專利名稱：供地下使用的光學接地線纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及具有接地導體和光學電信線纜雙重功能的線纜。更特別地，本發(fā)明涉及包括用于電信的光纖并且在地下鋪設(shè)的接地線纜(earth cable) 0
背景技術(shù)：
有些電氣裝置，例如用于發(fā)電的風車塔，可以使用不同的線纜將這種裝置互連到電氣網(wǎng)絡(luò)并用于與其相關(guān)聯(lián)的服務(wù)。特別地，電氣線纜，一般是中壓線纜，允許電力輸送-在風車塔的情況下是所生成的電力；接地線纜都連接到裝置的接地系統(tǒng)或者這種裝置所屬的網(wǎng)絡(luò)的接地系統(tǒng)，并連接到地；光纜也常常用于提供通信或者電信服務(wù)，及用于控制裝置運行和其它功能。一般來說，以上這三種線纜類型都至少部分地是在地下鋪設(shè)的，為了方便是在相同的管溝(trench)中鋪設(shè)的。從原理上講，接地線纜可以具有非常簡單的結(jié)構(gòu)，通常包括但也僅僅包括金屬性導體，該金屬性導體一般是絞合線的形式。金屬性導體優(yōu)選地是銅導體。這種根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的接地線纜的例子在圖4中描述。光纜的結(jié)構(gòu)由光纜的位置且由對光纜中所包含的光纖提供合適保護的需求來決定。光纖對機械應力和環(huán)境條件的敏感性(例如，可能滲透到線纜中的水和/或化學試劑的存在，及諸如嚙齒動物的動物的攻擊)都是在設(shè)計這種線纜時必須要考慮的需求的例子。線纜鋪設(shè)方法包括將線纜定位在沙層中；然后用基于小顆粒尺寸材料(例如，選自管溝掘出材料)的一層土覆蓋沙層，這層土又被普通的土(一般來說，是管溝掘出材料的剩余部分)覆蓋。在許多不同的線纜要鋪設(shè)到管溝中的情況下，這個過程是麻煩而且耗時的。包括接地導體和光纖的線纜對于天線的使用是已知的。這種線纜(通常稱為光學接地纜線(optical ground cable wires, OPGff)) 一般包括鋁和/或不銹鋼管道，用來容納與鋁線或者增強鋁(例如鋁包鋼和/或鋁合金)線組合的光纖，以便提供短路能力并進一步提供具有架空安裝所需的機械強度的線纜。在EP 1210633中描述了 OPGW的例子。出于許多原因，這種線纜不適合用于地下，這些原因包括容納光纖的鋁管的存在將導致腐蝕和可能形成氫的事實，這將隨時間累積在管道中，從而造成光纖性能劣化的后果?？罩薪拥乩|線的使用在大多數(shù)情況下是不可能或者不方便的，例如當存在風車時，因為可能的空中線將擾亂風車塔的位置。此外，缺少可以與空中線關(guān)聯(lián)的架空輸電線， 空中線將需要獨立的撐桿，這將增加系統(tǒng)的成本和復雜性。本申請人已經(jīng)觀察到一種更簡單的安裝可以通過組合地下接地線纜與包括光纖的通信線纜來提供。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將包含光纖的光學元件插入到適于提供接地連接的電線組件中，該電線可以充當光學元件的保護件(armour)，由此提供使其不受鋪設(shè)線纜處的土壤影響的合適保護。這種適于鋪設(shè)到地下的接地導體應當具有滿足各種不同需求的結(jié)構(gòu)。對線纜中所包含光纖的足夠機械保護是必須的。同時，在線纜長度的任何點上而非僅僅在其頭部，光纖都應當容易地從線纜中取出，這用于實現(xiàn)預見和未預見到的到戶連接。此外，還應當提供對光纖的合適保護以免受由于電流通過電線所造成的溫度升高的影響。魯棒性的機械保護還可以允許容易在地下鋪設(shè)線纜?？紤]到環(huán)境，線纜還應當?shù)挚褂伤?或化學試劑和/或象嚙齒動物的動物的攻
擊O至于接地線纜到接地系統(tǒng)的電連接，可以利用接線夾(clamp)來實現(xiàn)，但是焊接的使用通常是優(yōu)選的，因此從長期的角度看這更經(jīng)濟。在焊接的過程中，會產(chǎn)生很大的熱量，這對于通常在不高于60°C的溫度進行測試的光纖有可能是有害的。因此，期望對線纜中所包含光纖的熱保護。

發(fā)明內(nèi)容
本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過提供其中光纖被具有預定熱導率的聚合物層(下文中稱為熱傳導聚合物層)包圍的一種結(jié)構(gòu)，包括光纖的通信線纜和包含接地導體的接地線纜可以組合到適于在地下使用的單個線纜中。銅導體在關(guān)于并圍繞所述熱傳導聚合物層的徑向外部位置提供。熱傳導聚合物層對光纖提供機械保護，并保護它們不受由例如用于實現(xiàn)電連接的焊接過程所生成或者由于短路所生成的熱量的影響；考慮到材料的聚合物本質(zhì)，熱傳導聚合物層還允許在光纖周圍可能形成的氫通過經(jīng)熱傳導聚合物層的擴散而“逃脫”，因此不會發(fā)生氫的累積；熱傳導聚合物層還允許更容易地接近光纖，用于在線纜的任何點上將其取
出ο銅導體的熱導率比例如鋁的熱導率高得多。在存在熱傳導聚合物層的情況下，銅導體的使用使得線纜操作對于光纖來說更安全，即使是在線纜中升高熱量的情況下，例如在焊接的情況下。除了作為接地導體的電功能，銅導體還為線纜提供了所尋求的機械強度和對其中所包含光纖的保護。因此，本發(fā)明關(guān)于一種適于鋪設(shè)到地下的光學接地線纜，包括至少一條光纖；圍繞所述至少一條光纖的熱傳導聚合物層；及在關(guān)于該熱傳導聚合物層的徑向外部位置布置的銅導體。對于本說明書和所附權(quán)利要求書，除非另外指出，否則，通過術(shù)語“大約”，所有表示總數(shù)、數(shù)量、百分比等的數(shù)字都應當理解為在任何實例中都可以修改。而且，所有范圍都包括所公開的最大點和最小點的任意組合，而且包括最大點和最小點間的任何中間范圍， 這可以是或者可以不是在這里專門列舉出的范圍。根據(jù)本發(fā)明的所述至少一條光纖包括被一個或多個保護性涂層包圍的光學透射芯(optical transmissive core)，該光學透射芯一般是由玻璃制成的。光纖可以適當松散地包含在由聚合物材料制成的緩沖管中。優(yōu)選地，本發(fā)明線纜的熱傳導聚合物層具有至少0. 3ff/m.K的熱導率(即，指示材料傳導熱量的能力的屬性)，優(yōu)選地是至少0. 4ff/m ·Κ。根據(jù)本發(fā)明的熱傳導聚合物層的熱導率可以高達0. 9ff/m · K。優(yōu)選地，本發(fā)明線纜的熱傳導聚合物層包括阻燃劑材料。
根據(jù)本說明書和權(quán)利要求書，“阻燃劑”的意思是根據(jù)IEC60332-1-2 (2004)具有延遲火焰?zhèn)鞑サ哪芰Φ牟牧稀?yōu)選地，熱傳導聚合物層包括無鹵素的材料。熱傳導聚合物層可以有利地由基于乙烯或者丙烯聚合物或者共聚物的聚合物材料，或者其添加了無機阻燃劑填充物(例如，氫氧化鎂)的混合物制成。在EP-A-0998747 或者在EP-A-1116244中描述了適于在本發(fā)明中用作熱傳導聚合物材料的材料例子。優(yōu)選地，熱傳導聚合物層包括阻火劑材料。在本說明書和權(quán)利要求書中，“阻火齊U” 的意思是根據(jù)IEC 60332-3-24(2000)具有耐火能力的材料。用于本發(fā)明的熱傳導聚合物層的其它示例材料是高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)。緩沖管的聚合物材料可以基本上與熱傳導聚合物層的材料相同。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，例如由聚芳基酰胺線或玻璃纖維與可吸水粉末制成的阻水經(jīng)紗層(thread layer)在關(guān)于熱傳導聚合物層的徑向內(nèi)部位置提供。例如，所述阻水層圍繞松散地包含至少一條光纖的緩沖管。該阻水經(jīng)紗層對保護光纖不受熱量的影響起作用，并進一步阻止水的縱向傳播。當經(jīng)紗層基于玻璃纖維時，實現(xiàn)了對線纜的防嚙齒動物保護。銅導體形成接地導體，并且在熱傳導聚合物層的幫助下對為線纜提供期望的機械強度起作用。銅導體還保護線纜不受象嚙齒動物的動物的攻擊。銅導體是圍繞熱傳導聚合物層在關(guān)于線纜軸的基本縱向配置中提供的。優(yōu)選地， 導體與熱傳導聚合物層直接接觸。由關(guān)聯(lián)銅導體/熱傳導聚合物層所確保的光纖的機械保護使得允許本發(fā)明的更快且更不復雜的線纜鋪設(shè)過程。特別地，沙層的使用不再是必需的，而且線纜可以直接鋪設(shè)在基于小顆粒尺寸材料的土層中，其中小顆粒尺寸材料可以是例如選自線纜管溝掘出材料的材料。在存在水的情況下，銅是熱動穩(wěn)定的，S卩，它基本上不起反應。另一方面，銅的熱導率比鋁的高得多G01W/m · K對237W/m · K)，而且這會引起對光纖有害的溫度升高，尤其是在短路情況和焊接過程中，特別是Cadwell類型的焊接過程，這將在下面進行描述。在根據(jù)本發(fā)明的線纜中，由于熱傳導聚合物層的存在，高熱情況不會引起問題，這確保光纖受到非常好的保護并且即使在熱量峰值的情況下也保持安全。在局部生成高熱峰值的情況下，例如在焊接或者短路的情況下，如果所生成的熱量保持限定到相對小的體積內(nèi)，則將會達到不可接受的高溫度值，這會徑向傳遞到線纜內(nèi)部的光纖，造成其損害。然而，熱傳導聚合物層的存在使得局部產(chǎn)生的熱量沿線纜的長度縱向傳遞，由此以如下方式分散熱量，即，使得所達到的溫度峰值維持在低于線纜中所容納的光纖的可接受值。


通過閱讀以下具體描述，本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點將很容易出現(xiàn)，其中本發(fā)明的示例實施例是結(jié)合附圖給出的，附圖中圖IA和IB分別以立體圖和截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的線纜；
圖2示意性地示出了可以使用圖IA和IB的線纜的系統(tǒng)的例子；圖3示意性地以截面圖示出了圖2的線纜的地下鋪設(shè)布置的細節(jié)；及圖4示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的接地線纜的截面圖。
具體實施例方式在圖4中示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的接地線纜，其中線纜400包括標準配置的電線導體 401。由于缺乏任何護套，因此這種線纜也稱為“裸導體”。參考附圖，尤其是圖IA和1B，根據(jù)本發(fā)明實施例的線纜(整體上標為100)包括至少一條光纖105，優(yōu)選地是多條光纖，例如在從8到M的數(shù)量范圍內(nèi)(但是，線纜也可以包括不同數(shù)量的光纖)。光纖105可以是單模或者多模光纖。光纖105松散地容納在緩沖管 110中。例如，八條光纖包含在內(nèi)直徑為3. IOmm和外直徑為4. 40mm的緩沖管內(nèi)。應當指出，在線纜100中可以存在多個緩沖管，每個緩沖管包含預定數(shù)量的光纖 105。在預期有多個緩沖管的情況下，它們優(yōu)選地是絞合的，采用連續(xù)的或者交替螺旋(S-Z) 配置。圍繞緩沖管110，提供了阻水經(jīng)紗材料層115，形成阻水層。用于層115的阻水經(jīng)紗材料可以是添加了(優(yōu)選地是涂覆了)吸水粉末的聚芳基酰胺線或者優(yōu)選地玻璃纖維。由熱傳導聚合物材料形成的層120圍繞層115提供。所示例的聚合物材料是熱導率例如為0. 6ff/m ·Κ的阻燃、無鹵素聚合物材料。適于這種目的的材料在由ftrsmian S. p. A 以商標Afumex 市售的線纜中使用，而且包括例如包含氫氧化鎂的聚丙烯和線性低密度聚乙烯(LLDPE)的混合。適于本發(fā)明的熱傳導聚合物層120的材料的另一個例子是基于包含氫氧化鋁的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)聚合物。熱傳導聚合物層120可以具有從0. 5mm到3mm的厚度。從機械的角度看，至少1mm 的厚度是優(yōu)選的。導電銅線130在關(guān)于熱傳導聚合物層120的徑向外部位置提供，且與熱傳導聚合物層120直接接觸。熱傳導聚合物層120對光纖105的機械保護起作用，尤其是它保護光纖抗熱。例如在隨后所述的實現(xiàn)線纜到例如接地系統(tǒng)的電連接的焊接過程中，或者在當線纜運行時在短路的情況下，可以產(chǎn)生熱量。熱傳導聚合物層120還允許可能在光纖周圍形成的氫通過擴散而“逃脫”，因此在線纜中可能生成的氫不會隨時間累積到適于造成光纖衰減的濃度。阻水經(jīng)紗材料層115也對保護光纖不受在線纜中徑向傳播的熱量的影響，并進一步阻止水的縱向傳播。阻水層115中玻璃纖維的使用還具有實現(xiàn)對線纜的防嚙齒動物保護的優(yōu)點。銅導體130形成本發(fā)明的線纜的接地導體，而且它與聚合物層120 —起為線纜提供機械強度，由此確保光纖得到合適的保護。銅導體130還幫助保護線纜不受象嚙齒動物的動物的攻擊。例如，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計為電阻≤0. 3870hm/km的線纜具有十六條銅導體， 其中每條銅導體的直徑為2. 270mm。由關(guān)聯(lián)銅導體/熱傳導聚合物層提供的機械保護使得允許本發(fā)明的線纜的快速而簡單的鋪設(shè)過程，如下文中將要討論的。
在圖2中，示意性地示出了使用圖IA和IB的線纜的例子。在風車塔200中，用于輸送所產(chǎn)生電力的中壓(MV)線纜210從發(fā)電機/變壓器系統(tǒng)201出發(fā)，到達用于開/關(guān)切換電力網(wǎng)的單元205，其中線纜210象一般來自其它風車塔的其它MV線纜連接到所述電力網(wǎng)。單元205通常位于風車塔200的基部附近。MV線纜210連接到接地系統(tǒng)225(該連接未示出)。根據(jù)本發(fā)明的線纜215在地下的管溝中鋪設(shè)，一般是與MV線纜210相同的管溝。 線纜215從管溝中取出并被帶到地面上，用于根據(jù)需要與例如位于風車塔200中的光纖連接盒220相對應地接近光纖，并用于將銅導體連接到風車塔200的接地系統(tǒng)，風車塔200又連接到土壤。線纜215到接地系統(tǒng)225的連接可以在點230經(jīng)例如Cadwell焊接過程實現(xiàn)。 Cadwell焊接過程包括如下步驟暴露要焊接的金屬部分，并將暴露的部分放到金屬性兩閥門模子中。所述模子在閉合時在該模子的一個表面上給料斗(hopper)留出位置。料斗充滿了焊接粉末和點火粉末，后者也設(shè)置在模子的邊緣上，然后料斗被蓋子緊密閉合，且用槍與點火粉末接觸以用于點火。在所例示的例子中，點230是兩個，用于確保每個風車塔接地系統(tǒng)與電網(wǎng)(未例示)的接地系統(tǒng)之間的接地連接的連續(xù)性。MV線纜210可以在至少一個點230或者在不同的點處連接到接地系統(tǒng)225。對于例如風車塔運行的控制有用的電信連接可以通過如下步驟執(zhí)行切斷線纜 215的銅導體；取出光纖；并將光纖在連接盒220中絞編接頭。銅導體的切斷可以在點230 處接地連接下游的線纜215的任何點執(zhí)行。圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于線纜215的有利鋪設(shè)布置。在土壤中挖管溝305，用于鋪設(shè)線纜215。將選自例如管溝掘出材料的相對小顆粒尺寸的土材料層310淀積到管溝305的底部，然后鋪設(shè)線纜215與MV分布線纜210;然后使用相同的小顆粒尺寸土材料來覆蓋線纜215和MV分布線纜210 因此這兩種線纜被埋在小顆粒尺寸的土材料中。 然后，用其它材料315(例如，管溝掘出材料的剩余部分)填充管溝305。不需要沙層。在本發(fā)明線纜的制造過程中，銅線130偏離(pay off)各自的線軸，并利用預定的節(jié)距(pitch)(例如，角度為11. 5°的185mm的節(jié)距)圍繞聚合物層120絞合。在銅線130圍繞熱傳導聚合物層120絞合的過程中施加到銅線130上的拉力應當被調(diào)整，以避免對光纖的可能損壞，并確保光纖的足夠額外長度，從而保證線纜在不同天氣條件下的良好行為。優(yōu)選地，銅線130形成基本上連續(xù)的覆蓋，沒有孔而且下面的熱傳導聚合物層120 沒有未被覆蓋的部分。應當確保相鄰銅線130之間良好的相互接觸，既保證線纜作為接地導體的良好性能，又保證下面的層不受實現(xiàn)到接地系統(tǒng)的電連接的焊接過程中所產(chǎn)生的熱量和所使用材料的影響。
權(quán)利要求
1.一種適于在地下鋪設(shè)的接地線纜(100 ；215)，包括至少一條光纖(105)， 其特征在于包括-圍繞所述至少一條光纖的熱傳導聚合物層(120)；及 -關(guān)于所述熱傳導聚合物層在徑向外部位置布置的銅導體(130)。
2.如權(quán)利要求1所述的接地線纜，其中所述熱傳導聚合物層具有至少0.3ff/m · K的熱導率。
3.如權(quán)利要求2所述的接地線纜，其中所述熱傳導聚合物層具有至少0.4ff/m · K的熱導率。
4.如權(quán)利要求2或者3所述的接地線纜，其中所述熱傳導聚合物層具有高達0.9ff/m ·Κ 的熱導率。
5.如前面任何一項權(quán)利要求所述的接地線纜，其中所述熱傳導聚合物層包括阻燃劑材料。
6.如前面任何一項權(quán)利要求所述的接地線纜，其中所述熱傳導聚合物層包括阻火劑材料。
7.如前面任何一項權(quán)利要求所述的接地線纜，其中所述熱傳導聚合物層基于選自如下組的材料，所述組由乙烯或者丙烯聚合物或者共聚物、或者它們的混合物構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求7所述的接地線纜，其中所述熱傳導聚合物層至少包括阻燃劑填充物。
9.如前面任何一項權(quán)利要求所述的接地線纜，還包括阻水經(jīng)紗層(115)，該阻水經(jīng)紗層(115)圍繞所述至少一條光纖，且布置在所述熱傳導聚合物層以內(nèi)。
10.如權(quán)利要求7所述的接地線纜，其中所述阻水經(jīng)紗層包括聚芳基酰胺線和玻璃纖維中的至少一種。
11.如前面任何一項權(quán)利要求所述的接地線纜，其中銅導體與所述熱傳導聚合物層直接接觸。
12.一種電接地系統(tǒng)，包括 -通用地部(225)；-至少一條接地線纜(215)，包括連接到所述通用地部(225)的電導體(130)， 其特征在于所述接地線纜包括 -至少一條光纖(105)；-圍繞所述至少一條光纖的熱傳導聚合物層(120)；及_關(guān)于所述熱傳導聚合物層在徑向外部位置布置的銅導體(130)，該銅導體形成所述電導體。
13.如權(quán)利要求12所述的電接地系統(tǒng)，其中所述至少一條接地線纜是在地下鋪設(shè)的。
14.如權(quán)利要求12或者13所述的電接地系統(tǒng)，其中所述接地線纜的電導體通過焊接連接到所述通用地部。
全文摘要
一種適于在地下鋪設(shè)的接地線纜(100；215)包括至少一條光纖(105)；圍繞所述至少一條光纖的熱傳導聚合物層(120)；及關(guān)于所述熱傳導聚合物層在徑向外部位置布置的銅導體(130)。
文檔編號G02B6/44GK102159977SQ200880131136
公開日2011年8月17日 申請日期2008年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月4日
發(fā)明者J·M·馬丁-里加拉多, J·百特勒, M·坎普利奧 申請人:普睿司曼股份公司