CN110335708A - 一种长效固型高强韧自增强海底电缆及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长效固型高强韧自增强海底电缆及其制造方法，该海底电缆整体为三芯电缆结构，外径为265mm‑270mm，每根芯管由内及外设置有芯体、静电包覆膜、绝缘层、单芯自固阻水带和单芯包套层；外层保护套由内及外设置有内衬自固阻水带、内衬层、钢丝铠装层、外衬自固阻水带、外衬层；在每根芯管和外层保护套的间隙间填装有固型条，固型条为采用环氧树脂制造的形状与芯管和外层保护套相匹配的密封条；单芯包套层为采用奥氏体不锈带卷包的金属套壳；内衬层、外衬层均为绝缘橡胶材质。本发明的海底电缆海水中自增强、强度高、韧性好、抗击穿、阻水性好、不易弯折、使用寿命长、抗撞击震动。

Description

一种长效固型高强韧自增强海底电缆及其制造方法

技术领域

本发明涉及特种电缆制造领域，尤其涉及一种长效固型高强韧自增强海底电缆及其制造方法。

背景技术

海底电力电缆主要用于水下传输大功率电能，与地下电力电缆的作用等同，只不过应用的场合和敷设的方式不同。由于海底电缆工程被世界各国公认为复杂困难的大型工程，从环境探测、海洋物理调查，以及电缆的设计、制造和安装，都应用复杂技术，因而海底电缆的制造厂家在世界上为数不多，主要有挪威、丹麦、日本、加拿大、美、英、法、意等国，这些国家除制造外还提供敷设技术。

海底电力电缆主要应用于大陆与海岛、海岛与海岛、大陆与石油平台和海岸风能发电场等场合的电能传输。海底电力电缆优异的电能传输性能以及高耐磨性、耐腐蚀性等特殊性能，使其相比于普通电力电缆的生产难度更大、等长度产值更高。

但目前现有技术中的海底电力电缆均为单芯海底电缆，相对生产周期长、制造成本高、敷设时占用的河床路面更多、空间浪费的缺点，因此在220kV单芯光纤复合海底电缆基础上，进行多芯电缆的开发具有极高的技术意义。

综上所述，市面上需要一种海水中自增强、强度高、韧性好、抗击穿、阻水性好、不易弯折、使用寿命长、抗撞击震动的海底电缆及其制造方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种海水中自增强、强度高、韧性好、抗击穿、阻水性好、不易弯折、使用寿命长、抗撞击震动的长效固型高强韧自增强海底电缆及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种长效固型高强韧自增强海底电缆，整体为三芯电缆结构，由三根单独包套的芯管及套装所有芯管的外层保护套组成，该海底电缆的外径为265mm-270mm，其内的每根芯体1均由30根纯铜芯采用聚晶模具按89%-91%的致密度压紧成直径φ38.2mm-φ38.8mm的圆柱形芯体，每根芯体外表面均裹覆有PVC材质的静电包覆膜；每根芯管由内及外设置有芯体、静电包覆膜、绝缘层、单芯自固阻水带和单芯包套层；外层保护套由内及外设置有内衬自固阻水带、内衬层、钢丝铠装层、外衬自固阻水带、外衬层；在每根芯管和外层保护套的间隙间填装有固型条，固型条为采用环氧树脂制造的形状与芯管和外层保护套相匹配的密封条；单芯包套层为采用奥氏体不锈带卷包的金属套壳；内衬层、外衬层均为绝缘橡胶材质；单芯自固阻水带、内衬自固阻水带和外衬自固阻水带均为采用氧化铟：氧化锡：氧化钙：氧化镁：氧化铁按质量比27：(3-4):(1.8-2):(1-1.1):(0.6-0.8)的比例混配的混合物为原料，在平面纯铜板表面蒸镀后，采用1%-1.5%质量浓度的NaOH水溶液初固化后再脱模取下的半导体自固化膜；

其中所述半导体自固化膜的制造方法包括以下步骤：

①原材料准备：按重量份准备氧化铟27份、氧化锡3份-4份、氧化钙1.8份-2份、氧化镁1份-1.1份、氧化铁0.6份-0.8份；

②辅材准备：准备采用无氧铜制造的表面粗糙度不高于Ra0.4的纯铜板、准备足量1%-1.5%质量浓度的NaOH水溶液；

③将步骤①获得的氧化铟、氧化锡、氧化钙、氧化镁、氧化铁混配均匀，获得金属氧化混合物；

④以步骤③获得的金属氧化混合物为原料，采用溅射镀膜工艺将原料全部涂覆在步骤②准备的纯铜板上，涂覆厚度0.5mm-0.7mm，自然凝固后获得待处理半导体膜；

⑤将步骤④获得的表面固化有待处理半导体膜的纯铜板完全浸入步骤②准备的NaOH水溶液中，保持3min-4min，获得初固化膜；

⑥将步骤⑤获得的初固化膜从纯铜板上取下，即获得所需半导体自固化膜。

其中，上述半导体自固化膜在卷绕封装其内包容物后，直接采用热融法封闭表面接缝即可。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：（1）本发明突破了现有技术中海底电缆无法多芯合用的技术难题，众所周知，海底中高压输电电缆若采用多芯合用，由于承受表面压强大，洋流扰乱明显（无法深入挖掘至海床下铺设），易弯折也易由于电压差被相互击穿产生高温以致失效，同时海水属于盐碱性水，现有技术中的电缆耐侵蚀能力较差，因此一般都要用厚层绝缘包套保护其内导体，多芯设计会造成包套尺寸过大而无法实用化，本发明通过绝缘层、半导体固化层与金属屏蔽层的多层复合设计，提升了本发明的综合力学性能同时明显提升了多根芯体间高压输电时的相互屏蔽能力；另外，不同于现有技术直接灌封绝缘胶而是采用成型胶条进行组装固型，极大地增强了本发明在受到外力冲击时的缓冲性能，因而获得高于现有技术的韧性。（2）本发明在现有技术之外，在海水至芯体之间额外设置了三层半导体自固化膜，这层膜采用溅射法制取，根据溅射法的特性，膜层本质性能保存完好、膜自结合力好、致密度高、杂质少，而本发明的五种氧化成份可以构建两种相互交织、性能互补材料体系，一种是氧化铟、氧化锡构建的致密导电材料体系，一种是经稀碱激发过的初凝胶态的氧化钙、氧化镁、氧化铁构建的碱促凝胶固化增强体系（根据相关研究C-S-H凝胶体系在最初经强碱激发后，后续在弱碱性溶液中就具有良好的碱促凝胶致密性，且本发明采用的是充足水环境内饱和凝胶的对应比例，亦即是说，本发明对应的这三种氧化物可以在海水中持续氧化直到完全凝胶，既填补了导电膜可能的微小孔隙，又为后一层阻水结构提供了良好的防护基础），这套氧化膜体系主要具有三个方面的综合性能，一是获得了电磁屏蔽性能，二是获得了在海水中随着时间推移自固化、自致密化的具有明显阻水作用的凝胶能力，三是给予了本发明结构上的强韧化支撑。（3）可以通过本发明的结构设计清晰地看到，本发明芯体到海水之间有着共十层具备各种性能的保护结构，且这些结构从力学结构上看分别采用的是抗张力材料（膜类材料）、柔弹性材料（树脂、橡胶类材料）、高强度材料（金属）层叠循环设计，既能保证本发明的强度和抗折弯性能，又能保证良好的冲击韧性；从电学结构上来看是绝缘层（PVC、树脂、橡胶）、半导层（半导体自固化膜）、导体层（不锈钢带、钢丝铠装）能极大地提升本发明的稳定性和安全性；从阻水性能上看，既有物理结构阻水（PVC、树脂、橡胶），又有自固化化学反应增强阻水（半导体自固化膜）。因此使本发明最终具有海水中自增强、强度高、韧性好、抗击穿、阻水性好、不易弯折、使用寿命长、抗撞击震动的特性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明固型条的截面形状示意图；

图中：芯体1、静电包覆膜2、绝缘层3、单芯自固阻水带4、单芯包套层5、固型条6、内衬自固阻水带7、内衬层8、钢丝铠装层9、外衬自固阻水带10、外衬层11。

具体实施方式

实施例1：

一种长效固型高强韧自增强海底电缆，整体为三芯电缆结构，由三根单独包套的芯管及套装所有芯管的外层保护套组成，该海底电缆的外径为265mm，其内的每根芯体1均由30根纯铜芯采用聚晶模具按91%的致密度压紧成直径φ38.2mm的圆柱形芯体1，每根芯体1外表面均裹覆有PVC材质的静电包覆膜2；每根芯管由内及外设置有芯体1、静电包覆膜2、绝缘层3、单芯自固阻水带4和单芯包套层5；外层保护套由内及外设置有内衬自固阻水带7、内衬层8、钢丝铠装层9、外衬自固阻水带10、外衬层11；在每根芯管和外层保护套的间隙间填装有固型条6，固型条6为采用环氧树脂制造的形状与芯管和外层保护套相匹配的密封条；单芯包套层5为采用奥氏体不锈带卷包的金属套壳；内衬层8、外衬层11均为绝缘橡胶材质；单芯自固阻水带4、内衬自固阻水带7和外衬自固阻水带10均为采用氧化铟：氧化锡：氧化钙：氧化镁：氧化铁按质量比27：3:2:1.1:0.8的比例混配的混合物为原料，在平面纯铜板表面蒸镀后，采用1%质量浓度的NaOH水溶液初固化后再脱模取下的半导体自固化膜；

其中所述半导体自固化膜的制造方法包括以下步骤：

①原材料准备：按重量份准备氧化铟270kg、氧化锡30kg、氧化钙20kg、氧化镁11kg、氧化铁8kg；

②辅材准备：准备采用无氧铜制造的表面粗糙度Ra0.1的纯铜板、准备足量1%质量浓度的NaOH水溶液；

③将步骤①获得的氧化铟、氧化锡、氧化钙、氧化镁、氧化铁混配均匀，获得金属氧化混合物；

④以步骤③获得的金属氧化混合物为原料，采用溅射镀膜工艺将原料全部涂覆在步骤②准备的纯铜板上，涂覆厚度0.5mm-0.7mm，自然凝固后获得待处理半导体膜；

⑤将步骤④获得的表面固化有待处理半导体膜的纯铜板完全浸入步骤②准备的NaOH水溶液中，保持3min-4min，获得初固化膜；

⑥将步骤⑤获得的初固化膜从纯铜板上取下，即获得所需半导体自固化膜。

根据本实施例生产的海底电缆，其主要性能指标有：

1、20℃下，导体直流电阻≤0.0176Ω/km；

2、可成功通过330kV交流电压1h的耐电压试验（高于现有技术标准的318kV交流电压30min），未击穿；

3、电缆通过高于规定电压局部放电试验的加严试验，试验参数为：将电压升至260kV保持30ｓ，然后在1min内降至180kV，无可视放电；

4、电缆电容≤0.186μF/km；

5、电缆阻水试验满足GB/T 32346-2015和IEC62067标准规定的透水试验要求并高于现有常规水平，实测水压1.0MPa下持续24h后，电缆端头进水为1.3m（标准要求为不超过7m）。

下同

实施例2：

整体与实施例1一致，差异之处在于：

该海底电缆的外径为270mm，其内的每根芯体1均由30根纯铜芯采用聚晶模具按89%的致密度压紧成直径φ38.8mm的圆柱形芯体1，单芯自固阻水带4、内衬自固阻水带7和外衬自固阻水带10均为采用氧化铟：氧化锡：氧化钙：氧化镁：氧化铁按质量比27：3:1.8:1:0.6的比例混配的混合物为原料，在平面纯铜板表面蒸镀后，采用1.5%质量浓度的NaOH水溶液初固化后再脱模取下的半导体自固化膜；

其中所述半导体自固化膜的制造方法包括以下步骤：

①原材料准备：按重量份准备氧化铟270kg、氧化锡40kg、氧化钙18kg、氧化镁10kg、氧化铁6kg；

②辅材准备：准备采用无氧铜制造的表面粗糙度Ra0.4的纯铜板、准备足量1.5%质量浓度的NaOH水溶液；

对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种长效固型高强韧自增强海底电缆，整体为三芯电缆结构，由三根单独包套的芯管及套装所有芯管的外层保护套组成，其特征在于：该海底电缆的外径为265mm-270mm，其内的每根芯体(1)均由30根纯铜芯采用聚晶模具按89％-91％的致密度压紧成直径φ38.2mm-φ38.8mm的圆柱形芯体(1)，每根芯体(1)外表面均裹覆有PVC材质的静电包覆膜(2)；每根芯管由内及外设置有芯体(1)、静电包覆膜(2)、绝缘层(3)、单芯自固阻水带(4)和单芯包套层(5)；外层保护套由内及外设置有内衬自固阻水带(7)、内衬层(8)、钢丝铠装层(9)、外衬自固阻水带(10)、外衬层(11)；在每根芯管和外层保护套的间隙间填装有固型条(6)，固型条(6)为采用环氧树脂制造的形状与芯管和外层保护套相匹配的密封条；单芯包套层(5)为采用奥氏体不锈带卷包的金属套壳；内衬层(8)、外衬层(11)均为绝缘橡胶材质；单芯自固阻水带(4)、内衬自固阻水带(7)和外衬自固阻水带(10)均为采用氧化铟：氧化锡：氧化钙：氧化镁：氧化铁按质量比27：(3-4):(1.8-2):(1-1.1):(0.6-0.8)的比例混配的混合物为原料，在平面纯铜板表面蒸镀后，采用1％-1.5％质量浓度的NaOH水溶液初固化后再脱模取下的半导体自固化膜；

其中所述半导体自固化膜的制造方法包括以下步骤：

①原材料准备：按重量份准备氧化铟27份、氧化锡3份-4份、氧化钙1.8份-2份、氧化镁1份-1.1份、氧化铁0.6份-0.8份；

②辅材准备：准备采用无氧铜制造的表面粗糙度不高于Ra0.4的纯铜板、准备足量1％-1.5％质量浓度的NaOH水溶液；

③将步骤①获得的氧化铟、氧化锡、氧化钙、氧化镁、氧化铁混配均匀，获得金属氧化混合物；

④以步骤③获得的金属氧化混合物为原料，采用溅射镀膜工艺将原料全部涂覆在步骤②准备的纯铜板上，涂覆厚度0.5mm-0.7mm，自然凝固后获得待处理半导体膜；

⑤将步骤④获得的表面固化有待处理半导体膜的纯铜板完全浸入步骤②准备的NaOH水溶液中，保持3min-4min，获得初固化膜；

⑥将步骤⑤获得的初固化膜从纯铜板上取下，即获得所需半导体自固化膜。