阅读说明：本技术 一种全锁式钢丝铠装海底电力电缆及其设计方法 (Full-locking type steel wire armored submarine power cable and design method thereof ) 是由 梅文杰 潘文林 朱建风 王皓煜 百梦弟 潘文 宋程成 李居跃 于 2019-11-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种全锁式钢丝铠装海底电力电缆，包括导体、半导电阻水带、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、金属套、半导电PE护套、内衬层、铠装和外被层，所述半导电阻水带、所述导体屏蔽层、所述绝缘层、所述绝缘屏蔽层、所述金属套、所述半导电PE护套、所述内衬层、所述铠装和所述外被层从内而外依次包裹在所述导体上，所述铠装由若干Z型钢丝组成，若干所述Z型钢丝首尾相配合连接。通过上述方式，本发明一种全锁式钢丝铠装海底电力电缆及其设计方法，该设计方法制造的电缆解决了圆形钢丝铠装结构受力破损后易松散，海水中不易打捞的问题，异型钢丝排列更加紧凑，用其代替圆形钢丝可使钢丝数量减少，节约成本。(The invention discloses a full-locking type steel wire armored submarine power cable which comprises a conductor, a semi-conductive water blocking tape, a conductor shielding layer, an insulating shielding layer, a metal sleeve, a semi-conductive PE sheath, an inner lining layer, an armor and an outer tegument, wherein the semi-conductive water blocking tape, the conductor shielding layer, the insulating shielding layer, the metal sleeve, the semi-conductive PE sheath, the inner lining layer, the armor and the outer tegument are sequentially wrapped on the conductor from inside to outside, the armor is composed of a plurality of Z-shaped steel wires, and the Z-shaped steel wires are connected in a head-to-tail matching mode. By the mode, the full-locking type steel wire armored submarine power cable and the design method thereof provided by the invention have the advantages that the problems that a round steel wire armored structure is easy to loosen after being stressed and damaged and is difficult to salvage in seawater are solved, the arrangement of special-shaped steel wires is more compact, the number of the steel wires can be reduced by replacing the round steel wires with the special-shaped steel wires, and the cost is saved.)

一种全锁式钢丝铠装海底电力电缆及其设计方法

技术领域

本发明属于电力电缆领域，具体涉及一种全锁式钢丝铠装海底电力电缆及其设计方法。

背景技术

随着海岛开发战略和海上可再生能源发电的快速发展，尤其是海上风力发电的迅速扩张，海底高压电力电缆需求越来越大。

目前应用最广泛的海底高压电缆的铠装结构为圆形钢丝绞合形式，但在实际应用过程中，外层PP绳易被海水腐蚀，一旦受到外力，钢丝很有可能会发生松散，导致海缆失去外层保护。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种全锁式钢丝铠装海底电力电缆及其设计方法，能够起到钢丝不易松散的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种全锁式钢丝铠装海底电力电缆，包括导体、半导电阻水带、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、金属套、半导电PE护套、内衬层、铠装和外被层，所述半导电阻水带、所述导体屏蔽层、所述绝缘层、所述绝缘屏蔽层、所述金属套、所述半导电PE护套、所述内衬层、所述铠装和所述外被层从内而外依次包裹在所述导体上，所述铠装由若干Z型钢丝组成，若干所述Z型钢丝首尾相配合连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述Z型钢丝上所有内角和外角上均设有圆弧倒角r。

在本发明一个较佳实施例中，所述铠装中所述Z型钢丝的层数包括单层和双层。

一种全锁式钢丝铠装海底电力电缆的设计方法，具体步骤包括：

1)计算所设计海缆所述铠装中所述Z型钢丝实际总面积S_实；

3)计算所述铠装所能承受的最大张力F；

3)计算所述钢丝的质量G₂和同体积电缆排开水的质量G₃；

4)计算单位长度电缆水中重量W(电缆自重减去同体积排开水的重量)和最大允许水底接触点对电缆的张力H；

5)计算水深为0～500米时电缆所受张力T；

6)判断所能承受的最大张力F与水深为0～500米时电缆所受张力T之间的大小。

在本发明一个较佳实施例中，步骤1中通过公式(1)计算海缆所述铠装中所述Z型钢丝实际总面积S_实,

其中n为所述钢丝根数，S为所述铠装中所述Z型钢丝总面积，D₁为安装所述铠装前电缆外径，D₂为安装所述铠装后电缆外径，d₁为所述Z型钢丝截面高度，d₂为所述Z型钢丝截面高度中部宽度，d₁和d₂的取值相等，η为修正系数。

在本发明一个较佳实施例中，步骤2)中将步骤1)计算得到的海缆所述铠装内所述Z型钢丝实际面积S_实代入计算公式(2)中，从而计算出所述铠装所能承受的最大张力F，

F＝σS_实 (2)

其中σ为所述钢丝的抗张强度，取75N/mm²。

在本发明一个较佳实施例中，步骤3)中通过公式(3)计算所述钢丝的质量G₂和同体积电缆排开水的质量G₃，

在本发明一个较佳实施例中，步骤4)中将步骤3)计算得到的所述钢丝的质量G₂和同体积电缆排开水的质量G₃代入计算公式(4)中计算出单位长度电缆水中重量W和最大允许水底接触点对电缆的张力H，

其中d_deep为最小值规定为200m，G₁为电缆除所述铠装外的自重，g为重力加速度。

在本发明一个较佳实施例中，步骤5)中将步骤4)计算得到的计算单位长度电缆水中重量W和最大允许水底接触点对电缆的张力H代入计算公式(4)中计算出水深为0～500米时电缆所受张力T，

T＝1.3W×d+H (5)

其中d为最大敷设水深。

在本发明一个较佳实施例中，其特征在于：所述步骤6)中对所述铠装所能承受的最大张力F和水深为0～500米时电缆所受张力T进行比较，当F≥T时，符合设计条件。

本发明的有益效果是：本发明一种全锁式钢丝铠装海底电力电缆及其设计方法，该设计方法制造的电缆解决了圆形钢丝铠装结构受力破损后易松散，海水中不易打捞的问题，异型钢丝排列更加紧凑，用其代替圆形钢丝可使钢丝数量减少，节约成本，相对于半锁式而言，适用于更深的海域。

附图说明

图1为一种全锁式钢丝铠装海底电力电缆及其设计方法制作的电力电缆取D₁＝96.8mm，η＝0.99，d₁＝d₂＝5mm，D₂＝106.8mm，

时绘制的单层铠装海缆截面图。

图2为一种全锁式钢丝铠装海底电力电缆及其设计方法制作的电力电缆取D₁＝96.8mm，η＝0.99，d₁＝d₂＝5mm，D₂＝116.8mm，时绘制的双层铠装海缆截面图。

图3为一种全锁式钢丝铠装海底电力电缆及其设计方法制作的电力电缆中Z型钢丝的结构示意图。

附图中各部件的标记如下：1、导体；2、半导电阻水带；3、导体屏蔽层；4、绝缘层；5、绝缘屏蔽层；6、金属套；7、半导电PE护套；8、内衬层；9、铠装；10、外被层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1至图3，

一种全锁式钢丝铠装9海底电力电缆，包括导体1、半导电阻水带2、导体屏蔽层3、绝缘层4、绝缘屏蔽层5、金属套6、半导电PE护套7、内衬层8、铠装9和外被层10，所述半导电阻水带2、所述导体屏蔽层3、所述绝缘层4、所述绝缘屏蔽层5、所述金属套6、所述半导电PE护套7、所述内衬层8、所述铠装9和所述外被层10从内而外依次包裹在所述导体1上，所述铠装9由若干Z型钢丝组成，若干所述Z型钢丝首尾相配合连接，所述Z型钢丝上所有内角和外角上均设有圆弧倒角r，所述圆弧倒角使得相连的两所述Z型钢丝连接更加紧密，全锁式相对于半锁式而言，适用于比较深的海域，所述铠装9全部采用所述Z型钢丝，相对于圆钢丝铠装9，更紧凑，所以相对圆钢丝而言，也能起到降低成本的左右，通常圆钢丝φ6.0mm所达到的张力，所述Z型钢丝φ5.5mm就能达到，因为全锁紧凑，相邻两根单线缝隙小。

所述铠装9中所述Z型钢丝的层数包括单层和双层。

一种全锁式钢丝铠装9海底电力电缆的设计方法，具体步骤包括：

1)通过公式(1)计算海缆所述铠装9中所述Z型钢丝实际总面积S_实,

其中n为所述钢丝根数，S为所述铠装9中所述Z型钢丝总面积，D₁为安装所述铠装9前电缆外径，D₂为安装所述铠装9后电缆外径，d₁为所述Z型钢丝截面高度，d₂为所述Z型钢丝截面高度中部宽度，d₁和d₂的取值相等，η为修正系数，η取值0.99。

2)将步骤1)计算得到的海缆所述铠装9内所述Z型钢丝实际面积S_实代入计算公式(2)中，从而计算出所述铠装9所能承受的最大张力F，

F＝σS_实 (2)

其中σ为所述钢丝的抗张强度，取75N/mm²。

3)通过公式(3)计算所述钢丝的质量G₂和同体积电缆排开水的质量G₃，

其中ρ_铁为铁的密度，取7.9×10³kg/m³，ρ_水为水的密度，取1.0×10³kg/m³。

4)将步骤3)计算得到的所述钢丝的质量G₂和同体积电缆排开水的质量G₃代入计算公式(4)中计算出单位长度电缆水中重量W和最大允许水底接触点对电缆的张力H，

其中d_deep为最小值规定为200m，G₁为电缆除所述铠装9外的自重，g为重力加速度，取9.8N/kg。

5)将步骤4)计算得到的计算单位长度电缆水中重量W和最大允许水底接触点对电缆的张力H代入计算公式(4)中计算出水深为0～500米时电缆所受张力T，

T＝1.3W×d+H (5)

其中d为最大敷设水深。

6)对所述铠装9所能承受的最大张力F和水深为0～500米时电缆所受张力T进行比较，当F≥T时，符合设计条件。

以110kv单芯海缆HYJQ41 1×240为例，根据实际生产工艺控制，单芯海缆型号HYJQ41 1×240，铠装前电缆外径D1取值96.8mm，D₁＝96.8mm，η＝0.99，敷设水深d＝150m，

单层铠装中，d₁取值如下，其他相应参数如下表所述，

经计算d₁最小值为0.85mm，此时F＝T，在实际生产过程中，n值是有限制的，目前铠装机最多装盘数是192盘，因此n≤192，方案5和方案6，n值＞192，目前的铠装机不能生产，所以方案4、方案3、方案2和方案1都可以，所以所述Z型钢丝截面高度≥2.0mm。

由于θ₁＝θ₂，所以

当θ₁过小时，铠装无法自锁失去意义，当θ₁过大时，所述Z型钢丝中间部分应力集中，易损坏。经实验证明

为最佳。

方案1～5都满足设计条件F≥T要求，考虑到设计余量要求，选择方案1～3，以方案2为例θ＝360°/79＝4.56°，取

双层铠装中，d₁取值如下，其他相应参数如下表所述，

经计算所有直径所述Z型钢丝均符合要求，实际生产中钢丝铠装机为192框，所以钢丝直径≥2.0mm。

根据国家标准规定，钢丝外径都是整数，比如φ6.0mm，φ5.0mm，φ4.0mm，φ3.0mm。

与现有技术相比，本发明一种全锁式钢丝铠装海底电力电缆及其设计方法，该设计方法制造的电缆解决了圆形钢丝铠装结构受力破损后易松散，海水中不易打捞的问题，异型钢丝排列更加紧凑，用其代替圆形钢丝可使钢丝数量减少，节约成本，相对于半锁式而言，适用于更深的海域。

全锁式相对于半锁式而言，适用于比较深的海域，全部采用Z型钢丝，相对于圆钢丝铠装，更紧凑，所以相对圆钢丝而言，也能起到降低成本的左右，通常圆钢丝φ6.0mm所达到的张力，Z型钢丝φ5.5mm就能达到，因为全锁紧凑，相邻两根单线缝隙小。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。