電力線纜的製作方法

2023-06-12 01:36:56 3

專利名稱：電力線纜的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電力海洋線纜，包括至少一個線纜芯，該至少 一個線纜芯包括電導體、圍繞該導體的電絕緣體和圍繞該電絕緣體 並且充當防止水進入電絕緣體中的防水層的管狀保護護套。本發明 具體地涉及一種中壓或者高壓電氣線纜。
背景技術：
電氣動態海洋線纜是可以連接到離岸設備的電力線纜。離岸設 備可以包括浮動平臺、豎立於海底的平臺以及浮動船舶。平臺例如 是用來從海底井開採石油，/或天然氣的平臺。
電力線纜將通常用來輸送中壓或者高壓電力。在本說明書和所
附權利要求書中，"中壓"指代從約1 kV直至約40kV的電壓，而"高 壓，，指代從約40 kV直至800 kV或者甚至該數字以上的電壓。
動態海洋線纜可以在例如平臺與海底的某些固定點之間在海 水中自由延伸並且因此將隨著海洋的運動(包括海流和由風引起的 運動)而移動。將理解動態電力海洋線纜的部分可以在例如通向平 臺或者船舶的連接點處位於水平面以上。
包括三個平行導體(每個導體由絕緣體和外保護護套圍繞)的 中壓或者高壓三相海洋線纜僅在彎曲少許時表現得堅硬。保護護套 通常由金屬製成並且也稱為防，層。可以在外保護護套和線纜芯一 部分外側徑向地布置聚佘物層作為保護。絕緣體例如是聚合物絕緣 體，比如交聯聚乙烯或者油和紙絕緣體。"線纜芯"在以下描述和所 附權利要求中指代由絕緣體、保護護套和可選聚合物層圍繞的導體。
這樣的線纜中的所有材料，尤其是金屬，由於上述移動而面臨 機械疲勞。某些材料呈現更低疲勞強度並且因此如果受到某一程度
4的疲勞應變將可能破裂。尤其是通常由如鉛、銅或者鋼的金屬製成 的防水層對疲勞敏感並且將在過多或者過大移動之後最終破裂。這 可能導致水進入線纜絕緣體中，水進入線纜絕緣體又可能導致減少 指定絕緣體的電氣性質。電氣動態海洋線纜因此應當具有使作用於 線纜內部如防水層的力減小的設計。

發明內容
本發明的 一 個目的在於提供 一 種對作用於線纜的彎曲力的抵 抗性提高的電力海洋線纜。
根據本發明的第一方面，通過根據權利要求1的電力海洋線纜 來達到這一目的。根據以下描述以及根據從屬權利要求將清楚本發 明的有利實施例。
根據本發明的 一 個實施例，電力海洋線纜包括至少 一 個線纜 芯，該線纜芯包括電導體、圍繞該導體的電絕緣體和圍繞該電絕緣 體並且充當防止水進入電絕緣體中的防水層的保護護套，該線纜包 括圍繞至少一個線纜芯^至少一個外層。防水層由金屬製成，並且 電力線纜包括圍繞至少二個線纜芯的至少 一 個摩擦減少層，並且摩 擦減少層布置於至少 一個外層的內側。摩擦減少層適合於防止作用 於線纜的彎曲力傳輸到金屬的保護護套。將隨之獲得抗彎曲性提高 的線纜。作用於線纜的彎曲將在線纜中引起彎曲、軸向和摩擦應力。 具體而言，防止作用於線纜的彎曲傳輸到布置於絕緣體周圍的保護 護套，並且減少保護護套破裂的風險。外層可以包括用以機械保護 線纜芯的多層，比如鎧裝套和外套。
根據一個實施例，保護護套由波紋金屬護套製成。金屬護套形 成為管，該管沿著管的縱向方向焊接並且布置成封閉至少 一個線纜 芯，從而形成完全不透水的保護護套。波紋在由金屬保護護套製成 的管的圓周方向上螺旋地或者環形地布置有它的波形。保護護套中 的金屬優選為銅或者鋁合金。
根據本發明的 一個實施例，摩擦減少層至少部分地布置於至少一個線纜芯的保護護套與至少一個外層之間。通過至少部分地在至 少 一 個外層與線纜芯的保護護套之間布置摩擦減少層，將獲得抗彎 曲性提高的線纜。
根據一個實施例，電力線纜包括三個平行線纜芯(所謂的三相 線纜)，並且摩擦減少層圍繞三個線纜芯。摩擦減少層布置於至少 一個外層與導體的保護護套之間。通過在外層與保護護套之間布置 摩擦減少層，限制了作用於保護護套上的彎曲力，並且減少充當防 水層的保護護套破裂的風險。
根據一個實施例，填充物型條(profile)在線纜包括兩個或者 更多新時布置於線纜芯之間的空間中以建立線纜的圓形橫截面並且 例如避免具有三角形橫截面的三相線纜。圓形線纜在線纜生成中和 在安裝期間更易於操控。根據本發明的一個實施例，摩擦減少層也 與填充物型條與線纜的外層相向的至少 一部分接觸。
根據一個實施例，線纜的外層包括圍繞至少一個線纜芯的線纜 芯綑紮物(binder)，並且摩擦減少層徑向地布置於線纜芯綑紮物內 側。線纜芯綑紮物例如纏繞於線纜芯和型條周圍並且保持著不同線 纜部分。摩擦減少層布置成與線纜芯綑紮物接觸並且至少部分地與 導體的保護護套接觸。
根據上述實施例的 一 個替代實施例，聚合物層圍繞至少 一 個線 纜芯的保護護套。聚合物層一般為擠壓層。布置於線纜芯綑紮物內 側的摩擦減少層然後至少部分地與圍繞保護護套的聚合物層接觸。
根據上述實施例的又一替代實施例，摩擦減少層徑向地布置於 線纜芯綑紮物外側並且與線纜芯綑紮物接觸。摩擦減少層布置於線 纜芯綑紮物與至少 一 個外層之間。
根據上述實施例的又一替代實施例，摩擦減少層部分地布置於 線纜芯綑紮物內側並且至少部分地布置於線纜芯綑紮物外側。例如 通過形成線纜芯綑紮物的帶與形成摩擦減少層的帶的重疊來實現這 一點。形成線纜芯綑紮物的帶和形成摩擦減少層的帶同時纏繞並且 相互重疊。200880017746.6
說明書第4/8頁 根據一個實施例，線纜包括三個平行線纜芯，並且摩擦減少層 徑向地布置於每個線纜芯外側，從而摩擦減少層的內側與線纜芯的 外表面接觸。線纜芯的外表面是線纜芯的保護護套或者外聚合物層。
根據一個實施例，摩擦減少層的至少內表面具有區間為
0.05-0.4並且優選區間為0.1-0.3的摩擦係數。摩擦減少層的內表面 面向保護護套或者布置於保護護套外側的外聚合物層或者線纜芯捆 扎物。這 一 摩擦係數保證作用於線纜的彎曲力沒有傳送到充當防水 層的保護護套。
根據一個實施例，摩擦減少層的外表面具有區間為0.05-0.4並 且優選區間為0.1-0.3的摩擦係數。摩擦減少層的外表面面向線纜芯 綑紮物或者至少一個外i。從而保證作用於線纜的彎曲力沒有傳送 到充當防水層的保護護套。
根據一個實施例，摩擦減少層包括作為主要組分的聚合物。根 據一個實施例，該聚合物包括聚丙烯、高密度聚乙烯(HDPE)、聚 四氟乙烯、矽樹脂或者聚酯如Mylar⑧中的至少一種。
根據一個實施例，摩擦減少層具有區間為0.01-1 mm、優選為 0.05-0.3 mm的厚度。
根據一個實施例，摩擦減少層是聚合物帶的纏繞層。該層例如 在至少一個外層或者線纜芯綑紮物布置於導體周圍之前的加工步驟 中纏繞於至少一個線纜芯周圍。
根據一個實施例，摩擦減少層是擠壓管狀聚合物層。
根據一個實施例,摩擦減少層包括作為主要組成的例如油的液 體、石墨、油脂或者蠟中的至少一種。
根據 一 個實施例，線纜是用於將例如電力線纜連接到海洋中的 浮動石油平臺的動態海洋線纜。線纜芯的導體周圍的絕緣體例如是 擠壓交聯聚乙烯或者紙和油絕緣體。
根據本發明的第二方面，通過一種離岸設備來達到本發明的目 的，該離岸設備包括在兩個固定點之間在海洋中自由延伸的電力線 纜，並且其中電力線纜是根據權利要求1-15中的任一權利要求的電
7力海洋線纜。通過提供一種具有根據權利要求1-15中的任一權利要求的電力線纜的離岸設備，獲得 一 種能夠操控例如由於海流和波浪所致的線纜移動的線纜g備。線纜隨之具有與沒有摩擦減少層的線纜相比增加的抗機械疲勞性。
根據本發明的第三方面，通過一種根據權利要求1-15中的任一權利要求的電力海洋線纜在離岸設備中的應用來達到本發明的目的。


將參照以下附圖通過描述實施例來更具體地描述本發明
圖1是根據本發明一個實施例的單相電力海洋線纜的徑向橫
截面，
圖2是根據本發明一個實施例的三相電力海洋線纜的徑向橫
截面， j .
圖3是根據本發明一個實施例的三相電力海洋線纜，
圖4是根據本發明一個替代實施例的三相電力海洋線纜的徑
向才黃截面，
圖5是根據圖1中的線纜的一個替代實施例的三相電力海洋線纜，以及
圖6示意地示出了包括在兩個固定點之間在海洋中自由延伸的動態電力海洋線纜的離岸設備。
具體實施例方式
圖1示出了包括一個單導體線纜芯3的電力海洋線纜1的橫截面，該線纜芯包括電導體:/2和圍繞導體2的聚合物電絕緣體6。內導電層11布置於導體2與電絕緣體6之間，而外導電層12布置於絕緣體6外側並且與絕緣體6接觸。保護護套7圍繞外導電層12並且充當防止水進入電絕緣體6中的防水層，並且一個外層8布置於保護護套7周圍。外層8可以包括用以機械保護線纜芯3的若干層，
8比如鎧裝套(未示出)和外套(未示出)。摩擦減少層9布置於外
層8內側並且至少部分地與保護護套7接觸。摩擦減少層9由聚丙烯製成並且具有區間為0.05-0.3 mm的厚度。摩擦減少層12的內表面10具有區間為0.1-0.3的摩擦係數。
根據圖1中所示實施例的一個替代實施例，擠壓聚合物層(未示出)布置於保護護套7周圍，並且摩擦減少層9布置於擠壓聚合物護套外側並且至少部分地與擠壓聚合物護套接觸。
圖2示出了包括三個單導體線纜芯3、 4、 5的三相電力線纜1。單導體線纜芯3、 4、 5中的每個均包括封入聚合物電絕緣層6中的中心導體2。內導電層11布置於導體2與電絕緣體6之間，並且外導電層12布置於絕緣體6外側。保護護套7圍繞外導電層12並且充當防止水進入線纜芯3、 4、 5的電絕緣體6中的防水層。摩擦減少層9圍繞三個線纜芯並且至少部分地與線纜芯3、 4、 5的外表面接觸。線纜芯的外表面可以是如圖3中的保護護套7或者是布置於保護護套7周圍的聚合物護套(未示出)的外表面。在三個線纜芯3、4、 5之間布置型條13,比如填充物繩或者擠壓型條。在圖2中，摩擦減少層9也與型條13的至少一部分接觸。通過布置與線纜芯3、4、5的外層接觸的摩擦減少層，限制作了用於保護護套上的彎曲力，並且減少充當防水層的保護護套破裂的風險。本實施例中的摩擦減少層9是聚合物帶，比如在三個線纜芯周圍纏繞的聚丙烯帶。例如包括鎧裝套17和外套18巧至少一個外層8圍繞三個導體2的保護護套7。線纜芯綑紮物14布置於外層和摩擦減少層9之間。線纜芯綑紮物14通常纏繞於線纜芯3、 4、 5與型條13周圍並且將線纜芯和型條保持在一起。
圖3示意地示出了圖2中的三相線纜1，該線纜具有通常是三相電力線纜一部分的附加外層和型條。內導電層11布置於導體2與電絕緣體6之間，而外導電層12布置於絕緣體6外側。線纜芯3、 4、5也包括外導電層12外側的線纜芯鎧裝層20。線纜芯1的至少一個若干層15-18，比如鎧裝絲15、 17和外套18。填充物型條13布置於線纜芯3、 4、 5之間的空間中以建立線纜的圓形橫截面。在圖3中的填充物型條之一中嵌入光纖19。
在圖3中，摩擦減少層9布置於線纜芯綑紮物14的內側上，從而摩擦減少層9與保護護套7與線纜芯綑紮物14相向的至少 一 部分接觸。在圖3中，摩擦減少層9也與填充物型條13的部分表面接觸。
圖4示出了圖2中的實施例的一個替代實施例，其中摩擦減少層9布置於至少一個外層8與線纜芯綑紮物14之間，即摩擦減少層9徑向地布置於線纜芯綑紮物14外側並且與線纜芯綑紮物14接觸。摩擦減少層是纏繞於線纜芯綑紮物14周圍的聚合物帶。
圖5示出了圖1中的實施例的一個替代實施例，其中電力線纜包括三個平行線纜芯3、 4、 5。摩擦減少層9徑向地布置於每個線纜芯外側，從而摩擦減少層的內側與線纜芯的外表面接觸。線纜芯的外表面是金屬保護護套7或者線纜芯的外聚合物層(未示出)。
圖6示意地示出了包括根據任 一 上述實施例的動態電力線纜1的浮動離岸設備21。電力線纜1在兩個固定點之間在海洋中自由延伸。第一固定點22是動態電力線纜1的第一端與浮動平臺23的連接點，而第二固定點24是動態電力線纜1的第二端與海底設備25的連接點。布置在海床27上的第二電力線纜26連接到海底設備25。海底設備25例如是中轉接合點或者某一類海底站。動態電力線纜1可以連接兩個浮動平臺》3而不是連接到海底設備25。
即使線纜僅彎曲少許，三相線纜仍然表現得堅硬。所有層由於不同層之間的摩擦而彼此粘附。在層之間的摩擦高的情況下，即使彎曲更多仍然保持高彎曲硬度水平。當彎曲進而更多時，層開始沿著彼此滑動，即層之間的摩擦不能保持層相互粘附，這造成較低的彎曲硬度。低彎曲度給予高彎曲硬度，而高彎曲度給予低彎曲硬度。這兩個彎曲硬度水平之間的過渡點取決於線纜中的不同層之間的摩擦水平。
10就高彎曲硬度而言，作用於線纜的彎曲力傳輸到個別層。結果 是層受到強的應力。就低彎曲硬度而言，這些力是有限的。摩擦減 少層9減少線纜的彎曲碌度並且隨之減少作用於保護護套7的彎曲 力。
保護護套是金屬的，並且例如由鋼、銅或者鉛製成。 已經針對沿著線纜的不同位置計算具有和沒有摩擦減少層的 三相動態海底線纜的失效時間。對於沒有摩擦減少層的線纜，線纜
芯綑紮物與線纜芯之間的摩擦係數為0.44。對於在至少一個外層與 線纜芯之間包括摩擦減少層的動態線纜，摩擦減少層的摩擦係數為 0.2。例如，對於在動態海底線纜與浮動平臺的連接位置處的保護護 套，計算的失效時間在摩擦係數為0.2時為36年，而在摩擦係數為 0.44時為7年，即摩擦減少層按照因子5增加計算的壽命。在動態 海底線纜與海床接近的位置，保護護套的計算壽命在減少摩擦係數 時從3400年增加至420Q年。在頂部與底部之間的位置，保護護套 的計算壽命在摩擦係數從0.44減少至0.2時從9300年增加至11000 年。
本發明不以任何方式受到上述優選實施例的限制。恰好相反， 本領域技術人員應當清楚存在其多個修改的可能性而不脫離如所附 權利要求書中限定的本發明的基本構思。例如，可以用不同方式布 置上述實施例中的線纜部分和層，可能並非所有提到的層都是必需 的，或者也可以有未描述的附加層。另外，當帶形成線纜芯綑紮物 並且帶形成摩擦減少層時，它們可以相互重疊，從而使摩擦減少層 布置於線纜芯綑紮物的內側和外側。
權利要求
1.一種電力海洋線纜(1)，包括至少一個線纜芯(3，4，5)，所述至少一個線纜芯包括電導體(2)、圍繞所述導體(2)的電絕緣體(6)和圍繞所述電絕緣體(6)並且充當防水層的保護護套(7)，所述線纜(1)還包括圍繞所述至少一個線纜芯的至少一個外層(8)，其特徵在於所述保護護套(7)由金屬製成，並且所述線纜(1)包括圍繞所述至少一個線纜芯(3，4，5)並且布置於所述至少一個外層(8)內側的至少一個摩擦減少層(9)。
2. 根據權利要求1所述的電力海洋線纜(1),其中所述摩擦減少層(9)適合於防止作用於所述線纜的彎曲力傳輸到所述金屬保護護套(7)。
3. 根據權利要求1或者2所述的電力海洋線纜(1 )，其中所述保護護套(7)由波紋金屬護套製成。
4. 根據任一前述權利要求所述的電力海洋線纜(1 ),其中所述摩擦減少層(9)至少部分地布置於所述至少一個線纜芯(3， 4，5)的所述保護護套(7)與所述至少一個外層(8)之間。
5. 根椐任一前述權利要求所述的電力海洋線纜(1 )，其中所述線纜包括三個平行線纜芯(3, 4， 5),並且所述摩擦減少層(9)圍繞所述三個線纜芯(3— 4:， 5)。
6. 根據任一前述權利要求所述的電力海洋線纜(1 ),其中所述線纜包括圍繞所述至少一個線纜芯的線纜芯綑紮物，並且所述摩擦減少層徑向地布置於所述線纜芯綑紮物外側。
7. 根據任一前述權利要求所述的電力海洋線纜(1 )，其中所述線纜包括三個平行線纜芯(3, 4， 5),並且所述摩擦減少層(9)徑向地布置於每個線纜芯(3, 4, 5)外側。
8. 根據任一前述權利要求所述的電力海洋線纜(1)，其中所述至少一個摩擦減少層(9)的至少一個表面(10, 28)具有區間為0.05-0.4、優選區間為0.1-0.3的摩擦係數。
9. 根據任一前述權利要求所述的電力海洋線纜(1 )，其中所述摩擦減少層(9)包括作為主要組分的聚合物。
10. 根據權利要求9所述的電力海洋線纜(1)，其中所述聚合 物包括聚丙烯、高密度聚乙烯(HDPE)、聚四氟乙烯、矽樹脂或者 聚酯中的至少一種。
11. 根據任一前述權利要求所述的電力海洋線纜(1 ),其中所 述摩擦減少層(9)具有區間為0.01-1 mm、優選區間為0.05-0.3 mm 的厚度。
12. 根據任一前述權利要求所述的電力海洋線纜(1 ),其中所 述摩擦減少層(9)是聚合物帶的纏繞層。
13. 根據權利要求1-6中的任一權利要求所述的電力海洋線纜 (1),其中所述摩擦減少層(9)包括作為主要組分的例如油的液體、石墨、油脂或者蠟中的至少一種。
14. 根據任一前述權利要求所述的電力海洋線纜(1 ),其中所 述電力線纜是動態海洋線纜。
15. 根據權利要求l-ll中的任一權利要求所述的電力海洋線纜 (1),其中所述摩擦減少層(9)是擠壓聚合物層。
16. —種離岸設備(21)，包括在兩個固定點(22， 24)之間 在海洋中自由延伸的電力海洋線纜(1 )，其特徵在於所述電力海洋 線纜是根據權利要求1-15中的任一權利要求所述的電力海洋線纜
17. —種根據權利秀求1-15中的任一權利要求所述的電力線纜 (1 )在離岸設備(21 )中的應用。
全文摘要
一種電力海洋線纜(1)，包括至少一個線纜芯(3，4，5)，該線纜芯包括電導體(2)、圍繞導體(2)的電絕緣體(6)和圍繞電絕緣體(6)並且充當防水層的保護護套(7)，至少一個外層(8)圍繞至少一個線纜芯(3，4，5)。保護護套(7)由金屬製成，並且電力海洋線纜(1)包括圍繞至少一個線纜芯並且布置於至少一個外層(8)內側的至少一個摩擦減少層(9)。
文檔編號H01B7/18GK101681697SQ200880017746
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月29日 優先權日2007年5月29日
發明者C·索尼森, J·埃克, M·傑羅恩塞 申請人:Abb技術有限公司