光電複合電纜及其電纜單元的製作方法

2023-12-06 01:07:31

本實用新型涉及光電複合電纜技術領域，尤其涉及一種適用於海底的光電複合電纜及其電纜單元。

背景技術：

隨著海上石油開採力度的加強和石油開採技術的不斷進步，海上石油開採獲得了快速發展。海底電纜由於安裝在環境複雜的海底，長期受到海浪衝擊、海水腐蝕及許多未知因素影響，其設計、製造和安裝要求都遠遠高於普通的電纜，並且海底電纜對於阻水的效果好壞很大程度上決定了其使用壽命的長短。

現有海底電纜一般包括導體，設於導體外的內屏蔽層，設於內屏蔽層外的絕緣層，設於絕緣層外的外屏蔽層，設於外屏蔽層的金屬套，以及設於金屬套外的護套。所述金屬套一般為鉛套，所述鉛套用作所述電纜的徑向防水層，同時起到金屬屏蔽作用。然而，鉛套的抗蠕變性能差、機械強度低、直流電阻率高，允許通過的短路電流小；且鉛為重金屬，對海洋存在一定的環境汙染，因此採用鉛套進行金屬屏蔽的海底電纜的應用受到了限制。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，有必要提供一種機械強度較高、允許通過的短路電流較大、抗疲勞性能較好且無汙染的金屬屏蔽層的電纜單元及應用該電纜單元的光電複合電纜。

一種電纜單元，包括導體層，設於所述導體層外的絕緣層以及設於所述絕緣層外的半導電阻水帶層，設於所述半導電阻水帶層外的銅套屏蔽層以及設於所述銅套屏蔽層外的護套層。

在一種實施方式中，所述銅套屏蔽層的外表面凸伸形成有多個凸環，所述凸環環繞所述銅套屏蔽層的周向延伸。

在一種實施方式中，所述多個凸環均勻間隔設置，且每個凸環的波峰高度相同。

在一種實施方式中，所述電纜單元還包括設置於所述導體層與所述絕緣層之間的導體屏蔽層，以及設置於所述絕緣層與所述半導電阻水帶層之間的絕緣屏蔽層。

在一種實施方式中，所述導體層由多根單線導體絞合而成，所述導體層的橫截面以及所述單線導體的橫截面均為圓形。

一種光電複合電纜，其包括上述任一種電纜單元、光纜單元、第一包帶層、內護套層、第一鎧裝層、第二包帶層、第二鎧裝層以及外護套層，所述第一包帶層繞包在所述電纜單元以及所述光纜單元外，所述內護套層套設於所述第一包帶層上，所述第一鎧裝層套設於所述內護套層上，所述第二包帶層套設於所述第一鎧裝層上，所述第二鎧裝層套設於所述第二包帶層上，所述外護套層套設於所述第二鎧裝層上。

在一種實施方式中，所述光電複合電纜還包括第一填充物，所述第一填充物填充於所述電纜單元、所述光纜單元以及所述第一包帶層之間的間隙中，所述第一填充物為鋼棒。

在一種實施方式中，所述鋼棒由鋼絲繩絞合而成。

在一種實施方式中，所述光電複合電纜還包括第二填充物，所述第二填充物填充於所述電纜單元、所述光纜單元以及所述第一包帶層之間的間隙中，所述第二填充物為熱塑性塑料。

在一種實施方式中，所述第一鎧裝層由扁鋼絲製成，所述第二鎧裝層由圓鋼絲製成。

本實用新型的電纜單元，採用所述銅套屏蔽層作為金屬屏蔽，使得採用所述銅套屏蔽層的電纜單元具有較高的機械強度、較好的耐腐蝕性、短路電流承載容量大以及較好的阻水性能。

附圖說明

圖1為本實用新型一實施方式的電纜單元的結構示意圖。

圖2是圖1所示電纜單元的銅套屏蔽層的結構示意圖。

圖3為本實用新型一實施方式的光電複合電纜的結構示意圖。

主要元件符號說明

如下具體實施方式將結合上述附圖進一步說明本實用新型。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

需要說明的是，在本實用新型實施方式中使用的術語是僅僅出於描述特定實施方式的目的，而非旨在限制本實用新型。在本實用新型實施方式和所附權利要求書中所使用的單數形式的「一種」、「所述」和「該」也旨在包括多數形式，除非上下文清楚地表示其他含義。還應當理解，本文中使用的術語「和/或」是指並包含一個或多個相關聯的列出項目的任何或所有可能組合。另外，本實用新型的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」等是用於區別不同對象，而不是用於描述特定順序。此外，術語「包括」和「具有」以及它們任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備沒有限定於已列出的步驟或單元，而是可選地還包括沒有列出的步驟或單元，或可選地還包括對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。

請參閱圖1，圖1是本實用新型一實施方式的電纜單元的結構示意圖。所述電纜單元100用於提供電力傳輸服務。本實施方式中，所述電纜單元100包括導體層10，設於所述導體層10外的導體屏蔽層20，設於所述導體屏蔽層20外的絕緣層30，設於所述絕緣層30外的絕緣屏蔽層40，設於所述絕緣屏蔽層40外的半導電阻水帶層50，設於所述半導電阻水帶層50外的銅套屏蔽層60，以及設於所述銅套屏蔽層60外的護套層70。本實施方式中，所述電纜單元100為單芯電纜單元。

所述導體層10由多根單線導體絞合而成，用於傳導電流。所述導體層10的橫截面為圓形，且所述單線導體的橫截面亦為圓形。所述單線導體通過擠壓工藝製成。本實施方式中，所述單線導體為銅絲導線，具有良好的金屬兼容性和耐腐蝕性。在另一實施方式中，所述導體層10的還可由銅絲導線以及鋁導線絞合而成。

所述導體屏蔽層20設置於所述導體層10與所述絕緣層30之間，並與所述絕緣層30的內表面接觸良好。所述導電屏蔽層20由電阻率較低且厚度較薄的半導電材料製成，用於均勻所述導體層10外表面電場，避免因所述導體層10的表面不光滑以及所述導體層10內的單線導體絞合產生的氣隙而造成的所述導體層10與所述絕緣層30發生局部放電的現象。可以理解的是，對額定電壓1kV及以下低壓電纜單元100，所述導體屏蔽層20可以省略。

所述絕緣層30用於承受所述導體層10上的電壓，並對所述導體層10起絕緣作用。所述絕緣層30可由橡膠或塑料製成，例如天然橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠、矽橡膠、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、氟塑料、交聯聚乙烯等。

所述絕緣屏蔽層40設置於所述絕緣層30與所述半導電阻水帶層50之間，並與所述絕緣層30的外表面接觸良好。所述絕緣屏蔽層40由電阻率較低且厚度較薄的半導電材料製成，用於避免因所述絕緣層30與所述半導電阻水帶層50之間存在的間隙以及所述絕緣層30外表面裂紋等缺陷而造成的所述絕緣層30與所述半導電阻水帶層50發生局部放電的現象。可以理解的是，對額定電壓1kV及以下低壓電纜單元100，所述絕緣屏蔽層40可以省略。

所述半導電阻水帶層50起到縱向、徑向阻水的作用，同時用作所述絕緣屏蔽層40與所述銅套屏蔽層60之間的緩衝層，保護所述絕緣屏蔽層40。所述半導電阻水帶層50由彈性阻水材料製成，其可隨著銅套屏蔽層60的熱脹冷縮而伸縮變化，避免在所述銅套屏蔽層60內側預留供其進行熱脹冷縮的間隙。本實施方式中，所述半導電阻水帶層50包括兩層半導電基材以及夾設於兩層半導電基材之間的阻水材料，其中一層半導電基材通過在平整的滿足耐溫和強度要求的基布上均勻附著半導電化合物，其中另一層半導電基材通過在具有膨鬆性質的基布上均勻附著半導電化合物，所述半導電阻水材料是由粉狀的高分子吸水材料與導電碳黑組成。

請一併參閱圖2，圖2是圖1所示電纜單元的銅套屏蔽層的結構示意圖。所述銅套屏蔽層60用於屏蔽電場。所述銅套屏蔽層60大致為中空套筒狀。所述銅套屏蔽層60套設於所述半導電阻水帶層50上。所述銅套屏蔽層60的外表面凸伸形成有多個凸環62，所述凸環62環繞所述銅套屏蔽層60的周向延伸。本實施方式中，多個凸環62均勻間隔設置，且每個凸環62的波峰高度大致相同。所述銅套屏蔽層60可以通過縱包焊接銅板，然後冷卻、軋紋得到；或者可以通過擠出、冷卻、軋紋得到。所述銅套屏蔽層60機械強度高，質量輕，允許通過的短路電流大，無汙染，在複雜的海底環境下具有良好的耐疲勞性能，且在深水環境下具有良好的徑向阻水性能。可以理解的是，在其他實施方式中，所述多個凸環62可以不均勻間隔設置，且每個凸環62的波峰高度也可不相同。可以理解的是，在其他實施方式中，所述多個凸環62還可依次連接形成環繞所述銅套屏蔽層的軸向延伸的螺旋線。

所述護套層70起到防水作用，並用於保護所述銅套屏蔽層60。

請一併參閱圖3，圖3是本實用新型一實施方式的光電複合電纜的結構示意圖。具體地，所述光電複合電纜200包括電纜單元100、光纜單元290、第一填充物210、第二填充物220、第一包帶層230、內護套層240、第一鎧裝層250、第二包帶層260、第二鎧裝層270以及外護套層280。所述電纜單元100、所述光纜單元290、所述第一填充物210以及所述第二填充物220被包裹於所述第一包帶層230中，所述內護套層240套設於所述第一包帶層230上，所述第一鎧裝層250套設於所述內護套層240上，所述第二包帶層260套設於所述第一鎧裝層250上，所述第二鎧裝層270套設於所述第二包帶層260上，所述外護套層280套設於所述第二鎧裝層270上。

本實施方式中，所述光電複合電纜200包括三根絞合的電纜單元100。可以理解的是，在其他實施方式中，所述光電複合電纜200中的電纜單元100的數量可依據實際需要而設定。

所述光纜單元290用於進行通信。本實施方式中，所述光電複合電纜200包括一根絞合的光纜單元290。可以理解的是，在其他實施方式中，所述光電複合電纜200中的光纜單元290的數量可依據實際需要而設定。

所述第一包帶層230繞包在所述電纜單元100以及所述光纜單元290外，用於將所述電纜單元100以及所述光纜單元290紮緊。所述第一包帶層230為高強度聚酯帶。

所述第一填充物210以及所述第二填充物220用於填充所述電纜單元100、所述光纜單元290以及所述第一包帶層230之間的間隙中。所述第一填充物210為鋼棒。所述鋼棒由鋼絲繩絞合而成。利用鋼棒進行填充，使得所述光電複合電纜200的剛度增大，當所述光電複合電纜200受環境載荷作用處於不斷波動的狀態時，鋼棒能夠抵抗部分外力；且其增大了所述光電複合電纜200的自重，進而增加了所述光電複合電纜200的穩定性。所述第二填充物220為熱塑性塑料。具體地，所述第二填充物220採用擠出特定形狀的熱塑性塑料，所述熱塑性塑料可選自高密度聚乙烯、中密度聚乙烯或者聚氯乙烯等。可以理解的是，在其他實施方式中，所述光電複合電纜200可僅包括一種填充物。

所述內護套層240起到防水作用，並用於保護所述第一包帶層230。所述內護套層240可以由高密度聚乙烯材料、中密度聚乙烯材料或者聚氨酯材料製成。

所述第一鎧裝層250由金屬材料製成，用於增強所述光電複合電纜200的抗拉強度、抗壓強度等機械性能，以延長所述光電複合電纜200的壽命；並且通過金屬屏蔽，進一步提高所述光電複合電纜200的抗幹擾性能。所述第一鎧裝層250可由鋼帶、鋼絲、鋁帶、鋁管等材料製成。本實施方式中，所述第一鎧裝層250由扁鋼絲製成，並包括兩層扁鋼絲鎧裝。相較圓鋼絲，扁鋼絲之間能夠貼合得更加緊密，在保證所述第一鎧裝層250的鋼截面的基礎上滿足機械強度需求的同時節省了鋪設船的空間需求以及材料的用量。

所述第二包帶層260位於所述第一鎧裝層250與所述第二鎧裝層270之間，用於分隔所述第二鎧裝層270與所述第一鎧裝層250。

所述第二鎧裝層270由金屬材料製成，用於增強所述光電複合電纜200的抗拉強度、抗壓強度等機械性能，以延長所述光電複合電纜200的壽命；並且通過金屬屏蔽，進一步提高所述光電複合電纜200的抗幹擾性能。本實施方式中，所述第二鎧裝層270由圓鋼絲製成，並包括兩層圓鋼絲鎧裝。

所述外護套層280起到防水作用，並用於保護所述第二鎧裝層270。所述外護套層280為擠出高密度聚乙烯層。

經測試，所述光電複合電纜200可適用於800米以上水深環境，且其電壓等級可達到110kV。

本實用新型的電纜單元100，採用所述銅套屏蔽層60作為金屬屏蔽，由於所述銅套屏蔽層60的機械強度高，質量輕，允許通過的短路電流大，無汙染，在複雜的海底環境下具有良好的耐疲勞性能，且在深水環境下具有良好的徑向阻水性能，使得採用所述銅套屏蔽層60的電纜單元100具有較高的機械強度、較好的耐腐蝕性、短路電流承載容量大以及較好的阻水性能。

另外，本實用新型的光電複合電纜200，採用扁鋼絲製成所述第一鎧裝層250，在保證鋼截面的基礎上滿足機械強度需求的同時節省了鋪設船的空間需求以及材料的用量。且利用鋼棒作為所述第一填充物210，增大了所述光電複合電纜200的剛度，當所述光電複合電纜200受環境載荷作用處於不斷波動的狀態時，鋼棒能夠抵抗部分外力；且其增大了所述光電複合電纜200的自重，進而增加了所述光電複合電纜200的穩定性。

以上實施方式僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照以上較佳實施方式對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或等同替換都不應脫離本實用新型技術方案的精神和範圍。