海底电缆

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什么是海底电缆[1]

  海底电缆指用绝缘材料包裹起来的导线称为海底电缆,其敷设在河流水下以及海底,用来进行电信的传输。现代的海底电缆都是以光纤作为材料,进行电话互联网信号的传输。1850年,英国和法国之间铺设了世界上的第一条海底电缆。中国在1888年完成了第一次海底电缆的铺设,其共有两条,一条是由福州川石岛通往台湾的沪尾岛,长度是327.804km,另一条则是由台南的安平通往澎湖,全长98.156km。

  海底电缆又分为海底电力电缆和海底通信电缆。通讯业务中主要用到海底通信电缆,其费用比较昂贵,但是保密程度较高。海底电力电缆同地下电力电缆的作用相同,主要用于水下大功率电能的传输,只不过二者之间的应用场合以及敷设的方式不相同而已。海底电缆工程在世界上被公认为是最为复杂困难的大型工程,其从环境探测和海洋物理调查,以及电缆的设计、制造和安装都应用到复杂的技术。由于以上原因,世界上只有挪威、丹麦、加拿大、日本,以及美英法意等少数国家拥有海底电缆的制造厂家,这些厂家除了制造海底电缆外,还提供专业的敷设技术。在我国,能生产海底电力电缆的厂家主要有上海电缆厂和沈阳电缆厂等,但是我国目前应用的海底电力电缆仍然需要从其他能够生产海底电缆的国家进口。

海底电缆的用途[1]

  长距离的通讯网、远距离的岛屿之间以及跨海军事设施等较为重要的场合都需要应用海底通信电缆。海底电力电缆主要应用在横越江河或者港湾、陆岛之间,以及钻井平台之间的互相连接等场合,其敷设距离与海底通信电缆相比较而言会显得短一些。通常情况下,与同样长度的架空电缆传输电能相比较,应用海底电缆传输要显得昂贵许多,但是在地区性发电时对其的应用,要比对较小同时孤立的发电站的应用要经济的多,更多的优势在近海地区的应用中得到尤为突出的体现。在一些岛屿和河流较多的国家,对海底电缆的应用尤为广泛。

海底电缆的种类及应用范围[1]

  在小于45kV的交流电以及小于400kV的直流电线路中主要对浸渍纸包电缆加以应用,500m以内的水深是现在限制的安装水域;自容式充油电缆则在交流电线路或者高达750kV的直流电中得到应用。因为此种电缆属于充油式电缆,所以可以将其毫无困难地敷设在水深高达500m的海域里。另外还有挤压式绝缘电缆以及充气式电缆,其中充气式电缆又称为压力辅助电缆,属于使用浸渍纸包的充气式电缆,比充油式电缆更加适用于相对较长的海底电缆网,由于其需要使用高气压在深水下进行操作,这无疑加大了设计配件与电缆的困难性,所以现在只限于在水深300m以内的海域使用。

海底电缆的相关技术[2]

  1.海底电缆的防水

  当机械应力或外力造成电缆护套及绝缘损伤、接头损坏时,潮气或水分会沿着电缆纵向和径向间隙浸入,降低绝缘的电气强度,因此多数高压海底电缆都具有防止水分入侵的纵向、径向防水措施.径向措施主要是在绝缘屏蔽和金属屏蔽层外面绕包半导电阻水膨胀带,在金属屏蔽层外面添加金属防水层即金属护套,中压电缆电场强度相对较低,一般使用铝塑复合护套,也有仅用聚合物护套的,高压电缆则采用铅、铝、不锈钢的金属密封套.聚合物护套具有防水性,但却有一定的吸水率,这是因为其结构主要是由结晶相和无定形相组成的半结晶高聚物.结晶相结构紧凑,无定形相中的分子排列疏松,分子间存在较大的问隙.在交变电场的作用下,极性的水分子不断来回翻转,可以透过间隙和晶界缺陷处渗透到绝缘材料中.采用聚合物护套时,护套里要加具有吸水作用的阻水剂。

  纵向阻水主要采用①压紧型线心;②在导线之间和缆心屏蔽区添加阻水性物质,阻断水分在缆心中的扩散通道.纵向阻水采用阻水粉填充效果好,它的吸水量为自身的几十倍乃至几千倍,吸水强度大、膨胀率高,吸水后可迅速膨胀形成凝胶状物质,阻塞渗水通道,终止水分和潮气的进一步扩散和延伸,使受潮电缆的长度降到最低。

  2.软接头技术

  连续长度是海底电缆的基本要求之一.在电缆生产过程中,如果单根电缆长度不能满足要求,可以在制造厂内采用一定的方法,把2段或几段电缆的各部分连接起来,连接处的性能满足运行的需要,且连接处的外径与电缆本体相差不大,这种接头处理的方式称为软接头.软接头与电缆本体一样,不仅要保证电缆的电气性能,还要承受拉、扭、弯曲等机械应力,其技术难度较大,对生产安装环境要求苛刻,目前超高压海底电缆软接头世界上只有少数几个知名厂家能够生产。

  在工厂中制作软接头首先进行的是导体连接,采用银焊等直径线芯焊接,焊接时要避免产生未连接上、裂缝、微孔等焊接缺陷,可以用x射线检查焊接质量.临近焊接处的导体因为受到煅烧,是薄弱环节,机械强度只有正常导体的70%左右.其次要连接绝缘,先在待连接的电缆两端制作反应力锥,再缠绕与电缆本体相似的绝缘纸带或聚合物绝缘带,或者采用“挤塑模铸法”,用挤塑机将XLPE直接挤入成型模具.为避免一次挤出的厚度过大(15—30mm),导致在后期加压加热硫化过程中产生大的气孔,可改成分层挤塑硫化处理.但其结果是加工工期长,可达1个多月].在处理导体屏蔽层和与接头屏蔽层的过渡时,周围环境对产品质量有相当大的影响,必须在有一定湿度和温度控制要求的密闭空间进行.护套则是用事先套在绝缘外的铅管焊接而成,最后与电缆本体一起装铠,因此可以说软接头是一种隐藏式的电缆接头,除非特殊标注,否则在外观上很难识别。

  3.金属护套及铠装的防腐、防蚀设计

  海底电缆的寿命某种程度上取决于钢丝铠装的耐腐蚀寿命,因此需要采用一种特殊的钢丝——锌铝镁合金镀层钢丝铠装.由中高密度聚乙烯构成的外护套可以克服沥青的易磨损、易脱落等缺点,且可对钢丝铠装形成更好的保护.钢丝铠装外加装聚丙烯绳外被层,可以提高电缆抗海水侵蚀和施工磨损的能力。

  4.海底电缆的监测及安全预警和测温控制

  海底地质环境复杂,地震、海床塌陷、滑坡、洋流变化、海洋生物及船只抛锚,都有可能造成电缆断裂、破损,影响电缆的安全运行.海底电缆监测可采用绝缘电阻法和电阻故障测距仪,可迅速测出电缆是否受损以及故障点的位置.绝缘电阻法根据电缆绝缘情况即可找出故障相,简单明了。采用电缆故障测距仪时,根据读取到的故障点的波形及其位置,也可确定故障点与电缆任意一端的位置距离。

  随着光纤复合海底电缆的发展,利用分布式光纤传感技术,可以实现海底电缆的在线监测和故障预警.在物质的微结构中,光照射在分子、原子等微粒上,在微粒的转动、振动、晶格振动及各种微粒运动参与的作用下,会出现光的散射频率不等同于入射频率的非弹性散射现象.而布里渊散射是这种典型的散射之一.散射光的频率相对入射光的频率发生变化,这一变化的大小与散射角和光纤的材料特性有关.与布里渊散射光频率相关的光纤材料特性主要受温度和应变的影响,因此,通过测定脉冲光的后向布里渊散射光的频移就可实现分布式温度、应变测量.利用分布式光纤传感技术的海底电缆外部安全预警和定位系统,可全天候实时在线监护电缆安全.当电缆受到外部侵害后,系统可在几秒钟内,迅速判断电缆周围环境的异常扰动变化和受到侵害的具体位置,完成报警定位功能。

  此外,利用海底电缆护套中的电容电流与电缆护套绝缘之间单一的函数对应关系,可以从电缆两端测得电容电流的大小,分析计算出电缆护套故障的相别和位置,进而实现对海底电缆外绝缘情况的监测、维护。

海底电缆的注意事项[1]

  海底电缆作为实施出口质量许可制度的产品生产企业需要按照规定获得国家出入境的校验检疫部门所颁发的出口质量许可证书后,才能生产出口产品。我国目前在大陆和台湾岛之间并没有直接相连的通信光缆,通常情况下都是通过美国的海底光缆进行信息的交换。

  目前,那些全球性Internet互联网都是通过海底通信光缆实现的,现在正在筹备中的海底光缆系统“太平洋高速公路”,其长度为25000km,将中国、美国,日本以及韩国等许多太平洋国家连接起来。1966年,跨大西洋的海底电缆铺设成功,使欧美大陆之间跨大西洋的电报通讯得到了实现。伴随着社会经济及科技的飞速发展,海底管线的种类也越来越多。按照用途来划分,海底管道又可分为输油管道、输水管道以及输气管道等;海底缆线则主要有输电光缆、通信光缆以及通信电缆之分。

  在电力电缆线路保护区中,规定在电缆线路地面标桩两侧各0.75m所形成的两条平行线内的区域为地下电缆的线路保护区;海底电缆通常为线路两侧各3.704km,也就是港内为两侧各100m,江河电缆通常则是大于线路两侧各100m所形成的两平行线内的水域,而中小河流中则一般不小于线路两侧各50m。

参考文献

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 郭学勇.浅谈海底电缆的实际应用[J].《企业技术开发》.2011,1
  2. 邱巍,鲍洁秋等.海底电缆及其技术难点[J].《沈阳工程学院学报:自然科学版》.2012,1
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