海底电缆专利技术综述

郑玲玲 隗仁然

海底电缆专利技术综述

郑玲玲 隗仁然

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州450046）

随着对海底电缆需求量的增大以及输电技术的发展，对海底电缆的生产和制造提出了新的要求，本文对海底电缆的发展状况及该领域的专利状况和重要申请人进行了梳理，深入探讨了海底电缆的相关技术和发展方向。

电缆；海底；专利

Abstract:Considering the increasing demand of submarine cable and the development of electric power transmission techniques,new requirements are put forward for the development of submarine cable.This paper introduces the pat⁃ent and important applicants in this area.Furthermore，the relevant technology and development direction of subma⁃rine cable are discussed in depth.

Key word:Cable;submarine;patent

1 引言

海底电缆(undersea cable)是用绝缘材料包裹的电缆，铺设在海底，至今已有超过百年的发展历史。最初的海底电缆用于向近海的灯塔等设备供电，随着人类对海洋资源的开发，海底电缆逐渐应用于远距离岛屿之间或者岛屿与大陆之间、海上风场与陆地之间、海上石油钻井平台之间的电力传输以及通信连接。虽然在一般情况下用海底电缆传输电性能比同样长度的架空电缆昂贵，但相较于小而孤立的发电站作地区性发电，用海底电缆传输往往更经济，尤其在近海地区的好处更加明显。

2 海底电缆发展概况

海底电缆分海底通信电缆和海底电力电缆。海底通信电缆主要用于通讯业务，费用昂贵，但保密程度高。海底电力电缆主要用于水下传输大功率电能，与地下电力电缆的作用等同，只不过应用的场合和敷设的方式不同。

按照绝缘类型，海底电缆主要有浸渍纸绝缘电缆、交联聚乙烯绝缘电缆、聚乙烯绝缘电缆、乙丙绝缘、充油式电缆及充气电缆。

2.1 浸渍纸绝缘电缆

浸渍纸绝缘电缆绝缘层采用油浸纸，绝缘层是以一定宽度的电缆纸螺旋绕包于导电线芯上，经真空干燥处理后用浸渍剂浸渍而成。分为粘性油浸渍纸绝缘电缆和不滴流油浸纸电缆，分别用于不大于45kV和500kV的直流回路，仅限于安装水深不大于500m的水域。油浸纸绝缘电缆的典型结构由内而外依次包括导体、导体屏蔽层、绝缘层、半导电屏蔽层、铅护套、铅护套金属加强层、聚乙烯护套、聚丙烯塑料丝衬垫、钢丝铠装等。

2.2 挤压式绝缘电缆

挤压式绝缘电缆是指电缆绝缘层采用挤压工艺形成，常用的海底挤压式绝缘电缆有交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆、聚乙烯（PE）绝缘电缆和乙丙橡胶（EPR）绝缘电缆。

交联聚乙烯绝缘海底电缆多用于220kV及以下电压等级直流和交流输送。由于交联聚乙烯绝缘海底电缆没有铅护套，更加柔软，弯曲半径小，质量轻，因此能够生产出较长的长度，且易于安装敷设和运输。此外，交联聚乙烯绝缘海底电缆具有良好的电气性能和机械性能。为了使电缆具有更高的强度和耐局部电压击穿性能，通常在交联聚乙烯绝缘材料中添加助剂，以适应深海等恶劣环境。乙丙橡胶海底电缆和聚乙烯绝缘海底电缆与交联聚乙烯绝缘海底电缆相比，介损正切值和介电常数都较大，一般用于中压等级的海底电缆。

2.3 充油式电缆

充油电缆是在电缆中充入带油压的低粘度绝缘油，采用此结构，一方面可以迅速消除由于负荷变化引起的绝缘热胀冷缩造成气隙，另一方面可以平衡海水的压力避免铠装受到损害。更进一步地，当电缆遭受外力破坏局部皮损后，少量油漏出时不必马上停电检修，可适当延长故障检测和修复时间，提高供电可靠性。

充油电缆适用于超高压、大容量的海底电缆，其基本结构包括导线、绝缘层、绝缘层内外的半导电屏蔽层、铅合金护套、加强层、聚乙烯套管、防虫蛀护层、聚丙烯塑料丝衬垫、钢丝铠装层等。由于充油电缆同样需要铅护套，因此电缆重量大，其运输、施工过程中需要耗费的人力较大。

2.4 充气式电缆

充气式电缆与充油电缆结构类似，使用预先浸渍好的纸带做绝缘，再充入带压力的氮气，使气体充满纸带间隙，提高电缆的击穿电压。充气式海底电缆可用于直流输电，但由于其需要在深水下使用高气压操作，故增加了设计难度。

我国具有高压充油式海底电缆生产能力的厂商较少，而且由于近年来国内对于充油式海底电缆的需求较少，充油电缆的发展几乎处于停滞状态。我国高压交联聚乙烯绝缘海底电缆的研发和生产仍处于初级的起步阶段，近年来，随着海上风电项目的兴起和发展，国内交联聚乙烯绝缘电缆的发展取得了长足的进步。我国自2012年起,先后有±160 kV、±200 kV及±320 kV交联聚乙烯(XLPE)绝缘的高压直流电缆投入了柔性直流输电工程应用或进入现场敷设，使中国的挤出绝缘高压直流电缆在电压等级上实现了三级跳式的跨越。

国际上充油式海底电缆的电压等级已经达到直流500kV、交流800kV，技术相对成熟。由于对载流量的需求提高，相应地需要更大截面的导体，随着导体根数的增加以及导电单丝直径的增大，导致导体之间的间隙变大，大截面的海底电缆在导体纵向阻水性能上难以达到理想效果。因此，对于大截面的海底电缆，逐渐采用异形导体层绞的方式来间隙导体间隙，增强纵向阻水性能。另外，由于导体接触面积增大，接触电阻减小，在相同截面的情况下，导体损耗小，发热少，更有利于海底电缆的运行。

随着世界沿海国家海洋开发和近海岛屿工业和旅游业的快速发展，以及海上风电项目的开发，大长度、大截面高压海底电缆对海底电缆的研发生产提出了新的挑战，其中涉及的防水阻水问题、软接头技术、金属护套及铠装层的防腐蚀、海底电缆的监控及安全预警。伴随着光纤复合海底电缆的发展，利用分布式光纤传感技术能够对海底电缆进行实时的温度监控、应变测量、故障报警、故障定位，达到实时监控电缆安全的效果。

3 有关海底电缆的专利分析

江苏远洋东泽电缆股份有限公司占海洋电缆专利申请量第一位，截止到2017年5月份，该公司关于海底电缆的申请量为70件，涉及对电缆结构的改进以及海底电缆用保护层材料的改进。下面对江苏远洋东泽电缆股份有限公司在我国申请的专利脉络进行梳理和分析。

专利CN102347107B在缆线的外周挤包有低烟无卤内衬层，低烟无卤内衬层的外周绕包有非吸湿性隔离带，非吸湿性隔离带的外周包覆有金属铠装层，金属铠装层的外周设有纵包聚酯薄膜带，纵包聚酯薄膜带的外周挤包有低烟无卤外护套，低烟无卤内衬层及低烟无卤外护套使得电缆具有低烟无卤的特性，在低烟无卤内衬层外绕包非吸湿性隔离带提高了电缆的拒水性能，纵包聚酯薄膜带可以提高电缆的抗拉性能，金属铠装层的内外设有包带可有效避免铠装丝端头刺入内衬层，同时也可避免外护套材料在挤包时因为熔融渗入金属铠装层的编织孔而与内衬层粘为一体，利于施工时外护套的剥离。另外通过对乙丙橡胶绝缘层进行改性能够有效提高绝缘层的抗拉强度、绝缘性能和抗老化性能。

专利CN102412011B公开的挤包内衬层型海工仪表电缆，对电缆硫化型无卤橡胶内衬层的原料进行改进，通过其组份制成的硫化型无卤橡胶内衬层，在160°老化试验条件下，其抗张强度最大变化率在±15%以内，断裂伸长率最大变化率在±10%以内；在250°热延伸试验条件下，其负荷时的最大伸长率在20%以内，可以耐受硫化时的高温，不会发生与铠装层或绝缘层熔融黏接。

专利CN102969071B提供了一种增大载流量的海底电缆，采用外周具有导体层的镀锡铜螺旋管、炭黑纸导体屏蔽层、充油高压电缆纸绝缘层、炭黑纸绝缘屏蔽层、镀铝镁合金钢线、聚丙烯绳间隔浸渍麻绳涂覆沥青外护层、涂有沥青的铠装层和无接缝铅合金护套的。该电缆具有更大的载流量、优异的防渗水、耐海水腐蚀、耐外部水压、耐电压热冲击和耐张力弯曲性能，使用寿命长，可靠性高。

随着技术的进步，运行的电压等级不断提高，高压和超高压直流输电技术日益成熟，专利CN103123825B公开了一种用于高压和超高压柔性直流输电的光纤复合挤出海底电缆，该电缆阻水导体采用纯铝或专用铝合金，添加阻水材料；绝缘层采用添加空间电荷抑制剂的超净料，工作温度达90℃；屏蔽层采用超光滑半导电料；金属套采用皱纹铜套。阻水导体采用纯铝或专用铝合金，添加阻水材料；绝缘层采用添加空间电荷抑制剂的超净料，工作温度达90℃；屏蔽层采用超光滑半导电料；金属套采用皱纹铜套；挤压内护套外设有挤塑钢丝和挤出外护套。

由此可见，江苏远洋东泽电缆股份有限公司的专利申请覆盖了海底电缆结构、材料，从电缆的阻水性、防火性能、耐水压、耐海水腐蚀以及机械性能、绝缘性能等方面对海底电缆进行改进，其涉及范围较广，无论在专利申请量还是专利授权量上都在逐步提高，这也体现了我国民族企业在太阳能电池浆料领域的奋起直追，以及对该领域专利保护重视程度的提高。

4 结语

通过对海底电缆的发展概况进行介绍，以重要申请人江苏远洋东泽电缆股份有限公司的主要分析对象，梳理了海底电缆的专利发展脉络。能随着输电技术的发展，核电、光伏、风电能新能源项目的成立，海底电缆迎来的新的发展机遇，也面临着新的挑战。相信随着我国知识产权制度的逐步发展与完善，对于海底电缆产业的科技创新会起到更大的促进作用。

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Analysis on the patent technology of submarine cable

Zheng Lingling Wei Renran
(Patent Examination Cooperation Henan Center of the Patent Office,SIPO,Zhengzhou 450002,Henan,China)

TM247

A

1003-5168（2017）06-0052-03

2017-04-27

郑玲玲（1989.5-），女，硕士研究生，研究实习员，研究方向：线缆，电连接器；隗仁然（1988.2-），男，硕士研究生，研究实习员，研究方向：线缆，电开关（等同于第一作者）。