[发明专利]绝缘复合电缆及其制造和使用方法

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求于2009年7月16日提交的美国临时专利申请No.61/226,151和美国临时专利申请No.61/226,056的权益，这两个专利申请的全部公开内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及绝缘复合电缆和它们的制造和使用方法。本发明还涉及包括螺旋绞合的复合线材的绝缘绞合电缆，以及它们的制造方法和用作地下或水下输电缆线的用途。

背景技术

近来，已经由复合且从而不易塑性变形产生新形状的材料引入了有用的缆线物品。这些材料的普通实例包括纤维强化复合材料，所述纤维强化复合材料由于其相对于金属具有改进的机械性能但在其应力应变响应方面主要为弹性而引人注意。包含纤维强化聚合物线材的复合缆线在本领域是已知的，包含陶瓷纤维强化金属线材的复合缆线也是已知的，参见例如美国专利No.6,559,385和No.7,093,416；以及公开的PCT申请WO97/00976。

复合缆线(例如含有聚合物基质复合材料或金属基质复合线材的缆线)的一个用途是作为用于地上输电的裸(即非绝缘的)缆线中的增强构件。尽管包括铝基质复合线材的裸输电缆线是已知的，但对于一些应用，存在着对于获得改进的缆线性质的持续需求。例如，通常认为裸输电缆线不适于在地下或水下输电应用中使用。

另外，在一些应用中，可能有利的是使用绞合复合缆线用于输电。缆线绞合是这样一种过程，其中各条可延展线材被合并(通常以螺旋方式合并)来产生成品缆线。参见(例如)美国专利No.5,171,942和No.5,554,826。螺旋绞合的输电缆线通常由诸如钢、铝、或铜之类的可延展金属制得。在一些情况下，例如裸露的架空输电缆线，螺旋绞合线芯被线材导体层包围。螺旋绞合线芯可包括由诸如钢的第一材料制成的可延展金属线材，并且外部动力传导层可包括由诸如铝的另外的材料制成的可延展金属线材。在一些情况下，螺旋绞合线芯可以是预绞合的缆线，所述预绞合的缆线用作制造更大直径的输电缆线的输入材料。螺旋绞合缆线通常可以包括少至七根单独的线材，到更通用的包括50根或更多线材的构造。

本技术领域在不断研发用于地下或水下(即潜水)输电的改进型复合缆线。本技术领域也在研发改进型绞合复合输电缆线以及制造和使用绞合复合缆线的改进方法。

发明内容

在一些应用中，需要进一步改进复合缆线的构造及其制造方法。在某些应用中，需要改善复合输电缆线对于电路短接、潮湿环境和/或化学侵蚀的耐受性。在一些应用中，需要提供包裹复合输电缆线的绝缘外皮，使得所述缆线适于在地下或水下输电应用中使用。

在其他应用中，需要改善绞合复合缆线的物理性质，例如其拉伸强度和缆线的断裂伸长率。在一些特定应用中，还需要提供便利的装置，用以在将螺旋绞合复合线材掺入随后的制品(如输电缆线)中之前保持螺旋绞合复合线材的螺旋配置。在预先芯具有能够塑性变形的可延展金属线材或者具有在螺旋地布置之后能够固化或硬化的线材时，这种用于保持螺旋布置的装置已没有必要。

本发明的某些实施例涉及提供包裹输电缆线的绝缘外皮。本发明的其他实施例涉及绞合复合缆线以及在共同捻向上螺旋绞合复合线材层的方法，相比于在每个复合线材层之间使用交替捻向螺旋绞合的复合缆线，可产生复合缆线的拉伸强度的意想不到的增加。对于采用共同捻向绞合的常规可延展的(例如，金属或其他非复合)线材而言，在抗拉强度方面不具有这种令人惊喜的增大。此外，通常还不容易想到对常规可延展线材缆线的绞合线材层使用共同的捻向，因为可延展线材可能易于塑性变形，并且这样的缆线通常使用较短的捻距，对此，针对保持缆线整体性而言，交替的捻向可能是优选的。

因此，本发明在一个方面提供了一种绝缘复合电缆，其包括限定共同纵向轴线的线芯、围绕所述线芯的多个复合线材和包裹多个复合线材的绝缘外皮。在一些示例性实施例中，所述多个复合线材的至少一部分围绕限定共同纵向轴线的单个线材在至少一个圆柱层中布置，所述至少一个圆柱层在径向横截面中看时环绕共同纵向轴线而形成。在其他示例性实施例中，所述线芯包括金属导线和复合线材中的至少一者。在某些示例性实施例中，所述线芯包括至少一个光纤。

在再一些示例性实施例中，围绕所述线芯的多个复合线材在至少两个圆柱层中布置，所述至少两个圆柱层在径向横截面中看时环绕共同纵向轴线而限定。在另外的示例性实施例中，所述至少两个圆柱层中的至少一个仅包括复合线材。在某些另外的示例性实施例中，所述至少两个圆柱层中的至少一个还包括至少一个可延展金属线材。