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。