面为尺寸相同的梯形，所述第一金属丝和所述第二金属丝的最大宽度为d,且宽厚比为2:1，所述保护单元的外径为D，
所述第一金属丝的根数n1：
Figure DEST_PATH_FDA0002838647920000022
所述第二金属丝的根数n2：
Figure DEST_PATH_FDA0002838647920000023
6.如权利要求1所述的铠装海底电缆，其特征在于：所述金属带采用整根金属带围绕被保护保护单元进行绕包，每围绕所述铠装海底电缆轴线旋转一圈外层金属带搭接在内层金属带上。
7.如权利要求6所述的铠装海底电缆，其特征在于：相邻两层所述金属带的绕包重叠部分为所述金属带宽度的15％～20％。
8.如权利要求1所述的铠装海底电缆，其特征在于：所述保护单元包括由内向外设置的导体、内半导电屏蔽层、绝缘层、外半导电屏蔽层、半导电阻水层、金属屏蔽层及塑料护层。
9.如权利要求8所述的铠装海底电缆，其特征在于：所述保护单元还设有绑扎带和填充条，所述绑扎带绕包设置在所述塑料护层上，所述填充条填充在所述塑料护层与所述绑扎带形成的间隙中。
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