[发明专利]海底绝缘电缆

说明书

本发明涉及包括导电芯(3a,3b)和围绕导电芯(3a,3b)的绝缘材料(5a,5b)的海底绝缘电缆。这种绝缘电缆包括第一长度部分和第二长度部分。电缆沿第一长度部分具有大致恒定的芯(3a)横截面积A1和大致恒定的绝缘材料(5a)厚度T1，并且沿着第二长度部分具有不同的大致恒定的芯(3b)横截面积A3和/或不同的大致恒定的绝缘材料(5b)厚度T2。电缆可包括将第一长度和第二长度彼此连接的一个或多个其它长度部分。

技术领域

本发明涉及一种绝缘电缆。本发明尤其涉及一种包括导电芯和包围所述芯的绝缘材料的绝缘电缆，其中所述电缆包括在其整个连续长度上具有不同芯横截面积的长度部分。在整个连续长度上，所述长度部分可以附加地或可替代地具有围绕它们各自的芯的不同厚度的绝缘材料。

背景技术

绝缘电缆应用在许多领域中。例如，绝缘电缆可以用于海下(即海底)或地下环境中，例如用于离岸风能发电站、离岸油或气钻探平台、矿业设施或其它必须被运输电力或送出电力的位置。

这种绝缘电缆的使用寿命受到许多因素的限制。其中一个因素是电缆中的绝缘材料当受到电压时而受到的介电应力(dielectric stress)。当暴露在大于材料介电强度的介电应力下时，会导致材料被击穿并且会失去其绝缘性能。类似地，当长期地暴露在等于或小于材料介电强度的介电应力下时，会最终导致材料被击穿并且会失去其绝缘性能。这会使得绝缘电缆失效且危险。

绝缘材料在介电强度上的性能也取决于电介质(电绝缘材料)在其寿命期间保持干燥的程度。对于某些设计成用于海底并用于较高电压的电缆，通常预期电缆必须具有当浸没于水中时能够防止水透过其外表面而到达电缆关键部分(主要电绝缘材料或电介质)的能力。

通常，为了防止水透过电缆并到达电绝缘材料，电缆和/或每个电缆芯都要涂覆或包裹在诸如铅或沥青(例如石油沥青或煤焦沥青)的防水材料中以形成密封防潮层。然而，这样的材料具有这样的显著缺点，即这些材料会使得电缆沉重和/或难以操作和安装。这种材料还可能在电缆的使用中的移动中破裂或解体，从而损害它们的防水性能。此外，诸如铅之类的一些材料变得不太理想，这是因为这些材料对环境以及对操作者和制造者都具有有害的影响。

另一种方法是省略铅或其它这样的防水材料，接受一些水或水蒸气可以渗透到电缆中，但管理相关的效果。这些效果之一是绝缘材料对水的渗透性。在一些材料中，当水在给定点渗入材料时，水从该点径向地传递。这样的传递形状类似于树的形状，因此这样的传递模式通常被称为“湿度树”或更具体地称为“水树(water-tree)”。耐水传递的材料也被称为“抗水树剂(water-tree retardant)”。

依赖于水分树阻止剂材料的击穿强度的功效，这种类型的设计可以提供在减小电缆的直径和重量上的优点,并在不使用密封的铅护套以确保水密性的情况下改善电抗。

绝缘电缆的介电强度还受到电缆运行温度的影响，所述运行温度取决于电缆散热的能力。典型地，具有诸如XLPe(交联聚乙烯)或EPR(乙丙橡胶)的标准聚合物绝缘材料的绝缘电缆不能长时间地在高于90℃的连续温度下运行，否则有失去介电性的风险。在这种绝缘电缆的设计中，电缆的尺寸使得不超过这些温度限制，因此电缆的散热能力是设计中的关键特征。

绝缘电缆的散热能力取决于多个因素，包括导电芯的厚度和其它特征；形成电缆一部分的绝缘材料的厚度和其它特征；包围绝缘电缆(以保护或引导电缆)的任何护罩或套管的厚度和其它特征；使用绝缘电缆的环境(例如在水中，在空中，或以较大或较小深度埋入地下/沙里)；以及与其它热源(其它电缆，地热特征，阳光等)的接近度。IEC60287等标准使电缆或系统的设计人员能够根据电缆的材料成分和使用环境来定义电缆的额定电流。

影响绝缘电缆介电强度的其它因素包括施加在电缆上的机械应力。例如，受到轴向张力的电缆可能会比不受到轴向张力的电缆更快地呈现出介电失效(dielectricfailure)。受到压缩应力的电缆也表现出比受到张力的电缆更缓慢失效。