干式海底电缆的制作方法

1.本实用新型涉及海底电缆技术领域，具体而言，涉及一种干式海底电缆。


背景技术：

2.海底电缆主要指固定敷设于海洋、江河、湖泊中的电力电缆、光电复合电力电缆，主要特点是防水、耐腐蚀、大长度、高机械强度。
3.现有技术中，海底电缆的金属屏蔽层一般为合金铅套或通过铜带绕包形成。其中，国内海缆市场应用最多的是合金铅套形式的海底电缆，但是铅是一种有毒重金属，会对环境会造成污染，影响自然生态链稳定，同时，铅套海缆的造价较高，成品重量和外径均较大，且对相应敷设船只、吊装设备的要求也更高，这样会增加运输、敷设以及打捞成本。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种干式海底电缆，上述干式海底电缆在实现环保的同时还能够降低海缆的运输、敷设以及打捞成本。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种干式海底电缆，包括：保护组件，为筒状结构，保护组件包括由铠装层围成的容置腔；一个或一个以上缆芯，位于容置腔内，缆芯包括多个导体和位于多个导体的外周的保护单元，沿海底电缆的径向，保护单元包括由内至外依次设置的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、阻水缓冲层、金属屏蔽层和护套层；其中，金属屏蔽层包括包覆在阻水缓冲层外周的不锈钢带或金属导电布。
6.进一步地，不锈钢带采用纵向包裹的方式包覆在阻水缓冲层的外周。
7.进一步地，沿金属屏蔽层的周向，不锈钢带的相对两端之间设有焊缝，焊缝用于连接不锈钢带的两端。
8.进一步地，焊缝的宽度与不锈钢带的厚度的比值小于0.1。
9.进一步地，金属屏蔽层还包括位于不锈钢带的至少一侧的沥青层。
10.进一步地，金属导电布包括基布和覆盖于基布的相对两侧的金属镀层。
11.进一步地，金属导电布由多根金属导电丝编织而成，金属导电丝包括纤维丝和包覆于纤维丝外周的金属镀层。
12.进一步地，沿海底电缆的径向，保护组件还包括位于铠装层内侧的内垫层和位于铠装层外侧的外被层，内垫层由绕包在缆芯外周的多根聚丙烯纤维绳构成。
13.进一步地，铠装层由多根铠装丝绕海底电缆的轴线螺旋缠绕而成，铠装丝包括金属丝以及由内至外依次包覆在金属丝外周的金属镀层和塑料包层；或者，铠装层由多根钢丝绕海底电缆的轴线螺旋缠绕而成，钢丝的直径大于或等于4mm，且小于或等于8mm；或者，金属屏蔽层的厚度尺寸与阻水缓冲层的厚度尺寸的比值大于或等于0.8，且小于或等于4；金属屏蔽层的厚度尺寸与护套层的厚度尺寸的比值大于或等于0.2，且小于或等于0.9。
14.进一步地，干式海底电缆包括沿保护组件的周向布置的多个缆芯；干式海底电缆还包括填充单元和位于多个缆芯和填充单元的外周的绕包层，相邻两个缆芯之间均设有填
充单元，内垫层位于绕包层的外周。
15.应用本实用新型的技术方案，海底电缆的金属屏蔽层采用不锈钢带或者金属导电布，可以避免因使用铅套而引起的环境污染，由于不锈钢材料或金属导电布比铅便宜，且不锈钢材料和金属导电布的密度均小于铅材料的密度，这样，不锈钢带或金属导电布构成的金属屏蔽层的质量小于铅材料形成的铅套的质量，从而可以降低海底电缆的制造成本和重量，进而可以减少海底电缆的运输、敷设以及打捞成本。
附图说明
16.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
17.图1示出了本实用新型的实施例的干式海底电缆的缆芯的结构示意图；
18.图2示出了本实用新型的实施例的干式海底电缆的一个实施例的结构示意图；
19.图3示出了本实用新型的实施例的干式海底电缆的另一个实施例的结构示意图；
20.图4示出了图1的干式海底电缆的不锈钢带的焊接结构示意图；以及
21.图5示出了本实用新型的实施例的焊接组件的结构示意图。
22.其中，上述附图包括以下附图标记：
23.1、导体；2、导体屏蔽层；3、绝缘层；4、绝缘屏蔽层；5、阻水缓冲层；6、金属屏蔽层；7、护套层；8、填充单元；9、绕包层；10、内垫层；11、铠装层；12、外被层；21、电极；22、焊嘴；23、第一气体通道；24、等离子弧；25、第二气体通道；26、焊缝；27、不锈钢带。
具体实施方式
24.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
25.需要说明的是，本实用新型的实施例的干式海底电缆可以用于独立电网连接、海上风电、洲际能源传输等技术领域。
26.如图1至图4所示，本实用新型的实施例提供了一种干式海底电缆。干式海底电缆包括保护组件、一个或一个以上缆芯。其中，保护组件为筒状结构，保护组件包括由铠装层11围成的容置腔；一个或一个以上缆芯位于容置腔内，缆芯包括多个导体1和位于多个导体1的外周的保护单元，沿海底电缆的径向，保护单元包括由内至外依次设置的导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4、阻水缓冲层5、金属屏蔽层6和护套层7；其中，金属屏蔽层6包括包覆在阻水缓冲层5外周的不锈钢带27或金属导电布。
27.上述技术方案中，海底电缆的金属屏蔽层采用不锈钢带27或者金属导电布，可以避免因使用铅套而引起的环境污染，由于不锈钢材料或金属导电布比铅便宜，且不锈钢材料和金属导电布的密度均小于铅材料的密度，这样，不锈钢带27或金属导电布构成的金属屏蔽层的质量小于铅材料形成的铅套的质量，从而可以降低海底电缆的制造成本和重量，进而可以减少海底电缆的运输、敷设以及打捞成本。
28.具体地，本实用新型的实施例中，导体1由若干铜丝层层紧压绞合，且相邻两层之间均填充有阻水材料，以形成阻水导体芯，阻水导体芯用于传输电流，能够承受一定的机械
力，可起到阻水和吸水的作用，阻水机理都是遇水膨胀填充渗水通道。
29.具体地，本实用新型的实施例中，导体屏蔽层2采用半导电聚乙烯屏蔽料挤包在导体1的外周；或者，还可以采用将阻水带绕包在导体1的外周，且将半导电聚乙烯屏蔽料挤包在阻水带的外周，以改善金属电极表面电场分布、提高绝缘表面耐电强度、防止绝缘层与导体之间产生间隙而引起局部放电，提高电缆工作场强。
30.具体地，本实用新型的实施例中，绝缘层3由洁净的交联聚乙烯绝缘材料制成，这样可以承受电压、降低绝缘损耗以及减少水树生成，从而提高传输容量和绝缘寿命。
31.具体地，本实用新型的实施例中，绝缘屏蔽层4由半导电聚乙烯屏蔽料挤包在绝缘层3的外周，形成稳定的介质表面，绝缘屏蔽层4可以起到均匀电场作用，防止绝缘层3与金属屏蔽层6之间产生间隙而引起局部放电，从而可以有效地保护绝缘层3。
32.具体地，本实用新型的实施例中，阻水缓冲层5由半导电阻水膨胀带绕包在绝缘屏蔽层4的外周，从而在电缆损坏时可以限制海水渗入到绝缘屏蔽层4及绝缘屏蔽层4的内部，并且阻水缓冲层5也可以进一步对绝缘层3进行保护。
33.具体地，本实用新型的实施例中，护套层7由pe(聚乙烯)材料制成，这样，在生产过程或敷设过程中可以保护金属屏蔽层6。
34.具体地，本实用新型的实施例中，不锈钢带27的组成成分为铁、铬、镍、钼、锰、碳及少量其他金属。且不锈钢的成分配比为：铁58.0％-75.0％，铬10.5％-32.0％，镍5.0％-15.0％，钼0.5％-4.0％，锰1.0％-3.0％，碳0.03％-1.2％。
35.这样，不锈钢的抗压强度能够达到530-750mpa，抗拉强度能够达到500-1900mpa，且不锈钢带27的性能均优越于一般的铜和铅合金。
36.其中，不锈钢的成分配比优选为：铁63.0％～69.0％，铬16.0％-20.0％，镍7.0％-14.0％，钼2.0％-3.0％，锰1.5％-2.0％，碳0.08％-0.5％。
37.发明人所知道的一种海底电缆是国外海缆市场应用最多的，它的金属屏蔽层是由铜带螺旋绕包形成，因此，上述海底电缆的抗压能力较低，容易发生机械变形，从而导致海底电缆易发生损坏，且其径向阻水性能差，往往需要采用抗水树交联聚乙烯材料作为绝缘结构来满足海缆的径向阻水性能，进而会增加生产成本。
38.因此，本实施例的海底电缆的金属屏蔽层采用不锈钢带27制成，这样，可以保证海底电缆的抗压性能。
39.具体地，本实用新型的实施例中，不锈钢带27采用纵向包裹的方式包覆在阻水缓冲层5的外周。这样，不仅保证了海底电缆的抗压性能，而且相对于现有技术中采用铜带螺旋绕包的形式，本实施例中采用纵向包裹的方式将不锈钢带27包覆在阻水缓冲层5的外周，可以减少缠绕缝隙，从而增加径向阻水效果，这样，可以无需采用抗水树交联聚乙烯材料作为绝缘结构来满足海缆的径向阻水性能，进而降低生产成本。
40.优选地，本实用新型的实施例中，不锈钢带27的厚度为0.1mm-0.4mm。
41.具体地，如图4所示，本实用新型的实施例中，沿金属屏蔽层6的周向，不锈钢带27的相对两端之间设有焊缝26，焊缝26用于连接不锈钢带27的两端。这样，可以避免纵向包裹的不锈钢带27的相对两端之间出现缝隙，以增加金属屏蔽层6的径向阻水性能。
42.优选地，本实用新型的实施例中，焊缝26的宽度与不锈钢带27的厚度的比值小于0.1。这样，在焊接过程中，可以使熔融的不锈钢填充在不锈钢带27的相对两端之间，且可以
避免将不锈钢带27焊漏。
43.具体地，本实用新型的实施例中，金属屏蔽层6还包括位于不锈钢带27的至少一侧的沥青层。
44.通过上述设置，沥青层可以起到屏蔽和防水防腐蚀的作用，从而对金属屏蔽层6进行保护。
45.优选地，沥青层的厚度为0.1mm-0.3mm。
46.具体地，本实用新型的实施例中，金属导电布包括基布和覆盖于基布的相对两侧的金属镀层。这样，在金属屏蔽层6起屏蔽电场的作用下，金属导电布不仅能够避免因使用铅套而引起的环境污染，还可以降低海底电缆的制造成本和重量，从而可以减少海底电缆的运输、敷设以及打捞成本。
47.优选地，本实用新型的实施例中，金属镀层为铜或镍形成的致密薄膜。
48.具体地，在一个实施例中，金属导电布也可以由多根金属导电丝编织而成，金属导电丝包括纤维丝和包覆于纤维丝外周的金属镀层。这样也可以形成能够屏蔽电场、环保的金属屏蔽层6。
49.进一步地，金属导电布优选为化纤镀金属导电布，其能够较好地保留化纤布的坚牢性，且化纤和金属相结合的结构能够具有较高的机械强度以及耐腐蚀性。这样可以保证海底电缆的抗压性能。
50.如图2和图3所示，本实用新型的实施例中，沿海底电缆的径向，保护组件还包括位于铠装层11内侧的内垫层10和位于铠装层11外侧的外被层12，内垫层10由绕包在缆芯外周的多根聚丙烯纤维绳构成。
51.通过上述设置，内垫层10可以保护缆芯免受铠装单线产生的不当局部压力，外被层12可以对铠装层11进行防护，保护铠装层11的防腐性能，外被层12还可以提供摩擦力、为牵引机械提供夹紧力。
52.优选地，本实用新型的实施例中，外被层12由聚丙烯绳绕包而成，也可以由彩色聚丙烯绳绕包而成，以起到标识作用。
53.具体地，本实用新型的实施例中，铠装层11由多根铠装丝绕海底电缆的轴线螺旋缠绕而成，铠装丝包括金属丝以及由内至外依次包覆在金属丝外周的金属镀层和塑料包层。
54.通过上述设置，铠装层11不仅可以对缆芯结构提供机械保护以及提高海底电缆的张力稳定性，而且金属镀层和塑料包层具有一定的防腐性能，从而避免金属丝因海水腐蚀而失效。
55.优选地，本实用新型的实施例中，金属丝一般为镀锌钢丝或铜丝或由其它耐海水腐蚀的材料的制成。
56.在替代实施例中，铠装层11也可以由多根钢丝绕海底电缆的轴线螺旋缠绕而成，钢丝的直径大于或等于4mm，且小于或等于8mm。且钢丝直径优选为4.0mm、5.0mm、6.0mm和8.0mm。这样，可以对缆芯结构提供机械保护。
57.优选地，本实用新型的实施例中，塑料包层为均匀的沥青层或由其它合适的防腐材料制成。
58.需要说明的是，本实用新型的实施例中，铠装层11可以由单层铠装丝螺旋缠绕而
成，也可以为多层铠装丝螺旋缠绕而成。
59.具体地，本实用新型的实施例中，金属屏蔽层6的厚度尺寸与阻水缓冲层5的厚度尺寸的比值大于或等于0.8，且小于或等于4。这样，可以更好地保证海底电缆的抗压能力和阻水性能。
60.进一步地，金属屏蔽层6的厚度尺寸与阻水缓冲层5的厚度尺寸的比值优选为2.5至3.0。
61.具体地，本实用新型的实施例中，金属屏蔽层6的厚度尺寸与护套层7的厚度尺寸的比值大于或等于0.2，且小于或等于0.9。这样可以更好地对金属屏蔽层6进行保护。
62.进一步地，金属屏蔽层6的厚度尺寸与护套层7的厚度尺寸的比值优选为0.5至0.7。
63.如图2所示，本实用新型的实施例中，干式海底电缆包括沿保护组件的周向布置的多个缆芯；干式海底电缆还包括填充单元8和位于多个缆芯和填充单元8的外周的绕包层9，相邻两个缆芯之间均设有填充单元8，内垫层10位于绕包层9的外周。
64.通过上述设置，绕包层9可以将多个缆芯和填充单元8紧缚在一起，以使海底电缆的缆身外形圆整，不圆度小于或等于8％。
65.优选地，干式海底电缆包括三个缆芯，三个缆芯以两两相切的方式进行成缆绞合。
66.优选地，本实用新型的实施例中，填充单元8采用非吸湿性柔软材料制成，其紧密在填充在相邻两个缆芯之间，从而保证圆形外观。
67.如图3所示，在一个实施例中，干式海底电缆包括一个缆芯时，可以不设置绕包层9，即在缆芯的外周依次设置内垫层10、铠装层11和外被层12。
68.优选地，本实施例的干式海底电缆还可以包括光纤单元，光纤单元可以位于保护组件的容置腔内。
69.需要说明的是，本实施例的干式海底电缆可以为交流海底电缆或直流海底电缆。
70.本实施例的干式海底电缆，采用非铅套结构，对环境无污染，抗压能力强，重量轻，可以用于未来深远海的直流输电，并且为平价上网的降本提供技术支持，具有一定的社会效益。
71.沿金属屏蔽层6的周向，不锈钢带27的相对两端采用等离子弧焊工艺进行焊接，因此，如图4和图5所示，本实用新型的实施例提供了一种焊接组件，以对采用纵向包裹的不锈钢带27进行焊接。焊接组件包括电极21以及电极21连接且用于压缩电弧的焊嘴22，焊嘴22的两侧设有引导等离子气体流出的第一气体通道23，以使等离子气体沿焊嘴22的长度方向喷出，从而形成稳定的高能量的等离子弧24，等离子的弧长范围约为0.5mm至3.0mm。
72.具体地，焊接组件还包括位于第一气体通道23的远离焊嘴22的一侧的第二气体通道25，第二气体通道25用于引导保护气体流出，其中，保护气体通常采用二氧化碳气体，且二氧化碳的气体流量为20l/min-25l/min。
73.优选地，焊嘴22与不锈钢带27的最优距离为15mm至25mm。
74.需要说明的是，在焊接前，需要用砂轮机将不锈钢带27的两端的毛刺、杂物等打磨干净，并用丙酮或其它去油污能力强的溶剂将不锈钢带27的上述两端在15mm至20mm范围内的油污、杂质清洗干净，以免产生气孔、夹渣等焊接缺陷。
75.需要说明的是，焊接形成的焊缝26需要平整均匀，无裂纹、气孔、咬边等缺陷，过渡
自然圆滑，成形美观；且能够通过拉伸、弯曲、力学等性能实验；还能通过抗腐蚀检测。
76.从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：海底电缆的金属屏蔽层采用不锈钢带或者金属导电布，可以避免因使用铅套而引起的环境污染，由于不锈钢材料或金属导电布比铅便宜，且不锈钢材料和金属导电布的密度均小于铅材料的密度，这样，不锈钢带或金属导电布构成的金属屏蔽层的质量小于铅材料形成的铅套的质量，从而可以降低海底电缆的制造成本和重量，进而可以减少海底电缆的运输、敷设以及打捞成本。
77.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。