一种水下光电复合缆的设计与制造

2013-02-18尹锋雷周礼文

电线电缆 2013年3期

尹锋雷，周礼文

(江苏宏图高科技股份有限公司，江苏无锡214092)

0 引言

随着我国光纤通信事业迅猛发展，各种类型的通信光缆及电力特种光缆得到了越来越广泛的应用。近年来光电复合缆的使用也日益增多，应用场合的环境也越来越复杂，这对光电复合缆提出了更高的要求。本文介绍的光电复合缆，是根据用户特殊要求设计的，该缆直接敷设于湖泊底部，也适用于浅海。该缆在满足光纤通信的同时，能为通信设备供电，是一种比海底光电复合缆结构简单、成本便宜、性价比高、结构新颖的光电复合缆。

1 总体要求

该水下光电复合缆结构设计的关键在于，该缆必须具备一定的抗侧压能力、较大的抗拉能力、良好的阻水性能以及防腐蚀能力。该复合缆除了具备通信用的光单元和供电用的电单元外，同时还要有相应防水结构和抗拉结构单元，必须保证在正常的工作条件下，缆的光、电传输性能稳定。

2 结构设计与选材

(1)电单元。电单元的功能是为通信设备供电。根据通信设备功率大小、线路长度情况和复合缆的总体结构，电单元的导体选用1.5 mm2的铜导体。考虑到绝缘线芯能阻水，导体结构采用符合GB/T 3956—2008规定的单芯用第1种实心导体。绝缘层采用交联聚乙烯，绝缘层厚度是按照GB/T 12706.1低压电力电缆标称截面1.5 mm2绝缘厚度设计。

(2)光单元。光单元是由光纤和保护材料构成的部件。常规光电复合缆结构中，考虑到光电分离，接续方便，习惯采用非金属光单元。考虑该光电复合缆应用于水下，光单元应具有较强的防渗水能力、抗侧压能力及防腐蚀能力。同时，该光电复合缆采用24芯G652D光纤。如采用非金属光单元，则光单元最小外径达到8 mm以上。如采用紧套光纤组合，24根紧套光纤的排列将大大增加复合缆的直径，还影响纵向阻水性能。综合以上因素，考虑到与电单元匹配，最终选用 2.9 mm不锈钢管作为光单元。不锈钢管采用激光无缝焊接，管中除了光纤还填充了吸氢纤膏，光单元的抗侧压、防腐蚀能力强，抗拉强度高。采用全封闭的结构，防水性能优良。

(3)抗拉单元。用户要求光电复合缆拉断力比较大，在海缆中常用的铠装材料有:粗圆钢丝、扁铜线、双粗圆钢丝和双扁铜线。综合考虑缆的拉断力、总体结构和性价比，复合缆的抗拉单元选用15根 2.9 mm的高强度镀锌钢丝，其抗拉强度达到1 590 MPa以上，而普通型仅为1 310 MPa。抗拉元件不仅为光电复合缆提供拉力，使缆在加工、敷设过程中，光单元在复合缆受到40%RTS(抗拉强度)后，仍能保证光单元内光纤基本不受力，光纤无明显附加衰减，还为缆提供了被覆保护，提高了缆的抗侧压性能，对光单元和电单元提供全封闭保护。

(4)缆芯。缆芯是由电单元、光单元、抗拉元件绞合而成，缆芯间隙中充分填充防腐阻水缆膏，缆芯外绕包一层阻水带。

(5)护层。护套材料采用高密度聚乙烯，该材料加工方便，综合性能优良。

(6)电缆结构。设计的光电复合缆主要由光单元、电单元、抗拉元件、护套组成，结构如图1所示。

图1 光电复合缆结构图

3 制造工艺

(1)电单元。铜导体在拉丝时选用聚晶模具以保证导体表面光滑、圆整、无毛刺。绝缘挤塑过程中，应加强火花在线检测，减少电单元质量隐患。

(2)光单元。光单元主要考虑防氢损、防渗水、防漏焊，具有一定的抗侧压性能，同时必须保证光纤有足够余长且稳定。采用UNIGEL公司的光纤填充专用油膏，能较好地解决氢损问题。合理的纤膏填充工艺，对光纤余长稳定及阻水性能有较好的效果。在线余长测量装置的使用，能更好地实时掌握光纤余长控制情况，确保光纤余长控制在2.5‰～3.5‰。

(3)成缆。成缆是复合缆的关键工序，成缆设备选用24盘笼绞机。该设备各绞合单元放线架为主动放线架，能自动调节反馈张力控制，合理设置各单元的放线张力，保证各单元在绞合过程中受力均匀，避免了各单元之间过度地挤压及擦伤。设备上配备预成型绞合头，对于高强度镀锌钢丝，绞合时合理调节预成形量，保证缆芯绞合后不松股、不反弹。油膏采用压力泵分层填充，合理设置压力泵油膏流量和压力，以保证复合缆的纵向阻水性能。

(4)护套。采用挤压式挤出方式，合理设置挤出模具和合适的挤出温度，使护层质量紧密、表面光滑，无缺陷，同时采用火花在线检测装置，确保复合缆护套无缺陷。