水下工程用光电复合脐带缆的研制

 徐军 林剑 范健生 

 

摘要：水下工程用脐带缆，是满足水下工程用途的特殊产品，主要用于海底施工设备的供电及信号传输。脐带缆的主要特点为高强度，多单元，反复收放，耐磨等。

 

关键词：水下工程；高强度；耐磨；光电复合；多单元

 

1、引言

由于海底光缆海底电缆的施工需求，需要采用光电复合脐带缆，具体要求如下：

（1）光电复合脐带缆应能保证能浸在200米深海水中长期工作。

（2）12mm²动力线6根，传输AC3300V、60A三相交流电，2×220kW。

（3）4mm²动力线7根,3根传输AC400V、15A三相交流电，另外2根传输AC220V、5A三相交流电。

（4）4芯单模光纤单元1根。

（5）RS485信号传输双绞线5对。

（6）进潮检测线2根。

（7）光电复合脐带缆外径<50mm，外护套最薄厚度为2.5mm。

（8）许用拉力不小于25kN，破断拉力不小于75kN。

 

2、脐带缆结构设计及性能

2.1脐带缆的总体结构设计

根据脐带缆的基本要求，电缆由两种规格的动力线、信号传输线及光单元组成，根据需求，缆采用两层绞合，缆的最终外径小于50mm，电缆为圆形，承力材料选用芳纶。脐带缆结构如图1.

 

 

 

图1 海底施工用脐带缆结构图

2.2 各单元具体技术要求及结构设计

2.2.1  12mm²动力线组

（1）绝缘材料选用，标称厚度≥2.2mm。

（2）在20℃时任一导电线芯对其他动力线及铜屏蔽网间绝缘电阻：≥500MΩ·km。

（3）耐电压：任一线芯与其余全部线芯、屏蔽及大地间，均应通过其工作电压3倍（即AC9000V）、50Hz交流3分钟或DC20000V、3分钟不击穿试验。

2.2.2  4mm²动力线组

（1）绝缘标称厚度0.8mm。

（2）在20℃时，任一导电线芯对其他动力线及铜屏蔽网间绝缘电阻：≥300MΩ·km。

（3）任一线芯与其余全部线芯、屏蔽及大地间，均应通过其工作电压3倍(即AC1200V)、50Hz交流3分钟或DC2500V，3分钟不击穿试验。

2.2.3 RS485信号传输线

（1）绝缘标称厚度0.25mm。

（2）在20℃时，任一芯线与其余芯线及屏蔽网间绝缘电阻：≥200MΩ·km。

2.2.4 漏水、进潮检测线

（1）在20℃时，检测线直流电阻：≤0.04Ω/m。

（2）在20℃时，任一检测线与其他导电线芯及铜屏蔽网间的绝缘电阻：≥440MΩ·km。

2.2.5光单元采用不锈钢松套管，内含8根G.652D光纤，4根使用4根备用，钢管外挤一层聚乙烯护套，光纤衰减常数: ≤0.40 dB/km（1310nm），≤0.30 dB/km（1550nm）。

2.2.6 抗拉单元采用芳纶组成，该缆采用8050dtex芳纶50股，缆的许用拉力不小于25kN，破断拉力不小于75kN。

2.2.7 考虑到缆的使用水深，缆的所有缝隙间均填充阻水材料，保证径向水密试验：2.5MPa / 72h浸水后，护套不进水。

2.2.8 缆外护套采用PUR，标称厚度为3mm，缆外径：<50mm。

 

3、脐带缆测试项目及试验结果

3.1 脐带缆外观及结构

外观元整，电缆外径48.7mm。

3.2 光学性能

衰减常数1550nm≤0.30dB/km，1310nm≤0.40dB/km

3.3机械性能

许用拉力：不小于25kN，护套无损伤，各导电线芯无断线

破断拉力：不小于75kN，护套无损伤，各导电线芯无断线

3.4耐弯曲：电缆弯曲半径为电缆总外径的20倍，在500N拉力下，正反弯曲100次，护套无损伤，各导电线芯无断线

3.5电气性能

3.5.1直流电阻

4mm²动力线≤0.005Ω/m，12mm²动力线≤0.0016Ω/m，RS485≤0.09Ω/m，检漏线≤0.04Ω/m。

3.5.2绝缘电阻

4mm²动力线≥300MΩ·km，12mm²动力线≥500MΩ·km，RS485≥200MΩ·km，检漏线≥440MΩ·km。

3.5.3耐电压

4mm²动力线AC 1200V 3min 不击穿，12mm²动力线AC 9000V 3min 不击穿。

 

4  总结

该电缆交付，并在工程中多次使用，效果良好。以后客户要求开发不同功能的缆，以满足海洋工程的不同需求。