制造电缆的方法和相关电缆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明整体涉及用于电力输送和分配的电缆的领域，特别地涉及用于水下或者地下使用的电缆。
【背景技术】
[0002]用于在中压(MV)和高压(HV)范围(针对MV从lkV至35kV并且针对HV高于35kV)内用于电力输送的电缆通常包括一个或者多个导体(一个导体用于单相电力输送，三个导体用于3相电力输送；具有多于一个导体的电缆还称作“多芯”电缆)。每个导体通常均由内半导体层、绝缘层和外半导体层包围，所述导体和所述层在下文中称作“芯部”。例如金属线或者金属带的铠装部能够设置成包围芯部，尤其是在水下电缆的情况中，以用于提供抗张紧应力的阻力。在一些应用中，可以由聚合物护套覆盖铠装部。
[0003]当上述类型的电缆必须安装在潮湿或者可能潮湿的环境中，诸如水下或者地下时，应当防护电缆芯部免被水渗透，被水渗透可能导致电网失电。为此，电缆装配有防水阻隔件，所述防水阻隔件能够设置成围绕每个芯部或者芯部束，以防止或者至少减小可能导致电网失电的水树的发生。
[0004]已知不同类型的防水阻隔件。尤其针对水下或者地下电缆的情况，目前更常见的用于实施防水阻隔件的材料是铅，尤其是对于HV海底电缆而言。铅经证明为实施能够有效防止水进入的防水阻隔件的可靠坚固的防护材料。然而，由铅制成的防水阻隔件具有某些缺陷。首先，由铅制成的防水阻隔件非常重，并且这增加了电缆的制造、运输、存储和铺设成本。而且，由于铅具有环境毒性，因此考虑到生态问题，放弃使用铅。
[0005]已经提出了用焊接铜制成的防水阻隔件，如例如在spring/fall2009C11-Minutes of Insulated Conductors Committee (见 http://www.pesicc.0rg/iccwebsite/subcommittees/subcom_c/Cll/CIIMi nutes2009.htm)和 2011 年 6 月 23 日在法国凡尔赛举办的 8th Internat1nal Conference on Insulated Power Cables,A.6.5,Jicable’ 11-19 中由 E.Eriksson 等人撰写的 “HVAC Power Transmiss1n to the GjoaPlatform”公开的那样。特别地，据说电缆设置有焊接的皱纹铜护套作为防径向水分渗透的防护件。
[0006]据认为，铜护套非常耐疲劳现象，所述疲劳现象能够在多次弯曲之后破坏铅护套。为此，铜护套能够用于水下动态电缆，所述水下动态电缆从浮式油气平台自由悬挂出来并且因波浪而承受重复弯曲。
[0007]根据已知解决方案，通过围绕电缆卷绕铜箔并且随后沿着电缆长度将卷绕的铜箔的边缘焊接在一起来制造由焊接铜制成的防水阻隔件。
【发明内容】
[0008]本申请人发现的是现有技术中的已知解决方案非完全有效。
[0009]因为沿着连接卷绕箔的边缘的焊接接头可能发生诸如微孔和微裂纹的微观缺陷，所以通过焊接围绕电缆卷绕的铜箔边缘获得的防水阻隔件并非完全可靠，尤其对于水下应用而言。水分可以通过这种微观缺陷而抵达电缆的内层，向下抵达绝缘层并且可能带来电缆性能退化和/或缩短其使用寿命的风险。因此，为了防止水分渗透，电缆防水阻隔件应当进行旨在识别和定位缺陷的成本高昂耗时的焊接质量检查程序。然后，一旦识别并且定位这种微观缺陷，就切割防水阻隔件，以便移除这种缺陷所位于的部分，并且由钎焊在切割护套的边缘上的“补片”替代。通过高质量技术人员来实施这种操作并且钎焊补片仍然是电缆的薄弱点。
[0010]本申请人面临如下的问题:即使在严酷环境中(例如，在将相当大的压力施加在电缆上的水下情况中)，提高铜水阻隔件防止水分渗透的焊接可靠性。
[0011]本申请人发现的是，通过热喷涂层施加薄铜层能够改善铜焊接护套的可能存在的缺陷，因此即使在存在显著外部压力的情况下也使得护套能够作为电缆防水阻隔件发挥作用。
[0012]本发明的方面提供了一种用于制造电缆的方法，所述方法包括:提供至少一个包括导电体的芯部；围绕所述至少一个芯部布置至少一个铜护套；提供至少一个具有两个相对的第一边缘的铜箔；围绕所述芯部弯曲所述铜箔，直到所述铜箔的第一边缘彼此接触为止；将所述铜箔的第一边缘焊接到彼此，以形成相应的焊接接头；在所述焊接接头处将铜涂层沉积在所述铜箔的表面上，其中，通过热喷涂处理实施所述铜涂层的所述沉积。在围绕芯部层和结构设置以用于获得电缆的步骤适当地如下。
[0013]通过重叠铜箔边缘或者通过对接焊能够实施将边缘焊接到彼此形成相应焊接接头的步骤。尤其是在电缆用于水下应用的情况中对接焊是优选的。特别地，通过连结基本平行且共面的边缘(所述边缘在就要焊接前进行切割以在待连结的表面上排出杂质，特别地金属氧化物)来有利地实施对接焊。实际上，存在氧化物能够影响焊接强度。
[0014]适于本发明的方法的热喷涂处理优选地选自火焰喷涂处理(特别是火焰粉末喷涂和超音速火焰(HV0F)喷涂)和冷喷涂处理。HV0F喷涂和冷喷涂尤为优选。
[0015]在热喷涂处理是火焰喷涂处理的情况中，本发明的方法有利地还包括在焊接阶段之后和沉积阶段之前，使得焊接接头位置处的铜箔的表面变粗糙。
[0016]优选地，所述粗糙化的阶段包括在所述焊接接头处将研磨材料流推动到所述铜箔的表面上。
[0017]本发明的电缆能够是包括多个芯部的多芯部电缆。在这种情况下，围绕芯部布置铜护套的步骤包括:围绕多个芯部中的每个芯部布置相应的铜护套，或者围绕芯部束布置铜护套，或者包括两个步骤。优选地，铜护套设置成围绕电缆的每个芯部。
[0018]优选地，本发明的方法的沉积步骤提供了厚度介于100 μ m至500 μ m之间，更加优选地介于150 μπι至300 μπι之间的铜涂层。
[0019]本发明的另一个方面提供了一种电缆，所述电缆包括至少一个芯部和包围所述至少一个芯部的一个铜护套，其中，铜护套具有由热喷涂的铜涂层覆盖的焊接接头。
[0020]根据本发明的电缆能够为水下或者地下电缆。
[0021]铜箔和所形成的铜护套能够成波纹状或者平坦的。在波纹状铜箔和护套的情况中，波纹能够平行于电缆的纵向轴线或者垂直于电缆的纵向轴线。平坦护套的波纹状之间的选择和波纹状的方向(如果有波纹状的话)整体基于电缆敷设和性能。
[0022]为了本描述和附属权利要求的目的，除了明确说明，否则包含量、数量、百分比等的所有数字均应当理解为在所有情况中均由术语“大约”修改。而且，所有范围均包括公开的最大点和最小点的任何组合并且包括位于其中的任何中间范围，其可以或者不必是在此具体列举的范围。
【附图说明】
[0023]结合附图由一些示例性和非限制性实施例的以下描述，本发明的这些和其它特征和优势将变得显而易见，其中:
[0024]图1A是局部移除了电缆的若干部分的三维图；
[0025]图1B是图1A的电缆的剖视图；
[0026]图2是描绘了根据本发明的用于制造的方法的操作的流程图；
[0027]图3A至图3D图解了在图2的方法的阶段期间的电缆的若干部分。
【具体实施方式】
[0028]参照附图，图1A是局部移除了电缆100的若干部分的三维图，所述电缆100特别地是用于在中压或者高压范围内进行电力输送的水下电缆。图1B是图1A的电缆100的横截面。
[0029]电缆100包括螺旋铰在一起的三个芯部105。每个芯部105均包括棒状或者铰线形式的导电体110，即通常由铜、铝、或者铜铝两者制成的金属导体。导体110依次由内半导体层、绝缘层115、和围绕绝缘层的外半导体层包围。在海底电缆的情况中，设置了遇水可膨胀的层，以便包围外半导体层，这三层集体示出并且表示为芯部层115。绝缘层可以由聚合物材料(例如，聚乙烯或者聚丙烯)、卷绕纸、或者纸/聚丙烯层压件制成。半导体层通常由与用于绝缘层的材料类似的聚合物材料制成，所述聚合物材料填充有诸如炭黑的导电填料。在本实施例中，三个芯部105均由铜护套制成的相应防水阻隔件120包围。填料125包围芯部105，并且继而由带130和垫层135包围。围绕垫层135设置铠装层140，所述铠装层140例如包括单层钢丝145。优选地，金属线145围绕垫层135螺旋缠绕。外护套150 (例如聚乙烯护套)优选地覆盖铠装层140。
[0030]图2是示出了根据本发明的实施例用于制造电缆100的方法200、尤其是用于制造待围绕电缆100的芯部105布置的防水阻隔件120的方法的操作流程图。
[0031]方法200用于根据本领域已知的解决方案中的任意一种来制造电缆100的芯部105，直到组装芯部层115为止。
[0032]在图3A中图解的方法200的下一个阶段202包括:提供厚度例如介于0.01mm至1mm之间的铜箔300 ;和将芯部105放置在铜箔300的主要表面305上。铜箔300呈现大体矩形状，其中，两个相对的第一边缘310大体平行于芯部105的纵向轴线A，而两个相对的第二边缘315基本垂直于芯部105的纵向轴线A。
[0033]优选地，每个第二边缘315的长度均大于芯部105的周长且大约为10mm，以便围绕芯部105卷绕铜箔300之后在铜箔300之间留有间隙(见图3C)，这种间隙避免在其焊接期间热损坏铜箔300下方的聚合物层的风险。
[0034]在焊接是对接焊的情况中，每个第二边缘315的长度均大于芯部105的周长且介于12mm至20mm之间。就在焊接步骤之前从这个长度的2mm至8mm处切断，以便确保在待连结的表面上不存在杂质。
[0035]每个第一边缘310的长度均能因情况而发生变化。例如，第一边缘310能够长达1500m至3000m。当第一边缘310的长度比芯部105的长度短时，能够使用两个或者更多个铜箔300并且在相应的第二边缘315处焊接连结。而且，根据本发明的方法以有利的方式喷涂处理横向于芯部105的纵向轴线A的该焊接部。
[0036]优选地，芯部105基本定位在铜箔300的主要表面305的中部，其中，芯部的纵向轴线平行于第一表面310。
[0037]图3B中图解的方法200的阶段204用于根据已知技术围绕芯部105卷绕铜箔300，直至第一边缘310相互接触以便铜箔300包封芯部105为止，由图3C所示。
[0038]在方法200的下一个阶段206中，第一边缘310例如通过钨极惰性气体(TIG)保护焊技术彼此焊接。以这种方式，获得了包围芯部105的防水阻隔件120。防水阻隔件120在平行于芯部105的纵向轴线延伸的已接触的第一边缘310处具有焊接接头320。焊接接头320图解为位于图1A和1B的电缆100的芯部105的防水阻隔件120中。
[0039]在焊接接头320处可发生微观缺陷，水分可以通过所述微观缺陷不利地抵达芯部层 115。
[0040]在阶段206之后，根据本发明的实施例的方法200提供了沉积阶段208，所述沉