專利名稱：海上專用海底電力電纜及制造方法
技術領域：
本發明涉及一種海上專用海底電力電纜及制造方法。
背景技術：
海底電力電纜是用絕緣材料包覆的阻水銅導體，擠包合金鉛套和改性浙青防水、 高強度聚丙烯網狀抗撕裂繩外防腐蝕，敷設在海底，用于海洋能源的開發與利用等供電系統的發配電能傳輸的新型產品。1850年英國勃蘭特兄弟在英、法之間的多佛爾海峽敷設了第一條海底電纜，拉開了人類對海底能源開發和利用的序幕。在中國，第一條海底電纜是在1988年完成的，我國是一個海洋資源豐富的大國，遼寧、天津、山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東等沿海城市擁有300萬平方公里的海域和1500公里的海岸線，分布著6000多個島嶼，在淺海大陸架蘊藏著豐富海底石油、天然氣、海上風能、潮汐能等能源。近年來，隨著我國海洋經濟建設的發展，沿海島嶼與海洋能源的開發加快，海底電纜需求量日益猛增。因此，海島之間，海島與城市之間、海上石油平臺、深海能源開發、海上風力發電等都需要大批量的海底電纜。據官方統計數據顯示，2005年我國敷設的海底電纜長度已有700公里，至2010年我國海底電纜敷設長度達到1750公里。在國外，海底電纜也越來越被發達國家所重視，歐盟已提出今后十年，通過敷設海底電纜，把歐盟成員國所有的電廠組成一個大電網。所以，海底電纜的生產和使用將會把整個世界緊密的聯系在一起，然而，海底電纜的研發不是一朝一夕的，它不但具備陸上用的電力電纜的特征外，還應具有自己特殊的一面，為了確保海底電纜工程達到經費節省、質量安全、使用可靠、壽命延長及維修方便等目的，必須在海纜敷設前的備選路中進行有關的海洋環境調查，探索出一種能滿足適應海洋環境的線纜產品。海底電力電纜除了能滿足陸上電力電纜專有的電氣性能要求之外，還應當具有自己獨特的性能，即電纜在海底敷設條件下應具有優異的防水、防腐蝕性和極高的抗拉強度， 這些特性困擾著國內外電纜廠家和用戶，給海洋資源的開發造成極大的影響。
發明內容
為克服現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種海上專用海底電力電纜，其具有機械強度高、抗拉伸能力強、負重能力大、耐水性好、耐海水腐蝕優良等性能。其優異的電氣性能、物理機械性能能完全滿足海上石油平臺、海上風力發電、海上鉆井等海洋資源的發、配、輸送等電力的傳輸系統設備之用。本發明解決技術問題采用如下技術方案海上專用海底電力電纜，由三根單相線芯立式成纜，纜芯間隙設有阻水填充繩填充圓整，纜芯外繞包阻水包帶、橡膠棉布帶及聚丙烯網狀抗撕裂繩反向扎緊，在所述聚丙烯網狀抗撕裂繩外依次設有第二層改性浙青、粗鋼絲鎧裝層、第三層改性浙青，在第三層改性浙青外繞包有第二層聚丙烯網狀抗撕裂繩、阻水帶，電纜的最外層擠包有聚乙烯外護套；
所述單相線芯包括緊壓絞合阻水導體，在所述導體上采用導體屏蔽、三元乙丙橡膠絕緣層、絕緣屏蔽層三層共擠，所述絕緣屏蔽層上繞包有半導電阻水包帶、擠包有密封合金鉛護套、涂覆有改性浙青，在所述改性浙青外擠包有阻水聚乙烯護套構成單相線芯。本發明的海上專用海底電力電纜的制造方法，按如下步驟進行A、選用優質無氧銅絲，在導體框絞機或叉絞機上進行導體絞合，導體絞合過程中， 各線盤張力控制均勻，導體單絲選用的絲徑一致，采用分層緊壓結構，導體節徑比內層控制在18-20之間，外層控制在13-16之間，最外層為左向，相鄰層絞合方向相反，每一層之間繞包一層阻水帶，阻水帶寬度應適宜，搭蓋率不小于20%，同時導體結構采用符合GB/ T3956-2008規定的第2種絞合緊壓圓形銅導體，緊壓系數在90%以上；B、導體外采用三層共擠結構，即導體屏蔽、三元乙丙橡膠絕緣層及絕緣屏蔽層三層共擠，所選導體屏蔽和絕緣屏蔽層均為優質半導電屏蔽材料，三元乙丙橡膠絕緣為進口 EPR4045絕緣材料，導體屏蔽標稱厚度為0. 8mm,絕緣屏蔽層標稱厚度為0. 8mm,絕緣層偏心度不大于15%，確保電纜具有優異的電氣絕緣性能；C、絕緣屏蔽層外重疊繞包阻水帶，阻水帶搭蓋率不小于30%，分相擠包密封合金鉛護套，構成分相金屬屏蔽，擠出溫度控制在400 425°C之間；D、在擠包高密度聚乙烯護套前，鉛護套表面涂覆一層改性浙青后，通過模具控制鉛護套表面的浙青均勻性及平服性；擠包高密度聚乙烯護套時，擠出溫度控制在175 230°C之間，擠出模具按照以下規定要求模芯=鉛護套外徑+(0.8 1.2)謹；模套=鉛護套外徑+2*1· 1襯_碰+2*1· l5*d高密度聚戰護套厚度；擠出速度控制在20 25m/min ；E、三根單相線芯采用立式成纜機成纜和鎧裝，線芯成纜時，纜芯填充高強度聚丙烯網狀抗撕裂阻水填充繩，其外重疊繞包一層阻水帶，阻水帶厚度控制在0. 2 0. 3mm,再重疊繞包兩層橡膠棉布帶，厚度控制在0. 15 0. 25mm，搭蓋率均不小于30%，阻水帶和橡膠棉布帶繞包方向不同；橡膠棉布帶繞包層外采用高強度聚丙烯網狀抗撕裂繩正反方向繞扎兩層，其外均勻涂覆第二層層改性浙青，涂覆表面保持均勻性及平服性，第二層浙青上采用粗鋼絲纏繞鎧裝，鎧裝用鋼絲直徑控制在4.0 6. Omm之間，鎧裝鋼絲均勻、平服，鋼絲之間的間隙不大于一根鋼絲的直徑，再在鎧裝層上涂覆第三層層改性浙青，第三改性浙青的厚度控制在 0. 15-0. 25mm之間，同時正反方向再繞包第二層高強度聚丙烯網狀抗撕裂繩，其外繞包阻水帶，阻水帶厚度控制在0. 20 0. 30mm之間，繞包搭蓋率不低于30% ；F 擠包高密度聚乙烯外護套時，擠出溫度控制在175 230°C之間，擠出模具按照以下規定要求模芯=外護套前外徑+(0. 8 1. 2)mm ；模套=外護套前外徑+2*1. l5*d高離紅·護套厚度。擠出速度控制在10 15m/min ；外護套厚度最薄點厚度不小于標稱值的80% -0. 2mm。與已有技術相比，本發明的有益效果體現在1、通過對海底電力電纜的結構、材料、工藝、性能上的設計，電纜的各項性能均滿足設計要求和使用要求。1. 1導體采用緊壓絞合阻水導體，即導體的層與層之間均勻繞包阻水帶，一旦小少量的水分子進入導體內部，分布在阻水帶上面的阻水粉會立即膨脹，堵塞阻水帶上的細小空隙，阻止水分子進一步滲入到導體內部，不僅延長了電纜的使用壽命，還保證了電纜使用的安全性。1. 2絕緣采用進口三元乙丙橡膠絕緣，三元乙丙橡膠是新型絕緣材料，其密度低， 價格適宜，且低溫柔軟性、耐電樹、耐腐蝕性、耐老化性、耐水汽性好，優異的電氣絕緣性能和耐電暈性能、優異的耐水性降低了電纜對水的敏感性，提高了電纜電氣性能的可靠性。1. 3分相屏蔽采用擠包合金鉛護套結構，不僅結構緊密、密封性能好，而且鉛的化學性質穩定、不易造成鉛污染、另外合金鉛套耐海水腐蝕性好，質地柔軟，彎曲性能好。合金鉛套外涂覆的改性浙青增強了對海水的耐腐蝕性，對防水、防腐起到了雙層保護的作用。1. 4分相型聚乙烯保護護套確保每根鉛護套線芯都有單獨的阻水護套，當一根線芯發生故障時，一般不影響其他線芯，單根線芯表面圓整，阻水護套和絕緣線芯之間很容易實現縱向阻水，保證電纜的可修復性。 1.5鎧裝層采用高強度稀土 -鋁-鍍鋅粗圓鋼絲纏繞鎧裝結構，鎧裝前后均采用改性浙青澆注，不僅大大提高了電纜的抗拉性能，確保電纜在海底惡劣環境條件下能夠長期穩定安全運行，而且極大提高了電纜的阻水性能，確保電纜在海水中具有優異的耐腐蝕、防水特性。1. 6本發明提供的電纜制造方法，是經過不斷實踐、探索出來的一種有效的新型制造工藝及方法，特別是分相合金鉛護套、改性浙青涂覆、分相聚乙烯阻水保護套的工藝制造技術，突破了長期以來銅帶繞包或銅絲纏繞銅帶繞包屏蔽的觀念，采用擠包合金鉛護套，并涂覆改性浙青，擠包聚乙烯分相護套，不僅提高了電纜的屏蔽性能，更重要的是提高了電纜的阻水性能和防腐蝕性能。鎧裝層采用高強度稀土-鋁-鍍鋅粗圓鋼絲纏繞鎧裝結構是考慮到電纜在海底惡劣環境條件下承受的拉力非常大，通過鎧裝結構的改進，其抗拉特性是原來的5-10倍，同時鎧裝前后涂覆浙青層，極大的提高了電纜的阻水特性和防腐蝕特性， 大大提高了電纜的使用壽命，產生良好的經濟和社會效益，帶動企業在科技創新方面獲得更快的發展。2、本發明電纜的技術性能指標2. 1工作電壓26/;35kV及以下。2. 2 工頻交流試驗電壓(UQ/U) :6/10kV 電纜21kV/5min ；8. 7/15kV 電纜 30. 5kV/5min ;12/20kV 電纜42kV/5min ;18/30kV 電纜63kV/5min ;21/35kV 電纜 73. 5kV/5min ；26/35kV電纜91kV/30min，以上電纜在持續的試驗電壓和時間內絕緣應不擊穿，在1.73 下，應無任何由被試電纜產生的超過聲明試驗靈敏度的可檢測到的放電。2. 3阻水銅導體在20°C時直流電阻符合GB/T3956-2008中第2類絞合銅導體的規定(含阻水帶)。2. 4電纜的長期允許工作溫度90°C。2. 5絕緣的抗張強度彡10N/mm2,絕緣應能通過136°C X 168h高溫老化試驗，其老化后的抗張強度變化率和斷裂伸長率的變化率不大于士30%。2. 6絕緣的吸水性溫度85士2°C，持續時間336h，絕緣的重量最大增量為5mg/
6cm 。2. 7護套的收縮試驗試驗溫度80士2°C、溫度持續5h，高密度聚乙烯護套的最大允許收縮為3%。2. 8絕緣及護套的低溫拉伸、低溫沖擊試驗，試驗溫度為_55°C。試驗后絕緣和護套表面應無裂紋現象。2. 9負重試驗整根電纜按導體截面積X 15N進行負重試驗，電纜的絕緣和護套表面應無開裂。2. 10鉛套的氣密性試驗將電纜端頭密封過的合金鉛套放在自然環境下4h，5Mpa 的氮氣壓力下，儀表指針應無偏差，保證合金鉛套無氣孔。2. 11絕緣的低溫拉伸、低溫沖擊試驗，試驗溫度為_55°C。試驗后絕緣和護套表面應無裂紋現象。3、本系列電纜完全能通過上述試驗，滿足了海上電力系統用電纜的要求，同時因導體采用繞包阻水帶的導體絞合而成，能在有少量水的情況下阻止水分子進入導體內部， 增加了電氣安全性，延長了電纜的壽命，同時絕緣外層的阻水帶的繞包不僅能防止鉛套屏蔽在存在少量粗糙的情況下減少對絕緣的傷害，同時還具有緩沖、吸熱的作用，防止高溫擠出的鉛套對絕緣的傷害，提高了電氣性能。另外高強度的粗圓鋼絲鎧裝，提高了海底電纜的機械性能，另外，耐磨、防水、防腐蝕也是本設計的創新之處。本電纜的特性和優點均達到了國內外現有海底電纜的領先水平。
圖1為本發明電纜的結構示意圖。圖中標號1導體，2導體屏蔽，3絕緣層，4絕緣屏蔽層，5半導電阻水包帶，6鉛合金護套，7改性浙青，8阻水聚乙烯護套，9阻水填充繩，10阻水包帶，11橡膠棉布帶，12聚丙烯網狀抗撕裂繩，13第二層改性浙青，14鋼絲鎧裝層，15第三層改性浙青，16第二層聚丙烯網狀抗撕裂繩，17阻水帶，18聚乙烯護套。以下通過具體實施方式
，并結合附圖對本發明作進一步說明。
具體實施例方式實施例參見圖1，本實施例的海上專用海底電力電纜，由三根單相線芯立式成纜，纜芯間隙設有阻水填充繩9填充圓整，纜芯外繞包阻水包帶10、橡膠棉布帶11及聚丙烯網狀抗撕裂繩12反向扎緊，在所述聚丙烯網狀抗撕裂繩12外依次設有第二層改性浙青13、 粗鋼絲鎧裝層14、第三層改性浙青15，在第三層改性浙青外繞包有第二層聚丙烯網狀抗撕裂繩16、阻水帶17，電纜的最外層擠包有聚乙烯外護套18 ；所述單相線芯包括緊壓絞合阻水導體1，在所述導體1上采用導體屏蔽2、三元乙丙橡膠絕緣層3、絕緣屏蔽層4三層共擠，所述絕緣屏蔽層4上繞包有半導電阻水包帶5、擠包有密封合金鉛護套6、涂覆有改性浙青7，在所述改性浙青7外擠包有阻水聚乙烯護套8 構成單相線芯。本發明電纜的制造方法，按如下步驟進行A、選用優質無氧銅絲，在導體框絞機或叉絞機上進行導體絞合，導體絞合過程中，各線盤張力控制均勻，導體單絲選用的絲徑一致，采用分層緊壓結構，導體節徑比內層控制在18-20之間，外層控制在13-16之間，最外層為左向，相鄰層絞合方向相反，每一層之間繞包一層阻水帶，阻水帶寬度應適宜，搭蓋率不小于20%，同時導體結構采用符合GB/ T3956-2008規定的第2種絞合緊壓圓形銅導體，緊壓系數在90%以上；B、導體外采用三層共擠結構，即導體屏蔽、三元乙丙橡膠絕緣層及絕緣屏蔽層三層共擠，所選導體屏蔽和絕緣屏蔽層均為優質半導電屏蔽材料，三元乙丙橡膠絕緣為進口 EPR4045絕緣材料，導體屏蔽標稱厚度為0. 8mm,絕緣屏蔽層標稱厚度為0. 8mm ；三層共擠設備選用進口德國特勒斯特35kV中壓連續硫化CCV生產線，該設備配有德國西克拉公司研發的X-RAY 8000NXT型在線測偏儀，對絕緣厚度及內外屏蔽層厚度進行在線精確監控，確保絕緣層偏心度不大于15%，確保電纜具有優異的電氣絕緣性能。三層共擠擠出時，采用擠壓式模具生產，模具選配時模芯及模套尺寸分別按以下規定執行模芯=導體線芯+(0. 6 0. 8)mm中模=導體線芯+2*1. l*d內屏mm模套=導體線芯+2*1· 15*((1_+(1絕緣+(1外屏)讓三層共擠擠塑機溫度設定如下表導體屏蔽擠塑機溫度設定(溫度設定偏差士5°C )
權利要求
1.海上專用海底電力電纜，其特征在于，由三根單相線芯立式成纜，纜芯間隙設有阻水填充繩(9)填充圓整，纜芯外繞包阻水包帶(10)、橡膠棉布帶(11)及聚丙烯網狀抗撕裂繩 (12)反向扎緊，在所述聚丙烯網狀抗撕裂繩(12)外依次設有第二層改性浙青(13)、粗鋼絲鎧裝層(14)、第三層改性浙青(15)，在第三層改性浙青外繞包有第二層聚丙烯網狀抗撕裂繩(16)、阻水帶(17)，電纜的最外層擠包有聚乙烯外護套(18)；所述單相線芯包括緊壓絞合阻水導體(1)，在所述導體(1)上采用導體屏蔽(2)、三元乙丙橡膠絕緣層(3)、絕緣屏蔽層(4)三層共擠，所述絕緣屏蔽層(4)上繞包有半導電阻水包帶(5)、擠包有密封合金鉛護套(6)、涂覆有改性浙青(7)，在所述改性浙青(7)外擠包有阻水聚乙烯護套(8)構成單相線芯。
2.—種權利要求1所述的海上專用海底電力電纜的制造方法，其特征在于按如下步驟進行A、選用優質無氧銅絲，在導體框絞機或叉絞機上進行導體絞合，導體絞合過程中，各線盤張力控制均勻，導體單絲選用的絲徑一致，采用分層緊壓結構，導體節徑比內層控制在18-20之間，外層控制在13-16之間，最外層為左向，相鄰層絞合方向相反，每一層之間繞包一層阻水帶，阻水帶寬度應適宜，搭蓋率不小于20%，同時導體結構采用符合GB/ T3956-2008規定的第2種絞合緊壓圓形銅導體，緊壓系數在90%以上；B、導體外采用三層共擠結構，即導體屏蔽、三元乙丙橡膠絕緣層及絕緣屏蔽層三層共擠，所選導體屏蔽和絕緣屏蔽層均為優質半導電屏蔽材料，三元乙丙橡膠絕緣為進口 EPR4045絕緣材料，導體屏蔽標稱厚度為0. 8mm,絕緣屏蔽層標稱厚度為0. 8mm,絕緣層偏心度不大于15%，確保電纜具有優異的電氣絕緣性能；C、絕緣屏蔽層外重疊繞包阻水帶，阻水帶搭蓋率不小于30%，分相擠包密封合金鉛護套，構成分相金屬屏蔽，擠出溫度控制在400 425°C之間；D、在擠包高密度聚乙烯護套前，鉛護套表面涂覆一層改性浙青后，通過模具控制鉛護套表面的浙青均勻性及平服性；擠包高密度聚乙烯護套時，擠出溫度控制在175 230°C之間，擠出模具按照以下規定要求模芯=鉛護套外徑+(0. 8 1. 2)mm ；模套=鉛護套外徑+2*1.度+2*1· I5^dwe度紅著■度；擠出速度控制在20 25m/min ；E、三根單相線芯采用立式成纜機成纜和鎧裝，線芯成纜時，纜芯填充高強度聚丙烯網狀抗撕裂阻水填充繩，其外重疊繞包一層阻水帶，阻水帶厚度控制在0. 2 0. 3mm,再重疊繞包兩層橡膠棉布帶，厚度控制在0. 15 0. 25mm，搭蓋率均不小于30%，阻水帶和橡膠棉布帶繞包方向不同；橡膠棉布帶繞包層外采用高強度聚丙烯網狀抗撕裂繩正反方向繞扎兩層，其外均勻涂覆第二層層改性浙青，涂覆表面保持均勻性及平服性，第二層浙青上采用粗鋼絲纏繞鎧裝，鎧裝用鋼絲直徑控制在4. 0 6. Omm之間，鎧裝鋼絲均勻、平服，鋼絲之間的間隙不大于一根鋼絲的直徑，再在鎧裝層上涂覆第三層層改性浙青，第三改性浙青的厚度控制在 0. 15-0. 25mm之間，同時正反方向再繞包第二層高強度聚丙烯網狀抗撕裂繩，其外繞包阻水帶，阻水帶厚度控制在0. 20 0. 30mm之間，繞包搭蓋率不低于30% ；F:擠包高密度聚乙烯外護套時，擠出溫度控制在175 230°C之間，擠出模具按照以下規定要求模芯=外護套前外徑+(0. 8 1. 2)mm ；模套=外護套前外徑+2*1. l5*d高離聚戰外護套厚度。擠出速度控制在10 15m/min ；外護套厚度最薄點厚度不小于標稱值的80% -0. 2mm。
全文摘要
本發明公開了一種海上專用海底電力電纜，由三根單相線芯立式成纜，纜芯間隙設有阻水填充繩，纜芯外繞包阻水包帶、橡膠棉布帶及聚丙烯網狀抗撕裂繩反向扎緊，在抗撕裂繩外依次設有第二層改性瀝青、粗鋼絲鎧裝層、第三層改性瀝青，之外繞包有第二層聚丙烯網狀抗撕裂繩、阻水帶，電纜的最外層擠包有聚乙烯外護套；單相線芯包括緊壓絞合阻水導體，在導體上采用導體屏蔽、三元乙丙橡膠絕緣層、絕緣屏蔽層三層共擠，之后繞包有半導電阻水包帶、擠包有密封合金鉛護套、涂覆有改性瀝青，在改性瀝青外擠包有阻水聚乙烯護套構成單相線芯。本發明電纜具有機械強度高、抗拉伸能力強、負重能力大、耐水性好、耐海水腐蝕優良等性能。
文檔編號H01B13/32GK102360618SQ20111034608
公開日2012年2月22日 申請日期2011年11月4日 優先權日2011年11月4日
發明者馮保磊, 孫超南, 朱崤, 李海榮, 王敏, 韓惠福 申請人:安徽新亞特電纜集團有限公司