具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

超高压海底电缆一般针对的都是指承受电压为500kV的海底电缆，因此需要三相敷设，目前的海缆大多为高压海底电缆，其承受电压在220kV，且现有的高压海底电缆大多包括缆芯、光纤单元和保护单元，缆芯为单芯结构，保护单元包覆在缆芯外侧，光纤单元位于保护单元与缆芯之间或者光纤单元设置于保护单元内，然而，单芯海缆三相敷设在繁忙的水道会占用大量宽度的海底路由，单芯海缆需要敷设三次，施工成本大；而且，当光纤单元位于保护单元与缆芯之间时，会增大海缆的原料成本；当光纤单元设置于保护单元内时，会增大光纤单元受损的风险；保护单元包括铠装层，铠装层采用同一强度的钢丝绞合而成，使得海缆的抗拉和抗压性能较差。

由此，本申请提供一种三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆，将缆芯的个数由一个变为三个，以增大海缆的传输容量，降低路由回路；此外，本申请中提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆中，光纤单元位于两个相邻的缆芯所形成的间隙内，且光纤单元嵌设于第一填充单元内，因此，能够减小海缆的制造成本，且能够避免光纤单元受损，对光纤单元起到一定的保护作用；另外，本申请中的铠装层包括内层钢丝铠装层和外层钢丝铠装层，内层钢丝铠装层的强度大于外层钢丝铠装层的强度，且内层钢丝铠装层中的钢丝直径小于外层钢丝铠装层中的钢丝直径，因此，使得本申请提供的海底电缆的抗拉和抗压性能较强。

以下结合附图和具体实施方式对本申请进行详细介绍。

图1为本申请实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆的结构示意图。图2为本申请实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆中的缆芯的结构示意图。

本实施例提供一种三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10，包括缆芯1、保护单元2、填充单元3和光纤单元4，缆芯1为三个，三个缆芯1均位于保护单元2内，且三个缆芯1在保护单元2的周向上均匀间隔分布，以在各缆芯1之间以及保护单元2与缆芯1之间形成用于容纳填充单元3和光纤单元4的间隙5；缆芯1包括阻水导体11和包覆在阻水导体11外侧的阻水绑扎带12；本实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10通过设置三个缆芯1，减少了海底路由的占用宽度，此外，本实施例中的光纤单元4设置于间隙5内，相比于设置单独的光纤单元4的层体结构，本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10的制造成本更小；而相比于将光纤单元4设置在保护单元2内的海缆的结构，本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10能够对光纤单元4起到保护，避免光纤单元4受力过大而发生损伤。

需要说明的是，上述的阻水导体11为紧压圆形或分割型不镀金属层的退火铜导体，阻水导体11阻水导体包括纵包而成的半导电阻水带和缠绕于半导电阻水带外侧的阻水纱，半导电阻水带和阻水纱覆盖阻水导体11的绞合空隙；上述的阻水绑扎带12采用高阻水、高强度阻水带绕包而成。

进一步地，对阻水导体11的结构设计的具体方法如下，根据产品标准要求确定阻水导体11的直流电阻RB（Ω/km），引入系数K1、K2、K3，选择材料的体积电阻率ρ20（Ω·mm/m²）。

首先，对阻水导体11的截面进行计算，阻水导体11的截面计算依据公式如下：

（1）

（2）

上式（1）和（2）中，K1为单丝直径、金属种类、是否镀锡引入系数；K2为为单丝直径、绞合方式引入系数；K3为绝缘线芯成缆与否引入系数；AJZ表示紧压后截面积；RB为20℃时的直流电阻；ρ20为材料的体积电阻率。

然后，对阻水导体11的轮廓直径进行计算，具体的，根据生产要求取填充系数η对轮廓直径D进行计算。

（3）

（4）

上式（3）和（4）中，D为阻水导体11的轮廓直径；AJZ表示紧压后截面积；η为填充系数。

最后，对单线直径进行计算，依据公式如下：

（5）

上式（5）中，d为单丝外径；AJZ表示紧压后截面积；μ为紧压延伸系数；n绞线机盘数。

而以标准截面积为2500mm²阻水导体11为例，根据设计需求，确定导体直流电阻RB为0.0072Ω/km；确定紧压后截面积AJZ为2515mm²；确定填充系数η为0.87；确定紧压延伸系数μ为1.1；根据上式（1）至（5）可计算得出，当绞线机盘数n=127时，单线外径d=5.27mm；当绞线机盘数n=169 时，单线外径d=4.57mm，绞合截面积为5000mm²；由此，可以看出，采用169盘绞线机比127盘绞线机绞合前单线直径小15%，从而能够解决大直径单线的生产难题。

为了进一步说明本申请实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10的占用路由较少，将本实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10占用的路由与现有的一种单芯的超高压海底电缆占用的路由进行比较。

图3a为现有的一种单芯海底电缆占用的路由宽度图。图3b为本申请实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆占用的路由宽度图。

观察图3a和图3b可知，现有的一种单芯海底电缆20为了满足高压工作，其需要敷设三个，因此，其占用的路由为4L；而本申请实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10包括三个缆芯1，因此只需要敷设一个，因此，其占用的路由为2L，由此可知，现有的芯海底电缆20所占用的路由宽度为本实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10所占用的路由宽度的2倍，因此，本实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10更加节约资源。

如图2所示，在本实施例中，缆芯1还包括依次包覆在阻水绑扎带12外侧的导体屏蔽层13、交联聚乙烯绝缘层14、绝缘屏蔽层15、阻水带16、金属套17和分相护层18。

需要说明的是，上述的导体屏蔽层13、交联聚乙烯绝缘层14和绝缘屏蔽层15采用同时挤出的方式成型，能够减少本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10的制造工序；其中，导体屏蔽层13采用超光滑半导电屏蔽料挤包成型；交联聚乙烯绝缘层14采用超洁净交联聚乙烯材料均匀地挤包在导体屏蔽层13上；绝缘屏蔽层15采用超光滑半导电屏蔽材料直接挤包在交联聚乙烯绝缘层14上。

进一步地，在对交联聚乙烯绝缘层14进行设计时，需要采用绝缘材料特定生产工艺参数制作的小样品进行工频电压和雷电冲击测试数据设计交联聚乙烯绝缘层14的厚度，根据实际测试的参数进行交联聚乙烯绝缘层14的厚度设计。

首先，采用逐级升压工频电压击穿的方式测试绝缘材料的击穿场强，设定初始电压为3.5U₀，每级以2U₀的幅度提升测试电压，直到击穿，记录击穿电压，每级电压测试持续时间为10min。

在具体的实验过程中，采用三个模型缆样品，表1为本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆中的绝缘层线芯工频击穿电场强度表，以下分别命名三个模型缆样品分别为1#、2#和3#。

表1 本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆中的绝缘层线芯工频击穿电场强度表

通过观察表1可知，模型缆样品的工频平均击穿场强大于55kV/mm，最大击穿场强大于73kV/mm，由此可知，交联聚乙烯绝缘层14的工频电压击穿场强符合设计要求。

然后，采用逐级升压雷电冲击击穿的方式对三个模型缆样品进行雷电冲击击穿电压试验，设定初始电压为125kV，按100kV的幅度逐级增加冲击测试电压，每级进行10次正冲击和10次负冲击试验，直到击穿。

表2为本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆中的绝缘层线芯雷电冲击击穿电场强度表，以下分别命名三个模型缆样品分别为1#、2#和3#。

观察表2可知，模型缆样品的雷电冲击平均击穿场强大于130kV/mm，最大击穿场强大于170kV/mm，由此可知，交联聚乙烯绝缘层14的雷电冲击性能符合设计要求。

而对交联聚乙烯绝缘层14的厚度进行校核确定时，需要将工频电压击穿下对应的交联聚乙烯绝缘层14厚度与雷电冲击下对应的交联聚乙烯绝缘层14厚度进行比较，两者中较大的厚度值则为实际设计过程中应取的厚度值。

表2 本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆中的绝缘层线芯雷电冲击击穿电场强度表

具体的，采用如下公式，依据工频电压时平均电场强度对交联聚乙烯绝缘层14的厚度进行校核确定。

（6）

上式（6）中，d_ac为工频冲击电压相应的交联聚乙烯绝缘层14的厚度，单位为mm；U_m为系统最高线电压；k₁为工频电压下击穿强度的温度系数；k₂为工频电压下击穿强度的老化系；k₃为工频电压下击穿强度的安全系数；E_Lac为工频击穿电压所确定的最小击穿强度；

示例性的，取U_m为525kV，k₁为1.1，k₂为2.89，k₃为1.1，E_Lac为40kV/mm，依据式（6），可计算得出d_ac=27.8mm。

进一步地，采用如下公式，依据雷电击穿电压时最小击穿强度对交联聚乙烯绝缘层14的厚度进行校核确定。

（7）

上式（7）中，d_imp为系统雷电冲击电压相应交联聚乙烯绝缘层14的厚度，单位为mm；U_Lm为系统雷电冲击耐压水平；k₁´为雷电冲击电压下击穿强度的温度系数；k₂´为雷电冲击电压下击穿强度的老化系数；k₃´为雷电冲击电压下击穿强度的安全系数；E_Limp为雷电冲击击穿电压所确定的最小击穿强度。

示例性的，取U_Lm为1550kV，k₁´为1.25，k₂´为1.1，k₃´为1.1，E_Limp为60kV/mm，依据式（7）计算得出d_imp=29.3mm，此时，由于29.3大于27.8，因此，在本示例中，交联聚乙烯绝缘层14的厚度应为29.3mm。

进一步地，上述的阻水带16采用双面型半导电阻水带材料间隙搭盖绕包在绝缘屏蔽层15上，体积电阻率小于1×10³Ω·cm，且阻水带16能够起到缓冲效果和纵向阻水的作用，防止本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10发生断裂或浸水性损坏，由此能够延长本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10的使用寿命；上述的金属套17采用连续密封结构，采用加工性能优异的合金铅直接挤包在阻水带16上，可作为径向防水层；上述的分相护层18采用半导电型聚乙烯或绝缘型聚乙烯热塑性护套料直接挤包在金属套17上，进一步作为径向防水层和保护层。

在一些其他的实施方式中，金属套17也可以采用E合金铅，或者铅碲铜合金，可提升耐蚀性、耐磨性和强度。

为了使填充单元3具有更好的缓冲效果，在本实施例中，填充单元3上设有凹腔，凹腔的延伸方向与海底电缆的轴向一致。这样，当三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10受冲击力时，由于凹腔的设置，能够增大三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10的形变量，防止其发生断裂。

以下对本实施例中的填充单元3进行详细介绍。

图4为本申请实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆中的第一填充单元与光纤单元之间的位置关系示意图。

如图1和图4所示，在本实施例的具体的实施方式中，间隙5包括第一间隙51和第二间隙52，相邻的两个缆芯1与保护单元2之间形成第一间隙51，三个缆芯1共同形成第二间隙52；填充单元3包括第一填充单元31和第二填充单元32，第一填充单元31和光纤单元4均位于第一间隙51内，第二填充单元32位于第二间隙52内；第一填充单元31具有两个分别与两个相邻的缆芯1抵接的侧面311，且侧面311的形状与缆芯1的外周面的形状匹配；第一填充单元31具有与保护单元2的内壁抵接的外周面；第二填充单元32上开设有第一凹腔321，第一凹腔321与海底电缆同轴设置，具体的，第二填充单元32为柱形体，第一凹腔321也为柱形腔；第一填充单元31上开设有多个第二凹腔312，多个第二凹腔312沿海底电缆的周向排布，在本实施例的具体的实施方式中，多个第二凹腔312的开口形状相同，第一填充单元31的内部具有供光纤单元4嵌设的安装空间313，安装空间313的轴向与海底电缆的轴向一致，且安装空间313的横截面形状为圆形。本实施例中，第一填充单元31和第二填充单元32均采用空心设计，在本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆敷设后，在第一凹腔321和第二凹腔312中充入海水，能够降低三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆的填充热阻，增加三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆的载流量；另外，本实施例中，光纤单元4嵌设于安装空间313内，能够对光纤单元4起到有效的保护作用，本实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10的抗冲击性能能够提升200%。

为了形成安装空间313，在本实施例的具体的实施方式中，第一填充单元31包括沿保护单元2的周向分布的第一填充部314和第二填充部315，第一填充部314和第二填充部315上均开设有第二凹腔312，第一填充部314的面向第二填充部315的一侧设有第一环绕部316；第二填充部315的面向第一填充部314的一侧设有第二环绕部317，第二环绕部317与第一环绕部316相对设置，且第二环绕部317与第一环绕部316围成安装空间313。

而为了进一步保护光纤单元4，在一些实施方式中，第一填充部314的面向第二填充部315的一侧还设有至少两个第一凸出部318，至少两个第一凸出部318在海底电缆的径向上位于第一环绕部316的两侧，第一凸出部318向第二填充部315凸出；第二填充部315的面向第一填充部314的一侧还设有至少两个第二凸出部319，至少两个第二凸出部319在海底电缆的径向上位于第二环绕部317的两侧，第二凸出部319向第一填充部314凸出；至少两个第二凸出部319与至少两个第一凸出部318啮合连接，以锁紧第一填充部314与第二填充部315。这样，通过设置第一凸出部318和第二凸出部319，则能够实现第一填充部314与第二填充部315的锁紧，以使得第一填充单元31的结构更加稳定，以对光纤单元4进行进一步保护；进一步地，增加了第一填充单元31的柔性，第一填充单元31受力后可以将更多的力传递到缆芯1，而尽可能少地传递到光纤单元4，对光纤单元4进行缓冲保护。

为了实现第一填充部314与第二填充部315的固定连接，在一些实施方式中，第一填充部314在海底电缆的径向上具有朝向缆芯1的第一端部3141，第二填充部315在海底电缆的径向上具有朝向缆芯1的第二端部3151，第一端部3141与第二端部3151一体连接，以使得第一填充部314与第二填充部315组成第一填充单元31。

在本实施例的具体的实施方式中，安装空间313的直径比光纤单元的直径大5～10mm。

需要说明的是，当传输功率不高时，为了使得第一填充单元31的加工更为简单，第一填充单元31上也可以不设置第二凹腔312，在此，对第一填充单元31的形状不作进一步介绍。

进一步地，上述的第一填充单元31和第二填充单元32采用高强度热塑性材料连续挤出加工成型。

在具体的设计过程中，可根据传输容量的大小控制填充单元3的材料，设计填充单元3的热阻系数，降低填充单元3的热阻，可采用如下的两种方案对填充单元3的热阻系数进行设计。

方案一：填充单元3一部分使用正常的聚乙烯材料，另一部分采用低热阻材料，且两部分占比不同，而填充单元3的综合热阻系数可由下式计算得出：

（8）

上式（8）中，ρ₁是聚乙烯材料的热阻系数，S₁为采用聚乙烯材料的填充单元3对应部分的截面积，ρ₂是聚乙烯材料的热阻系数，S₂为采用聚乙烯材料的填充单元3对应部分的截面积。

示例性的，可以取ρ₁为3.5℃·cm/W，S₁为360mm²，ρ₂为0.5℃·cm/W，S₂,为640mm²，依据上式计算得出ρ_综合为1.58℃·cm/W，由此可知，当采用一部分的低热阻材料的填充单元3的热阻系数小于只采用聚乙烯材料时的填充单元3的热阻系数。

方案二：在凹腔内部设置可流动的高热容、低热阻液体介质以降低热阻系数，并采用高压泵循环将热量带出，降低三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10表面的温度，增加三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10的载流量，根据下式进行具体设计：

（9）

（10）

（11）

在上式（9）、（10）和（11）中，I为电缆额定电流（A），△θ为电缆允许工作温升（℃）；θ _po 为冷却媒介质入口处的温度（℃）；θ _a 为环境温度（℃）；l为电缆冷却段的长度（cm）；W _d 为每厘米电缆每相介质损耗（W/cm）；R为工作温度下，每厘米电缆每相导体的交流电阻（Ω/cm）；λ ₁为金属套17损耗系数；λ ₂为铠装层22损耗系数；Q ₀为冷却媒质的流量（g/s）；c为冷却媒介质的热容系数[J/(g·℃)]；T ₀为冷却媒介质周围的热阻（℃·cm/W）；T ₁为绝缘热阻（℃·cm/W）；T ₂为衬垫热阻（℃·cm/W）；T ₃为护层热阻（℃·cm/W）；T ₄为外部热阻（℃·cm/W）。

在一些可选的实施方式中，光纤单元4的个数为一至三个；在本实施例的具体的实施方式中，第一填充单元31和光纤单元4均为三个，第一填充单元31与第一间隙51一一对应，光纤单元4与第一填充单元31一一对应设置。

图5为本申请实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆中的光纤单元的结构示意图。

如图5所示，在本实施例中，光纤单元4包括多根光纤41和依次包覆在多根光纤41外侧的金属层42和保护层43，而为了提升本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10的阻水效果，多根光纤41之间以及光纤41与金属层42之间填充有阻水油膏。

需要说明的是，上述的光纤41根数为1～192，且光纤41采用全色谱、筛选应力高的海缆专用光纤，上述的金属层42由多根不锈钢管绞合而成，且不锈钢管采用切边保护焊接工艺和在线余长控制工艺加工而成，上述的保护层43为塑料保护层，且塑料保护层采用高强度防腐热塑性材料挤包而成。

如图1所示，在本实施例中，保护单元2包括由内而外依次包覆的内衬层21、铠装层22和外被层23，缆芯1、填充单元3和光纤单元4均位于内衬层21围成的空间内，其中，内衬层21采用外径为2～4mm的高强度聚丙烯（polypropylene，PP）纤维绳绕包而成，为了提升上述的铠装层22的加工性能，铠装层22包括沿海底电缆的径向由内而外依次分布的内层钢丝铠装层221和外层钢丝铠装层222，内层钢丝铠装层221的强度大于外层钢丝铠装层222的强度，且内层钢丝铠装层221中的钢丝直径小于外层钢丝铠装层222中的钢丝直径，在本实施例的具体的实施方式中，内层钢丝铠装层221的强度大于或等于1970MPa，外层钢丝铠装层222的强度大于或等于345MPa，且内层钢丝铠装层221和外层钢丝铠装层222中的钢丝为圆钢丝或扁钢丝，相同的张力载荷下钢丝截面减少82.5%，可以大大降低铠装层22的用量，减轻本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10的重量，降低成本；上述的外被层23由沥青涂覆和PP纤维绳直接绕包于铠装层22上，其中，沥青采用高熔点、高粘附、耐脆裂性专用沥青，PP纤维绳采用耐磨、抗腐蚀等高强度材料。

在对铠装层22进行设计时，内层钢丝主要承受三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10的拉伸工作载荷，外层钢丝主要承受抗压工作载荷。

具体的，需要从两个方面对铠装层22进行设计，一方面是对单位长度钢丝的变形计算，另一方面是对铠装层22的张力计算。

图6a为本申请实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆中的铠装层中的钢丝铠装时的状态图。图6b为本申请实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆中的铠装层中的钢丝的展开图。

如图6a和图6b所示，在不退扭绞合时，一个钢丝铠装节距线变形为，a为绞 入角，铠装钢丝单位长度上的变形量为

（12）

上式（12）中，L为成缆节距上的线芯长度，如果L用替代，则：

（13）

如果上式（13）中的h用mD替代，其中，m为节径比，则：

（14）

上式（14）中，如果m用πtga替代，则：

（15）

经计算，当绞入角a=45°时，单位长度的钢丝变形量最大。

进一步地，在不退扭绞合时，一个铠装节距钢丝线变形角度为2π，且：

（16）

（17）

（18）

上式（16）、（17）和（18）中，h为铠装节距，m为节径比。

示例性的，对于本实施例的10来说，内层钢丝铠装节径比m1为12～18，扭转角度为304.8º～339.9º，为了保证钢丝内部无扭转应力，一个铠装节距内应将钢丝反向旋转304.8º～339.9º；外层钢丝铠装节径比m2为5～9，扭转角度为348.3º～355.6º，为了保证钢丝内部无扭转应力，一个铠装节距内应将钢丝反向旋转348.3º～355.6º。

图7为本申请实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆中的铠装层的应力应变曲线图。其中，第一条曲线为细实线，其对应的是钢丝铠装等级为G34，缆芯1的直径为6.0mm的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10中的铠装层22的应力值随应变变化的曲线；第二条曲线为密集度较高的虚线，其对应的是钢丝铠装等级为G34，缆芯1的直径为6.0mm的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10中的铠装层22的另一条应力值随应变变化的曲线；第三条曲线为粗实线，其对应的是钢丝铠装等级为G85，缆芯1的直径为5.0mm的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10中的铠装层22的应力值随应变变化的曲线；第四条曲线为密集度较低的虚线，其对应的是钢丝铠装等级为G85，缆芯1的直径为5.0mm的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10中的铠装层22的另一条应力值随应变变化的曲线。

如图7所示，具体的，提取0.5%应变时的钢丝强度，例如0.5%应变下的应力值为10000N，根据设计水深的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10的水中重量计算其工作张力，例如是，当波浪高度小于2m，水深小于500m时，本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10的张力弯曲试验最大张力计算公式如下：

（19）

（20）

上式（19）和（20）中，T₁为加载试验拉力；W_水为长度为1m的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10的水中重量；d为最大水深；H为最大允许海底剩余张力。

假设三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10的工作张力完全由铠装钢丝承担，钢丝铠装允许的最大工作张力计算公式如下：

（21）

上式（21）中，n为铠装钢丝的根数；σ为单根铠装钢丝0.5%应变时的应力，（例如Ф6.0mm，G34等级钢丝铠装，σ=10000N）；k为安全系数。

而除过对本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆中的各结构进行设计之外，还需要对制造本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆的设备进行选择。

具体的，需要对，成缆装置中的成缆单个转盘的容量和承载重量进行计算，进一步地，成缆设备单个转盘的外径为D，内径为d，高度为H，缆芯1直径为Ф，单位长度绝缘线芯的重量为X。

进一步地，排线层数为：

p=0.95×H÷Ф （22）

上式（22）中，0.95为考虑紧密程度系数；

单层的排线圈数为：

n=(D-d)÷Ф （23）

上式（23）中，n取整数；

装线长度为：

L=π×（D+d）÷2×p×n （24）

总重量为：

T=X×π×（D+d）÷2×p×n （25）

以本实施例的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10为例，海缆的单线直径为155mm；单位长度的重量为58.9T/km；设计立式成缆钢丝铠装设备为3×［Φ16000mm（直径）×Φ3000mm（筒径）×4600mm（高）］，单转盘设计载重2000吨，无接头生产可达到32km，承载总重量为1890吨；整个立式成缆设备回转支撑净承载能力的应为6000吨。

需要说明的是，本实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10适用于大容量海岛互联、大型海上风电场、海上升压站与陆上站互联输电等重要装备，相比常高压直流输电而言在20-50km 输电距离时，具有建设成本低、技术成熟等优势，相比于220kV海缆传输系统而言可增加传输容量；本实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆10可以用于连接两个大型电网回路连接，能直接应用在目前已有的500kV环网互联，联网技术成熟，难度低，能够增强电网的稳定性。

本实施例提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆包括缆芯、保护单元、填充单元和光纤单元，缆芯为三个，三个缆芯均位于保护单元内，且三个缆芯在保护单元的周向上均匀间隔分布，以在各缆芯之间以及保护单元与缆芯之间形成用于容纳填充单元和光纤单元的间隙；间隙包括第一间隙，相邻的两个缆芯与保护单元之间形成第一间隙；填充单元包括第一填充单元，第一填充单元和光纤单元均位于第一间隙内，第一填充单元具有两个分别与两个相邻的缆芯抵接的侧面，且侧面的形状与缆芯的外周面的形状匹配；第一填充单元具有与保护单元的内壁抵接的外周面；第一填充单元的内部具有供光纤单元嵌设的安装空间，安装空间的轴向与海底电缆的轴向一致，且安装空间的横截面形状为圆形；保护单元包括铠装层，铠装层包括沿海底电缆的径向由内而外依次分布的内层钢丝铠装层和外层钢丝铠装层，内层钢丝铠装层的强度大于外层钢丝铠装层的强度，且内层钢丝铠装层中的钢丝直径小于外层钢丝铠装层中的钢丝直径。本申请提供的三芯500kV交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆的制造成本小，光纤单元不易受损，且海底电缆的抗拉和抗压性能较强。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。