專利名稱：一體化高功率臍帶纜的制作方法
一體化高功率臍帶纜本發(fā)明涉及一體化高功率臍帶纜，包括多條高功率電纜，其用于大量的電功率/ 能量的轉(zhuǎn)移；填充物材料，其呈剛性的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件/型材元件(profile element)的形式，被定位為至少部分地圍繞高功率電纜和在高功率電纜之間，并且其借助于鋪設(shè)和封閉操作而共同地聚集成扭曲的束；以及保護(hù)性護(hù)套，其包封高功率電纜和填充物材料。初始地，本發(fā)明的基礎(chǔ)是獲得被機(jī)械地保護(hù)的功率電纜，該功率電纜被特別地制備為DEH電纜(直流電加熱)并且被設(shè)計(jì)為待被配備在海中。這樣的DEH電纜被用于對(duì)運(yùn)輸所生產(chǎn)的碳?xì)浠衔锏墓芫€進(jìn)行加熱以防止水合(hydratization)。DEH電纜可以例如被固定地束縛于管線，即所謂的“機(jī)載的”解決方案。DEH電纜構(gòu)成導(dǎo)體中的一個(gè)并且管線自身構(gòu)成加熱系統(tǒng)中的另一個(gè)導(dǎo)體。這樣的加熱系統(tǒng)在NO 323516中被公開并且被更詳細(xì)地描述。熟知的內(nèi)容是，當(dāng)交流電流(AC)被在導(dǎo)體中供應(yīng)時(shí)，在金屬導(dǎo)體和環(huán)境(遠(yuǎn)程地面)之間的電容將產(chǎn)生。所產(chǎn)生的電容性的交流電流被稱為充電電流。傳統(tǒng)地，這樣的高電壓功率電纜已經(jīng)被設(shè)計(jì)為具有電纜鎧裝和電纜外套(cable mantle)，或被稱為屏蔽物。屏蔽物存在以處理和排出當(dāng)這些高電壓電纜處于操作中并且傳送大量的電能/功率時(shí)產(chǎn)生的電容性電流?，F(xiàn)在這被以不同的方式解決，并且結(jié)合現(xiàn)有的高功率臍帶纜而被開發(fā)?，F(xiàn)有的高功率臍帶纜固有地具有上文提到的機(jī)械性保護(hù)，即作為呈剛性的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件/型材元件的形式的填充物材料。為什么存在以不同的方式解決屏蔽的需要，尤其是因?yàn)槿缦略?。?duì)于從海床延伸至浮倉的電纜來說，電纜需要穿過通常地在海表面區(qū)中的動(dòng)態(tài)區(qū)域。在動(dòng)態(tài)區(qū)域中操作的電纜(通過波浪、風(fēng)、洋流等等)被賦予隨時(shí)間推移導(dǎo)致疲勞的非期望的運(yùn)動(dòng)，并且特別地在所提到的被設(shè)計(jì)為處理電容性電流的電纜外套中。當(dāng)電纜具有大尺寸并且外套被定位為遠(yuǎn)離電纜的中心線時(shí)，外套特別地遭受到動(dòng)態(tài)區(qū)域中的疲勞破壞和隨后的斷裂。因此，非常期望的是，尋找對(duì)于這種電纜外套的代替物，其通常是銅或其他合適金屬材料的厚箔材。以某種方式或另一種方式，在海電纜內(nèi)發(fā)生的電容性電流必須被排出至周圍的海水，以限制經(jīng)過電纜的橫切橫截面的軸向電容性電流和被沿著外護(hù)套積聚的電壓。出乎意料的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，臍帶纜的所描述的型材元件和外護(hù)套可以由具有良好的半導(dǎo)體的性質(zhì)的材料制成并且可以與本發(fā)明的功率臍帶纜一起使用。與橫截面中的海水共同地，它們將共同地將電流沿著臍帶纜傳導(dǎo)。電流的在管和海水之間的轉(zhuǎn)移通過陽極發(fā)生并且在海水中的電流與管平行地流動(dòng)。轉(zhuǎn)移區(qū)域的長(zhǎng)度通過物理定律給定并且通常地對(duì)于60Hz的應(yīng)用是50m。見

圖13。復(fù)雜的電磁計(jì)算是必需的，以確定在管和海水之間的電流分布。這些計(jì)算作為“相鄰效應(yīng)”和 “皮膚效應(yīng)”與物理定律相聯(lián)系。因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種所介紹的所述類型的一體化高功率臍帶纜，其是獨(dú)特的，因?yàn)閲@性元件，即填充物材料或護(hù)套，中的至少一個(gè)由半導(dǎo)體材料制成，所述半導(dǎo)體材料能夠使在高功率電纜傳導(dǎo)大量的電能/功率時(shí)在高功率電纜中產(chǎn)生的電容性電流排出或消散。
然而，需要提到的是，根據(jù)本發(fā)明的功率臍帶纜可以以尤其適應(yīng)于臍帶纜使用的具體領(lǐng)域的多種變化形式和實(shí)施方案來供應(yīng)。對(duì)于其全部而言，一般的共同特性是，其需要具有良好的消散或排出電容性電流的能力，而不用如傳統(tǒng)地進(jìn)行那樣使用金屬屏蔽物。這種良好的排出電容性電流的能力尤其通過使用被擠出的型材元件而發(fā)生，其中被擠出的型材元件既具有良好的用于對(duì)電流轉(zhuǎn)移電纜產(chǎn)生機(jī)械性保護(hù)的能力同時(shí)地又用作有助于排出電容性電流的半導(dǎo)體。此外，一體化高功率臍帶纜可以被進(jìn)一步處理以增加電容性電流的消散。這發(fā)生的原因主要在于，徑向地延伸的通道被設(shè)置為穿過臍帶纜的外護(hù)套和中空的被擠出的型材元件，使得海水在型材元件內(nèi)存在并且徑向地延伸的洞或孔自身形成用于電容性電流的排放或消散的連通路線。作為另外的選擇，人們可以向高功率臍帶纜提供纖維光學(xué)導(dǎo)體，以用于連續(xù)地監(jiān)測(cè)高功率臍帶纜的狀態(tài)。在過度過量的熱產(chǎn)生時(shí)，纖維光學(xué)導(dǎo)體將接收溫度增加，并且進(jìn)而向監(jiān)測(cè)站提供信號(hào)，使得監(jiān)測(cè)站采取措施以停止電流。電纜的新的和有利的特征是·由于較低的能量損失，該電纜具有比其他的電纜高的效率·半導(dǎo)體性的電纜的在(具有控制功能的)高功率臍帶纜中的使用 這種電纜設(shè)計(jì)在動(dòng)態(tài)的高功率臍帶纜中的使用提供抵抗疲勞的更長(zhǎng)的使用壽命 這種電纜設(shè)計(jì)在動(dòng)態(tài)的高功率臍帶纜中的使用能夠?qū)崿F(xiàn)堅(jiān)固的深海解決方案·使用細(xì)長(zhǎng)形的金屬元件以將電容性電流沿著纜線的長(zhǎng)度排出 使用半導(dǎo)體性的軸向型材以獲得在單相的或三相的高功率電纜之間的接觸·使用該型材作為對(duì)電纜的另外的保護(hù)以及作為軸向鎧裝使用新的電纜，實(shí)現(xiàn)了以下方面〇較小復(fù)雜性的電纜〇較少的效果損失〇堅(jiān)固的并且耐沖擊的電纜〇電纜中較少的感應(yīng)性損失(10-20% )〇在I-管中較少的熱產(chǎn)生(動(dòng)態(tài)應(yīng)用)〇減小的臍帶纜直徑和重量〇更長(zhǎng)的長(zhǎng)度并且沒有接合部或拼接部〇更低的成本〇更簡(jiǎn)單的安裝〇顯著地改進(jìn)的疲勞性質(zhì)〇可用于所有的電壓間隔(voltage interval)〇高至2000mm2的電纜橫切橫截面〇30年的設(shè)計(jì)壽命因此這種一體化高功率臍帶纜包括不具有傳統(tǒng)的鎧裝和屏蔽物的高電壓功率電纜。臍帶纜使用僅具有半導(dǎo)體性的外套管的電纜。電容性電流經(jīng)過電纜的外套管排出并且向外傳導(dǎo)至海。電容性電流通過沿著其長(zhǎng)度彼此接觸而被消除。缺少與海水/地面的接觸將可能地導(dǎo)致半導(dǎo)體性的套管的立即的消耗和熔化。此外，半導(dǎo)體性的電纜省略了鋼鎧裝或屏蔽物，但是具有用于靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的應(yīng)用的剛性的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件，之前尚未被使用。這種解決方案適用于長(zhǎng)的靜態(tài)的電纜/臍帶纜和短的動(dòng)態(tài)的電纜/臍帶纜。優(yōu)選地，電高功率電纜、填充物材料和至少一個(gè)電導(dǎo)體可以在高功率臍帶纜的縱向延伸的整個(gè)或一部分中被SZ鋪設(shè)和封閉，即在高功率臍帶纜的縱向延伸的整個(gè)或一部分中以連續(xù)地交替方向而被交替地鋪設(shè)和封閉，同時(shí)被SZ鋪設(shè)和封閉的束通過保護(hù)性護(hù)套而實(shí)質(zhì)上扭轉(zhuǎn)剛性地被保持固定。作為替代形式，一體化高功率臍帶纜可以被以傳統(tǒng)的方式鋪設(shè)和封閉成具有相對(duì)長(zhǎng)的鋪設(shè)長(zhǎng)度的螺旋。在一個(gè)實(shí)施方案中，剛性的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件中的至少一個(gè)和保護(hù)性外護(hù)套二者由半導(dǎo)體材料制成，半導(dǎo)體材料例如含有碳的聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)和丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)。剛性的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件可以包括用于接收海水的縱向地延伸的通道，并且保護(hù)性外護(hù)套可以包括與縱向地延伸的通道連通的實(shí)質(zhì)上徑向地延伸的通道，所述海水形成用于排除或消散高功率臍帶纜中產(chǎn)生的電容性電流的半導(dǎo)體。在一個(gè)實(shí)施方案中，至少一個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)體可以被排列在高功率臍帶纜中，所述纖維光學(xué)導(dǎo)體能夠連續(xù)地監(jiān)測(cè)高功率臍帶纜的狀態(tài)，其中斷裂將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。剛性的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件可以具有呈孔、洞、狹縫或類似形式的通道，使得海水能夠?qū)㈦娙菪噪娏髋懦蛳⒅林車暮Ｋ?。在另一個(gè)實(shí)施方案中，或補(bǔ)充地，電高功率電纜可以是三相電纜，其中三相電纜在其橫切橫截面內(nèi)排列成三角形，該三相電纜彼此接觸或與半導(dǎo)體性的型材接觸。在更復(fù)雜的實(shí)施方案中，高功率臍帶纜可以包括電線和/或纖維光學(xué)導(dǎo)體，電線和/或纖維光學(xué)導(dǎo)體也被以雙配置鋪設(shè)和封閉并且被定位在外護(hù)套的內(nèi)部，可選擇地被以傳統(tǒng)的方式鋪設(shè)和封閉。此外，其可以包括至少一個(gè)負(fù)荷承載元件，該至少一個(gè)負(fù)荷承載元件被預(yù)確定為定位在高功率臍帶纜的橫切橫截面中，其中該元件也被以孔配置鋪設(shè)和封閉，可選擇地被以傳統(tǒng)的方式鋪設(shè)和封閉。臍帶纜可以還包括抗旋轉(zhuǎn)帶或強(qiáng)度帶或膠帶，抗旋轉(zhuǎn)帶或強(qiáng)度帶或膠帶剛好在保護(hù)性護(hù)套的內(nèi)部而圍繞束螺旋地纏繞?？蛇x擇地，強(qiáng)度帶或膠帶呈兩層或更多層圍繞束而螺旋地纏繞，并以相反的方向鋪設(shè)和封閉。在可能的實(shí)施方案中，負(fù)荷承載元件可以是具有內(nèi)嵌的碳纖維、所謂的碳纖維棒、 和/或鋼絲、鋼線、和/或纖維繩索和/或聚酯繩索的復(fù)合材料的輕重量棒。在特別的情況下，功率臍帶纜可以在其橫切橫截面中包括至少一個(gè)流體管，所述管可以由金屬和/或塑料材料制成并且被以與其他元件相同的配置鋪設(shè)和封閉。根據(jù)本發(fā)明，還提供一種所介紹的所述類型的一體化高功率臍帶纜，其是獨(dú)特的， 因?yàn)閲@性元件，即填充物材料或護(hù)套，中的至少一個(gè)由半導(dǎo)體材料制成，所述半導(dǎo)體材料能夠使在高功率電纜傳導(dǎo)大量的電能/功率時(shí)在高功率臍帶纜中產(chǎn)生的電容性電流排出或消散，并且至少一個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)體被排列在高功率臍帶纜中，所述纖維光學(xué)導(dǎo)體能夠連續(xù)地監(jiān)測(cè)高功率臍帶纜的狀態(tài)，其中溫度增加將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。纖維中的伸長(zhǎng)將提供相似的指示臍帶纜已經(jīng)遭受彎曲或破環(huán)的信號(hào)。本申請(qǐng)人的獨(dú)特的動(dòng)態(tài)臍帶纜設(shè)計(jì)使這種技術(shù)的使用成為可能的，這是因?yàn)殡娎|通過被成型的細(xì)長(zhǎng)形的通道元件的形式的填充物材料而被小心地保護(hù)。如果不使用圍繞的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件/塑料型材，那么電纜對(duì)于安裝負(fù)荷和操作應(yīng)變和應(yīng)力來說將是強(qiáng)度過于低的。電纜具有被簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)。機(jī)械性保護(hù)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度被轉(zhuǎn)移至臍帶纜結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)。軸向強(qiáng)度由在橫切橫截面中一體化的外部負(fù)荷承載元件承載。設(shè)計(jì)將因此不需要任何另外的水阻擋物。半導(dǎo)體材料是新的并且材料被測(cè)試為具有優(yōu)良的結(jié)果。半導(dǎo)體性的材料在超過 20年時(shí)在高至90°C下還是防水的。更長(zhǎng)的操作未被測(cè)試。對(duì)于通常的功率轉(zhuǎn)移應(yīng)用來說， 預(yù)見到30年的設(shè)計(jì)壽命。因此，根據(jù)上文描述的內(nèi)容，將理解，以下的替代形式已經(jīng)被提出，其被反映在本專利的權(quán)利要求中，以將電容性電流向外傳導(dǎo)或引導(dǎo)至海中-通過金屬電導(dǎo)體將電容性電流沿著臍帶纜內(nèi)部的電纜傳導(dǎo)-通過使用在塑料元件和/或護(hù)套中的半導(dǎo)電性的塑料材料將電容性電流傳導(dǎo)經(jīng)過臍帶纜的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件和外護(hù)套，以將電流從內(nèi)部排出-通過洞和狹縫使塑料元件和護(hù)套開放，使得水可以將電流運(yùn)輸出來并進(jìn)入海水中-三相電纜被排列成三角形或彼此接觸或與半導(dǎo)體性的塑料元件接觸將理解，將上文指示的替代形式中的一種或多種進(jìn)行組合將是可能的。其他的和進(jìn)一步的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案的以下的描述變得明顯，以下的描述是為了描述的目的而給出并且在結(jié)合附圖的內(nèi)容中給出，在附圖中圖1示出了穿過根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)態(tài)的功率臍帶纜的橫切橫截面視圖，其對(duì)于具有這種本質(zhì)的不同的功率臍帶纜還是代表性的，圖2示出了穿過根據(jù)本發(fā)明的功率臍帶纜的可選擇的橫切橫截面視圖，其對(duì)于具有這種本質(zhì)的其他的功率臍帶纜還是代表性的，圖3示出了被特別地制備為DEH電纜(直流電加熱)的單一導(dǎo)體功率臍帶纜，圖4示出了與圖3中示出的單一導(dǎo)體功率臍帶纜相似的單一導(dǎo)體功率臍帶纜，其還包括以碳纖維棒的形式的負(fù)荷承載元件，圖5示出了三導(dǎo)體DEH功率臍帶纜，圖6示出了被設(shè)計(jì)用于特別深的水的具有大量的碳纖維棒的雙導(dǎo)體動(dòng)態(tài)的DEH臍帶纜，圖7示出了用于海下設(shè)備并且包括碳纖維棒的被組合的雙導(dǎo)體動(dòng)態(tài)的DEH臍帶纜和六導(dǎo)體高電壓電纜，圖8示出了包括重量元件的二導(dǎo)體動(dòng)態(tài)的DEH臍帶纜，圖9示出了在生產(chǎn)管道上的“機(jī)載的”臍帶纜，圖10示意性地示出了穿過具有徑向延伸的水通道的DEH臍帶纜的橫切橫截面，圖11示意性地示出了對(duì)于在臍帶纜的縱向方向上并且沒有任何的纖維光學(xué)導(dǎo)體存在于橫截面中的水通道之間的不同的距離的電流和電壓圖，圖12示出了圖9中所示的機(jī)載的臍帶纜的變化形式，以及圖13示意性地示出了 DEH系統(tǒng)中的電流分布。在根據(jù)圖1的所示的實(shí)施方案中，在一般的描述中被稱為K的功率臍帶纜K1，基本地由以下的元件構(gòu)建由內(nèi)通道元件2和外通道元件3組成的細(xì)長(zhǎng)形的元件的束、用于傳送大量的電功率/能量的功率電纜4、纖維光學(xué)導(dǎo)體5和負(fù)荷承載元件7，其被共同地鋪設(shè)和封閉入所述束中。此外，用于平衡纖維光學(xué)電纜5的填充物材料6被示出。鋪設(shè)和封閉是 SZ或傳統(tǒng)螺旋狀的鋪設(shè)和封閉。外通道元件3可以例如由聚氯乙烯(PVC)制成，并且內(nèi)通道元件2可以由半導(dǎo)體材料制造。PVC材料需要與不同的物質(zhì)的混合，以使其是半導(dǎo)體性的，例如碳的混合物。功率電纜4可以具有聚乙烯的半導(dǎo)體的套管。負(fù)荷承載元件7可以是被扭曲為束的鋼線的形式，可選擇地為碳棒的形式。將進(jìn)一步理解，嚴(yán)格地，通道元件2、 3中的僅一個(gè)需要是半導(dǎo)體材料的，而其余的通道元件2、3可以由傳統(tǒng)的PVC制成。在圖1 中，黑色的通道元件: ，例如，可以表示半導(dǎo)體性的通道元件。由一個(gè)或多條光學(xué)纖維線或細(xì)絲組成的纖維光學(xué)導(dǎo)體5被提供，以監(jiān)測(cè)線的溫度改變或伸長(zhǎng)的改變并且然后能夠信號(hào)指示臍帶纜K中的錯(cuò)誤。其他的合適的材料可以例如是PP或ABS。此外，在一個(gè)實(shí)施方案中，功率臍帶纜K可以包括在圖1中被賦予參考數(shù)字8的至少一個(gè)金屬電導(dǎo)體，至少一個(gè)金屬電導(dǎo)體被排列在功率臍帶纜K的橫截面中并且在功率臍帶纜K的縱向方向延伸。一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體8被定位為與功率電纜4分離并且在功率電纜4 的外部。如所提到的，至少一個(gè)導(dǎo)體8能夠使在功率電纜4傳導(dǎo)大量的電能/功率時(shí)在功率臍帶纜K中產(chǎn)生的電容性電流排出。被鋪設(shè)和封閉的束可以可選擇地被強(qiáng)度帶保持在一起和保持就位。外護(hù)套或套管 1，例如聚乙烯PE的外護(hù)套或套管，被擠出至束上。添加有碳的聚乙烯被認(rèn)為是半導(dǎo)體性的。如提到的，在某些實(shí)施方案或變化形式中，橫截面還可以包括流體管(未示出)。內(nèi)通道元件2和外通道元件3至少部分地圍繞電纜4和在電纜4之間鋪設(shè)，并且典型地被制造為塑料材料例如PVC的剛性的細(xì)長(zhǎng)形的連續(xù)的元件。電纜4、可能的線/纖維光學(xué)導(dǎo)體5、填充物材料6和通道元件2、3以及至少一個(gè)負(fù)荷承載元件7，如提到的在功率臍帶纜的縱向延伸的整個(gè)或一部分中交替地鋪設(shè)和封閉，即具有穩(wěn)定地改變的方向，可選擇地連續(xù)地螺旋狀的。此外，被鋪設(shè)和封閉的束通過保護(hù)性護(hù)套1而被實(shí)質(zhì)上扭轉(zhuǎn)剛性地保持住，可選擇地通過被螺旋地圍繞緊靠在保護(hù)性護(hù)套1內(nèi)部的束纏繞的強(qiáng)度帶的加入而被保持住。如提到的，剛性的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件2、3可以由半導(dǎo)體的塑料材料制成?？蛇x擇地，僅內(nèi)通道元件2或僅外通道元件3，或如提到的，僅一個(gè)單一的通道元件Α可以是半導(dǎo)體性的。如提到的，保護(hù)性套管1也可以由半導(dǎo)體性的材料制成。剛性的細(xì)長(zhǎng)形的型材元件2、3可以包括縱向地延伸的通道9，縱向地延伸的通道9 與位于型材元件2、3中并且穿過保護(hù)性套管1的徑向延伸的洞、狹縫或類似物連通，使得填充通道9和洞的水能夠?qū)㈦娙菪噪娏髋懦街車暮Ｋ?。電功率電纜4可以進(jìn)而是三相電纜，三相電纜在其橫截面中可以被排列成三角形，三相電纜彼此接觸或與半導(dǎo)體的塑料型材2、3接觸。作為正在討論的尺寸的例證性的實(shí)施例，且不由此作為限制，電纜可以具有 2000mm2的橫切橫截面。設(shè)計(jì)壽命是30年。將進(jìn)一步理解，普通的用于控制功能的電線都根據(jù)實(shí)際的需要而可以另外可能地被包括在所有的實(shí)施方案和變化形式中。圖2示出了功率臍帶纜K2的第二實(shí)施方案，其進(jìn)而基本地由以下的元件構(gòu)建由內(nèi)通道元件2'、中間通道元件加‘和外通道元件3'組成的細(xì)長(zhǎng)形的元件的束、用于傳送大量的電功率/能量的功率電纜4'、纖維光學(xué)導(dǎo)體5'和負(fù)荷承載元件7'、7"，其被共同地鋪設(shè)和封閉入所述束中。此外，更小的和更大的用于轉(zhuǎn)移流體的鋼管P1I2被示出。鋪設(shè)和封閉是SZ或傳統(tǒng)螺旋狀的鋪設(shè)和封閉。外通道元件3'可以例如由聚氯乙烯(PVC)制成，并且內(nèi)通道元件2'可以由半導(dǎo)體材料制成。功率電纜4'可以具有聚乙烯的半導(dǎo)體的套管。負(fù)荷承載元件7'、7"可以是被扭曲為束的鋼線的形式。在此，一個(gè)負(fù)荷承載元件 "是中心線。此外，功率臍帶纜K2可以包括一個(gè)或多條低電壓電線6 ‘，一個(gè)或多條低電壓電線 6'被排列在橫截面中并且在功率臍帶纜的縱向方向延伸。低電壓線6'被定位為與功率電纜4'分離并且在功率電纜4'的外部。束可以可選擇地被強(qiáng)度帶保持在一起和保持就位。外護(hù)套或套管1 ‘，例如聚乙烯 (PE)的外護(hù)套或套管，被擠出至束上。外通道元件3'、中間通道元件加‘和內(nèi)通道元件2'至少部分地圍繞電功率電纜4'和在電功率電纜4'之間鋪設(shè)，并且典型地被制造為塑料材料的剛性的細(xì)長(zhǎng)形的連續(xù)的元件。功率電纜4'、可能的線/纖維光學(xué)導(dǎo)體5'、6'、通道元件2'、2a'、3'和至少一個(gè)負(fù)荷承載元件7'、7"，如提到的在功率臍帶纜K2的縱向延伸的整個(gè)或一部分中交替地鋪設(shè)和封閉，即具有穩(wěn)定地改變的方向，可選擇地連續(xù)地螺旋狀的。此外，被鋪設(shè)和封閉的束通過保護(hù)性護(hù)套1'而被實(shí)質(zhì)上扭轉(zhuǎn)剛性地保持住，可選擇地通過被螺旋地圍繞緊靠在保護(hù)性護(hù)套1'內(nèi)部的束纏繞的強(qiáng)度帶的加入而被保持住。如提到的，剛性的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件2'、2a'、3'可以由半導(dǎo)體的塑料材料制成?？蛇x擇地，僅內(nèi)通道元件2'，僅中間元件加‘，僅外通道元件3'，或如提到的，僅一個(gè)單一的通道元件可以是半導(dǎo)體性的。保護(hù)性套管1'也可以由半導(dǎo)體性的材料制成。圖3示出了 DEH/機(jī)載的功率臍帶纜K3的第三和最簡(jiǎn)單的實(shí)施方案。其是被專門地設(shè)計(jì)和制備為DEH電纜(直流電加熱)的單一導(dǎo)體功率臍帶纜K3。功率臍帶纜K3由一個(gè)單一的功率電纜4和以圍繞功率電纜4的環(huán)形式被鋪設(shè)的一組細(xì)長(zhǎng)形的型材元件2構(gòu)建。 型材元件中的至少一個(gè)是半導(dǎo)體性的。多個(gè)絕緣層在其之間存在。然而，臍帶纜不能夠具有任何金屬屏蔽物，因?yàn)檫@將對(duì)臍帶纜的感應(yīng)性功能有影響。還示出了纖維光學(xué)導(dǎo)體5，但是這不是絕對(duì)地強(qiáng)制性的，而是可以優(yōu)選地存在。是纖維光學(xué)導(dǎo)體對(duì)功率臍帶纜K3的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并且信號(hào)指示由于溫度在光學(xué)纖維內(nèi)升高而產(chǎn)生的可能的錯(cuò)誤。在變化形式中， 至少一個(gè)纖維光學(xué)元件5可以被排列在圍繞功率電纜4的絕緣層自身內(nèi)。通常地，此外，這樣的電纜還具有向管的磁性連接件。圖4示出了功率臍帶纜K4的第四和第二最簡(jiǎn)單的實(shí)施方案。功率臍帶纜K4典型地在安裝和修理期間使用。其還是被制備為是DEH機(jī)載電纜(直流電加熱)的單一導(dǎo)體功率臍帶纜Κ4。功率臍帶纜K4被相應(yīng)于功率臍帶纜K3地構(gòu)建，但是具有由碳纖維棒7組裝的代表負(fù)荷承載元件的束的加入。軸向強(qiáng)度在改型安裝于海床上時(shí)以及在修理期間被需要。圖5示出了功率臍帶纜K5,功率臍帶纜K5呈三導(dǎo)體DEH功率臍帶纜的形式并且具有三個(gè)大尺寸的功率電纜4、一個(gè)或兩個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)體5、外套管1以及適配于這種功率臍帶纜K5的所提到的型材元件2。圖6示出了功率臍帶纜K6,功率臍帶纜K6呈雙導(dǎo)體動(dòng)態(tài)的DEH功率臍帶纜的形式并且具有兩個(gè)大尺寸的功率電纜4、一個(gè)或多個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)體5、外套管1、大量的碳纖維棒7以及剛好適配于這種功率臍帶纜K6的所提到的型材元件2。功率臍帶纜K6被設(shè)計(jì)用于特別深的水。圖7示出了用于海下設(shè)備的呈組合的雙導(dǎo)體動(dòng)態(tài)的DEH功率臍帶纜和六導(dǎo)體高電壓電纜的形式的動(dòng)態(tài)的功率臍帶纜K7。功率臍帶纜K7包括兩個(gè)大尺寸的功率電纜4、六個(gè)高電壓電纜4'、一個(gè)或多個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)體5、外套管1、大量的碳纖維棒7以及剛好適配于這種功率臍帶纜K7的所提到的型材元件2。功率臍帶纜K7被設(shè)計(jì)為用于將電纜中的DEH功能與用于海下設(shè)備例如泵站的功率電纜組合。圖8示出了功率臍帶纜K8,功率臍帶纜K8呈二導(dǎo)體動(dòng)態(tài)的DEH功率臍帶纜的形式并且被設(shè)計(jì)為部署在小于約1000米的水深度中。功率臍帶纜K8包括四個(gè)大尺寸的功率電纜4、一個(gè)或多個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)體5、外套管1、大量的具有較大的和較小的橫截面的重量增加鋼棒7"‘以及剛好適合于這種功率臍帶纜K8的所提到的型材元件2。圖9示出了以電纜K3典型地被固定地鋪設(shè)和束縛在DEH加熱系統(tǒng)中的方式而位于生產(chǎn)管道10上的“機(jī)載的”電纜κ3。圖10示意性地示出了穿過DEH電纜的截面，其中徑向地延伸的水通道C1被清楚地標(biāo)記和示出。水通道C1可以是鉆孔，例如穿過外套管1、型材元件2、3并且適當(dāng)?shù)叵騼?nèi)朝向功率電纜4的IOmm洞。還示出了在功率電纜4的外護(hù)套11和型材元件3的內(nèi)壁之間的通道C2。通道的厚度被指定為是3mm，且不作為限制。因此通道C2被排列在電纜的整個(gè)縱向方向中并且通過在某些間隔處的徑向延伸的通道C1而中斷。纖維光學(xué)電纜5也被示出。圖11示意性地示出了對(duì)于在電纜的縱向方向并且在其橫截面中不具有纖維光學(xué)導(dǎo)體的水通道C1之間的不同距離的電容性電流的電流和電壓圖。圖示出了當(dāng)水通道或排放洞C1具有沿著功率臍帶纜K的長(zhǎng)度被間隔開10、100和1000米的距離時(shí)的結(jié)果。在所進(jìn)行的分析中，人們觀察到電容性的充電電流對(duì)沿著具有6mm厚度的外半導(dǎo)體性的電纜護(hù)套1所積聚的電壓的影響。在導(dǎo)體和地面之間的電纜電壓是10kV，以50Hz。圖12示出了在生產(chǎn)管道10上的“機(jī)載的”電纜K3的另一個(gè)變化形式，即具有被安裝在生產(chǎn)管道10上并且被固定地束縛于生產(chǎn)管道10并且具有與彼此間隔開近似相同的圓周距離的三個(gè)電纜。電纜圍繞外周分布以降低操作溫度。圖13示意性地示出了 DEH系統(tǒng)內(nèi)的電流分布。如果加熱系統(tǒng)即整個(gè)管系統(tǒng)的連接件和電纜與海水電隔離，那么所有的來自分布器的電流將被在鋼管中傳導(dǎo)，這意味著對(duì)于系統(tǒng)的最優(yōu)的功率效率。然而，從實(shí)際的觀點(diǎn)并且根據(jù)系統(tǒng)的壽命，保持加熱系統(tǒng)理想地與海水隔離被認(rèn)為是不可能的。因此，由于意外的對(duì)絕緣的老化或破環(huán)所導(dǎo)致的電氣錯(cuò)誤對(duì)于系統(tǒng)的安全性和可靠性產(chǎn)生很大的后果。
10
權(quán)利要求
1.一種一體化高功率臍帶纜(K)，包括至少一個(gè)高功率電纜G)，其用于傳送大量的電能/功率；填充物材料0、3)，其呈剛性的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件的形式，至少部分地圍繞所述高功率電纜(4)和在所述高功率電纜(4)之間鋪設(shè)，所述填充物材料(2、3)借助于鋪設(shè)和封閉操作被共同地匯集成扭曲的束；以及保護(hù)性護(hù)套(1)，其包封所述高功率電纜(4)和所述填充物材料0、3)，所述一體化高功率臍帶纜(K)的特征在于圍繞性元件中的至少一個(gè)由半導(dǎo)體材料制成，所述圍繞性元件即所述填充物材料(2、；3)或所述護(hù)套(1)，所述半導(dǎo)體材料能夠使在所述高功率電纜(4)傳導(dǎo)大量的電能/功率時(shí)在所述高功率臍帶纜(K)中產(chǎn)生的電容性電流排出或消散。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化高功率臍帶纜(K)，其特征在于所述剛性的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件0、3)中的至少一個(gè)和所述保護(hù)性外護(hù)套(1) 二者由半導(dǎo)體材料制成，所述半導(dǎo)體材料例如為聚乙烯(PE)、添加有碳的聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)和丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一體化高功率臍帶纜(K)，其特征在于所述剛性的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件(2、3)包括用于接收海水的縱向地延伸的通道(C2),并且所述保護(hù)性外護(hù)套 (1)包括與所述縱向地延伸的通道(C2)連通的實(shí)質(zhì)上徑向地延伸的通道(C1),所述海水形成用于排除或消散所述高功率臍帶纜(K)中所產(chǎn)生的電容性電流的連通體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的一體化高功率臍帶纜(K)，其特征在于至少一個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)體( 被排列在所述高功率臍帶纜中，所述纖維光學(xué)導(dǎo)體(5)能夠連續(xù)地監(jiān)測(cè)所述高功率臍帶纜(K)的狀態(tài)，其中在纖維內(nèi)的溫度變化或伸長(zhǎng)將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的一體化高功率臍帶纜(K)，其特征在于至少一個(gè)另外的金屬高歐姆電導(dǎo)體(8)被排列在所述高功率臍帶纜的橫切橫截面中并且在所述功率臍帶纜的縱向方向延伸，所述至少一個(gè)電導(dǎo)體(8)被定位為與所述高功率電纜(4)分離并且在所述高功率電纜的外部，所述至少一個(gè)電導(dǎo)體(8)能夠使在所述高功率臍帶纜 (K)傳導(dǎo)大量的電能/功率時(shí)在所述高功率臍帶纜(K)中產(chǎn)生的電容性電流排出或消散。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的一體化高功率臍帶纜(K)，其特征在于所述電高功率電纜(4)、所述填充物材料(2、；3)和所述至少一個(gè)電導(dǎo)體(8)在所述高功率臍帶纜的縱向延伸的整個(gè)或一部分中被SZ鋪設(shè)和封閉，即在所述高功率臍帶纜的縱向延伸的整個(gè)或一部分中以連續(xù)地交替方向而被交替地鋪設(shè)和封閉，同時(shí)被SZ鋪設(shè)和封閉的所述束通過所述保護(hù)性護(hù)套(1)而實(shí)質(zhì)上扭轉(zhuǎn)剛性地被保持固定，可選擇地被以傳統(tǒng)的方式鋪設(shè)和封閉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的一體化高功率臍帶纜(K)，其特征在于所述電高功率電纜(4)、所述填充物材料(2、；3)和所述至少一個(gè)電導(dǎo)體(8)被以傳統(tǒng)的方式呈螺旋地鋪設(shè)和封閉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的一體化高功率臍帶纜(K)，其特征在于所述電高功率電纜(4)是三相電纜，所述三相電纜在其橫切橫截面內(nèi)排列成三角形，所述三相電纜彼此接觸或與半導(dǎo)體性的型材接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的一體化高功率臍帶纜(K)，其特征在于所述高功率臍帶纜(K)包括電線(6‘)和/或纖維光學(xué)導(dǎo)體(5、5')，所述電線(6')和/或所述纖維光學(xué)導(dǎo)體(5、5')也被以SZ配置鋪設(shè)和封閉并且被定位在所述外護(hù)套(1、1')的內(nèi)部，可選擇地被以傳統(tǒng)的方式鋪設(shè)和封閉。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的一體化高功率臍帶纜(K)，其特征在于至少一個(gè)負(fù)荷承載元件(7、7'、7")被預(yù)確定為定位在所述高功率臍帶纜(K)的橫切橫截面中，所述元件(7、7'、7")也被以SZ配置鋪設(shè)和封閉，可選擇地被以傳統(tǒng)的方式鋪設(shè)和封閉。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的一體化高功率臍帶纜(K)，其特征在于所述功率臍帶纜包括抗旋轉(zhuǎn)帶或強(qiáng)度帶或膠帶，所述抗旋轉(zhuǎn)帶或強(qiáng)度帶或膠帶剛好在所述保護(hù)性護(hù)套(1、1')的內(nèi)部圍繞所述束而螺旋地纏繞，可選擇地，所述強(qiáng)度帶或所述膠帶呈兩層或更多層而圍繞所述束螺旋地纏繞，并以相反的方向鋪設(shè)和封閉。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的一體化高功率臍帶纜(K)，其特征在于所述負(fù)荷承載元件(7、7'、7")是碳纖維棒、鋼絲、鋼線或其組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的一體化高功率臍帶纜(K)，其特征在于所述功率臍帶纜在其橫切橫截面中包括至少一個(gè)流體管(PpP2)，所述管由高歐姆的或非傳導(dǎo)的金屬和/或塑料材料制成并且被以與其他元件相同的配置鋪設(shè)和封閉。
14.一種一體化高功率臍帶纜(K)，包括多條高功率電纜G)，其用于傳送大量的電能 /功率；填充物材料0、3)，其呈剛性的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件的形式，至少部分地圍繞所述高功率電纜(4)和在所述高功率電纜(4)之間鋪設(shè)，所述填充物材料(2、3)借助于鋪設(shè)和封閉操作被共同地匯集成扭曲的束；以及保護(hù)性護(hù)套(1)，其包封所述高功率電纜(4)和所述填充物材料0、3)，所述一體化高功率臍帶纜(K)的特征在于圍繞性元件中的至少一個(gè)由半導(dǎo)體材料制成，所述圍繞性元件即所述填充物材料(2、；3)或所述護(hù)套(1)，所述半導(dǎo)體材料能夠使在所述高功率電纜(4)傳導(dǎo)大量的電能/功率時(shí)在所述高功率臍帶纜(K)中產(chǎn)生的電容性電流排出或消散，并且，至少一個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)體被排列在所述高功率臍帶纜中，所述纖維光學(xué)導(dǎo)體能夠連續(xù)地監(jiān)測(cè)所述高功率臍帶纜的狀態(tài)，其中在纖維內(nèi)的溫度變化或伸長(zhǎng)將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的一體化高功率臍帶纜(K)，其特征在于所述至少一個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)體( 被排列在包封所述高功率電纜的絕緣層內(nèi)，所述纖維光學(xué)導(dǎo)體( 能夠連續(xù)地監(jiān)測(cè)所述高功率臍帶纜(K)的狀態(tài)，其中在所述至少一個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)體(5)內(nèi)的溫度增加或伸長(zhǎng)將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的一體化高功率臍帶纜(K)，其特征在于所述至少一個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)體( 被排列在所述填充物材料0、3)中的縱向地延伸的通道內(nèi)，所述填充物材料 (2,3)形成圍繞所述高功率電纜(4)和所述高功率電纜(4)的絕緣體的保護(hù)性層，所述纖維光學(xué)導(dǎo)體( 能夠連續(xù)地監(jiān)測(cè)所述高功率臍帶纜(K)的狀態(tài)，其中在所述至少一個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)體(5)內(nèi)的溫度增加或伸長(zhǎng)將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
全文摘要
示出了一體化功率臍帶纜(K1)。功率臍帶纜包括至少一個(gè)功率電纜(4)，其用于傳送大量的電能/功率；以及填充物材料(2、3)，其呈剛性的細(xì)長(zhǎng)形的塑料元件的形式，至少部分地圍繞功率電纜(4)和在功率電纜(4)之間鋪設(shè)。這些元件借助于鋪設(shè)和封閉操作而被共同地匯集成扭曲的束，扭曲的束進(jìn)而被保護(hù)性護(hù)套(1)包圍。圍繞性元件，即填充物材料(2、3)或護(hù)套(1)，中的至少一個(gè)由半導(dǎo)體材料制成，所述半導(dǎo)體材料能夠使在至少一個(gè)功率電纜(4)傳導(dǎo)大量的電能/功率時(shí)在功率臍帶纜(K1)中產(chǎn)生的電容性電流排出。
文檔編號(hào)H01B9/02GK102598153SQ201080048740
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者奧利·A·海格達(dá)爾, 阿韋·菲耶爾納 申請(qǐng)人:阿克海底公司