海底光纤复合电力电缆试制及机械性能试验.pdf
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1、2 0 0 7年第 2期 No 2 2 0 0 7 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e& Ca b l e 2 0 0 7年 4月 Ap r , 2 0 0 7 海底光纤复合电力电缆试制及机械性能试验 王 国忠 ( 湖北永鼎红旗电气有限公司 , 湖北 宜 昌 4 4 3 0 0 4 ) 摘要 : 本 文叙述 了海底光纤复合 电力 电缆的设计、 制造及进行的盘绕 、 拉伸 、 张力弯曲等机械性 能试验。 关键词 : 海底 光纤复合 电力电缆 ; 设计 ;制造;机械性能试验 ; 盘绕试验 ; 拉伸 试验 ;张力弯曲试验 中国分类号 : T M2 4 7 9 ; T N 8
2、 1 8 文献标识码 : A 文章编号 : 1 6 7 2 6 9 0 1 ( 2 0 0 7 ) 0 2 0 0 1 3 0 4 Tr y - Pr o d uc t i o n a n d M e c h a n i c a l T t s o f S ub ma r i n e Co mp o s i t e P owe r Ca bl e s wi t h Op t i c a l Fi b e r s W ANG Gu o z h o n g ( H u b e i Y o n g d i n g - H o n g q i E l e c t r i c a l C o L t d
3、 ,Y i c h a n g 4 4 3 0 0 4 , C h i n a ) Ab s t r a c t :Th i s p a p e r p r e s e n t s t h e de s i g n a n d p r o d uc t i o n o f s u b ma r i n e c o mp o s i t e p o we r c ab l e s w i th o p t i c a l fib e r s a s we l l as the me c h an i c al t e s ts- wr a pp i n g t e s t ,t e n s i
4、l e t e s t and b e n d i n g t e s t Ke y wor d s:s u bma r i n e c o mpo s i t e p o we r c ab l e s wi t h o p tic al fiber s ;d e s i gn ;p r o du c t i o n;me c h a n i c a l t e s ts;wr a p p i n g t e s t ; t e n s i l e t e s t ;be n di n g t e s t O 引 言 海底电缆在敷设 、 维修和回收过程 中, 将要承受 其它应用场合不会发生的
5、额外机械力作用。我公司 应中海石油( 中国) 有限公 司之要求 , 为模拟海底光 纤复合电力电缆( 以下简称复合缆 ) 在实际应用中可 能受到的机械作用力 , 对 中海石油 ( 中国) 有限公司 将要使用的复合缆进行了相关的机械性能试验 , 以 检验复合缆在运输 、 转船 、 敷设和在海底苛刻环境下 的适 用性 。 1 复合缆的设计及制造 本次海底光纤复合 电力电缆 的设计, 其 中的电 缆 、 光单元和电缆的复合位置 、 护层设计, 与常用 的 光 电复合缆设 计基 本相 同, 具体 设计 可参 见文献 1 , 但光纤单元有所 不同。应客户要求 , 本次光纤 单元采用不锈钢束管结构。为了增强
6、不锈钢束管的 抗拉力 , 以保证 4 0 k m及以上光单元生产过程 中可 能受到的拉力作用而不损伤光单元 , 一种结构是在 不锈钢束管外铠装细加强钢丝 , 然后再挤包 高密度 聚乙烯( H D P E ) 护套 ; 另一种结构是在不锈钢束管外 直接挤包 H D P E护套 , 在挤包 H D P E护套过程 中, 将 收稿 日期 : 2 0 0 6 1 0 2 0 作者简介: 王国忠 ( 1 9 6 2一) , 男 , 江苏 海 门人 , 高级工 程 师 。 总工程师 作者地址 : 湖北 宜昌市谭家河路 1 8 1 3 2号 4 4 3 0 0 4 两根直径为 1 2 n l n的平行加强钢
7、丝纵放 在不锈钢 管轴线对称的两侧 。两种结构 比较, 前者是必须两 道工序实现 , 光单元的柔软性好 ; 而后者虽然柔软性 稍差 , 但工序简单, 有利于大长度制造。在本次设计 中采用后一种结构 , 见图 1 。束管内光 纤的余长控 制在 0 5 左右 , 使光单元受到张力负荷时 , 光纤不 会立即受到应力的作用 。不锈钢束管内充填阻水纤 膏。复合缆的结构如表 1 和图 2所示。 图 1 光单元结构 图 1 一G 6 5 2单模光纤2一阻水纤 膏填充3一q ) 3 0m i ll 不锈钢管 , 壁 厚0 2 11 1 11 1 4 一西 1 2 a m加强钢丝5一高密度聚乙烯 ( H D P
8、 E ) 护套 我们按中海石油( 中国) 有限公司将要采用的型 号规格 Y J Q F 4 1 2 6 3 5 31 2 0+21 2 B 1制作了复 合缆样品 2 0 0 m 。在每 1 0 0 m复合缆上制作 了一套 软接头。为便于在试验中监控两个光单元的光性能 变化, 样品中多加了 23 0 0 m的光单元 , 即单根光 单元 的 连续长度 为 5 0 0 m。 2 试验 方案 机械性能试验 依据 C I G R E国际大电网会议海 底电缆机械性能试验推荐标准进行 。我们依次对样 品进行盘绕试验、 拉伸试验、 张力弯曲试验及随后的 维普资讯 2 0 0 7年第 2期 No 2 2 0 0
9、7 电 线 电 缆 El e c t r i c Wi r e Ca bl e 2 O O 7年 4 月 Ap r , 2 0 0 7 导体接头拉抻试验。试验方案如下。 表 1 2 6 3 5 k V 3 X 1 2 0删 +2 X 1 2 1 1 1海底复合缆 结构 项 目 数 值 导体截面 m m 直径 m m 导体屏蔽厚度 m m 绝缘厚度 m m 绝缘屏蔽厚度 m m 直径 m m 半导电阻水层厚度 m m 合金铅厚度 m m H D P E护套外径 光缆单元外径 m m 防腐 内衬层厚度 m m 铠装镀锌钢丝直径 m m 聚丙烯绳纤维外被厚度 m m 成 品复合缆外径 m m 标称重
10、量, ( k g m) 图 2海底 光纤 复合 电力 电缆结构 1 一阻水导体2一导体屏蔽3一交联聚乙烯 ( X L P E ) 绝缘4一绝缘 屏蔽5一半导电阻水带6一铅护套7一H D P E护 套8一填充物 9一光单元 1 O一内衬层 1 1 一铠装钢丝 1 2一聚丙烯( P P ) 绳 + 防腐沥青 2 1 盘绕 试验 ( 1 )将 2 0 0 m复合 海缆 进 行盘 绕试 验 。盘 绕 时 退扭高度为 7 m, 盘绕成圈直径为 46 m。试验装 置如图 3所示。试样 中含二套软接头, 试样经履带 牵引 、 导 轮来 回成 圈盘绕 5次 ; ( 2 )盘绕过程中监控光单元中任意一芯光纤的
11、光性能变化。盘绕试验结束后, 测试所有光纤的损 耗 , 并同盘绕前的数据对比; ( 3 )回收复合海缆绕 至电缆盘上, 进行其它性 能试验 。 2 2 拉 伸试 验 1 4 光 履带牵引机 图 3盘 绕 试验 装 置 ( 1 )从盘绕试验后的试样中取含有一套软接头 的复合缆样品进行拉伸试验。拉仲试验时, 施加初 始拉力 T o ( 2 t ) , 至复合缆拉直, 用钢圈尺在复合缆 上 标 出 3 0 m的 两个 标 距 , 保 持 初 始 拉 力 1 5 m i n , 随 后记录标距长度 L 。 ; 逐渐增加拉力至 1 0 t , 保持 1 5 m i n , 记录标距长度 L ; 维持 1
12、 0 t 拉力, 1 5 m i n后, 再 次记录标距长度 L t 1 0 ; 继续保持 1 0 t 拉力, 1 5 m i n后 又记录标距长度 L ” ; 然后增加拉力至 1 5 t , 1 5 m i n 后记录标距长度 L , ; 最后 , 逐渐释放拉力至初始拉 力 2 t , 1 5 m i n 后 , 记 录试样 标距长 度 L 。 ; ( 2 )分 别计 算 每次 的拉 伸率 , 即 ,。 ; ; 。 ; 币 L 。 等 5种试验状态的拉伸率。 = ( 拉 伸后标距长度 L一原始标距长度 L 。 ) 原始标距长度 L 0 1 0 0 ; ( 3 )拉伸试验完成后进行光纤性能的测
13、试 ; ( 4 )回收复合缆至电缆盘上 , 进行 电缆的电气 试 验 ; ( 5 )解剖复合缆 , 观察各结构的破损情况。 2 3 张力弯 曲试 验 ( 1 )从盘绕试验后的试样中取含有一套软接头 的复合缆约 1 0 0 m进行张力弯曲试验。张力弯曲试 验装置如图 4所示 。施加张力 , 使复合缆试样上保 持 1 0 51 1 t 的张力 。转动半径为 3 m的转盘, 使 复合缆试样上的软接头在转盘上通过 1 2以上的圆 周。 顺时针 、 逆时针各转动一次为一个循环 , 共进行 图 4 张力弯曲试验装 置 O 5 8 ) 4 ) ) , , 珥 一 仙 牝 维普资讯 2 0 0 7年第 2期
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