水下工程用光電複合臍帶纜的研制
徐軍 林劍 範健生
摘要:水下工程用臍帶纜,是滿足水下工程用途的特殊産品,主要用于海底施工設備的供電及信号傳輸。臍帶纜的主要特點為高強度,多單元,反複收放,耐磨等。
關鍵詞:水下工程;高強度;耐磨;光電複合;多單元
1、引言
由于海底光纜海底電纜的施工需求,需要采用光電複合臍帶纜,具體要求如下:
(1)光電複合臍帶纜應能保證能浸在200米深海水中長期工作。
(2)12mm2動力線6根,傳輸AC3300V、60A三相交流電,2×220kW。
(3)4mm2動力線7根,3根傳輸AC400V、15A三相交流電,另外2根傳輸AC220V、5A三相交流電。
(4)4芯單模光纖單元1根。
(5)RS485信号傳輸雙絞線5對。
(6)進潮檢測線2根。
(7)光電複合臍帶纜外徑<50mm,外護套最薄厚度為2.5mm。
(8)許用拉力不小于25kN,破斷拉力不小于75kN。
2、臍帶纜結構設計及性能
2.1臍帶纜的總體結構設計
根據臍帶纜的基本要求,電纜由兩種規格的動力線、信号傳輸線及光單元組成,根據需求,纜采用兩層絞合,纜的最終外徑小于50mm,電纜為圓形,承力材料選用芳綸。臍帶纜結構如圖1.
圖1 海底施工用臍帶纜結構圖
2.2 各單元具體技術要求及結構設計
2.2.1 12mm2動力線組
(1)絕緣材料選用,标稱厚度≥2.2mm。
(2)在20℃時任一導電線芯對其他動力線及銅屏蔽網間絕緣電阻:≥500MΩ·km。
(3)耐電壓:任一線芯與其餘全部線芯、屏蔽及大地間,均應通過其工作電壓3倍(即AC9000V)、50Hz交流3分鐘或DC20000V、3分鐘不擊穿試驗。
2.2.2 4mm2動力線組
(1)絕緣标稱厚度0.8mm。
(2)在20℃時,任一導電線芯對其他動力線及銅屏蔽網間絕緣電阻:≥300MΩ·km。
(3)任一線芯與其餘全部線芯、屏蔽及大地間,均應通過其工作電壓3倍(即AC1200V)、50Hz交流3分鐘或DC2500V,3分鐘不擊穿試驗。
2.2.3 RS485信号傳輸線
(1)絕緣标稱厚度0.25mm。
(2)在20℃時,任一芯線與其餘芯線及屏蔽網間絕緣電阻:≥200MΩ·km。
2.2.4 漏水、進潮檢測線
(1)在20℃時,檢測線直流電阻:≤0.04Ω/m。
(2)在20℃時,任一檢測線與其他導電線芯及銅屏蔽網間的絕緣電阻:≥440MΩ·km。
2.2.5光單元采用不鏽鋼松套管,内含8根G.652D光纖,4根使用4根備用,鋼管外擠一層聚乙烯護套,光纖衰減常數: ≤0.40 dB/km(1310nm),≤0.30 dB/km(1550nm)。
2.2.6 抗拉單元采用芳綸組成,該纜采用8050dtex芳綸50股,纜的許用拉力不小于25kN,破斷拉力不小于75kN。
2.2.7 考慮到纜的使用水深,纜的所有縫隙間均填充阻水材料,保證徑向水密試驗:2.5MPa / 72h浸水後,護套不進水。
2.2.8 纜外護套采用PUR,标稱厚度為3mm,纜外徑:<50mm。
3、臍帶纜測試項目及試驗結果
3.1 臍帶纜外觀及結構
外觀元整,電纜外徑48.7mm。
3.2 光學性能
衰減常數1550nm≤0.30dB/km,1310nm≤0.40dB/km
3.3機械性能
許用拉力:不小于25kN,護套無損傷,各導電線芯無斷線
破斷拉力:不小于75kN,護套無損傷,各導電線芯無斷線
3.4耐彎曲:電纜彎曲半徑為電纜總外徑的20倍,在500N拉力下,正反彎曲100次,護套無損傷,各導電線芯無斷線
3.5電氣性能
3.5.1直流電阻
4mm²動力線≤0.005Ω/m,12mm²動力線≤0.0016Ω/m,RS485≤0.09Ω/m,檢漏線≤0.04Ω/m。
3.5.2絕緣電阻
4mm²動力線≥300MΩ·km,12mm²動力線≥500MΩ·km,RS485≥200MΩ·km,檢漏線≥440MΩ·km。
3.5.3耐電壓
4mm²動力線AC 1200V 3min 不擊穿,12mm²動力線AC 9000V 3min 不擊穿。
4 總結
該電纜交付,并在工程中多次使用,效果良好。以後客戶要求開發不同功能的纜,以滿足海洋工程的不同需求。