水密线缆的应用及分类

许治晶

中国船舶集团有限公司第七二六研究所，上海，201108

[摘要]：本文论述水密线缆的应用，并按传输功能、密封功能、比重、护套材料、耐应力等几个方向进行了分类，为水密线缆的国产化研制及应用选型做了技术指导。

[关键词] 水密线缆；应用；分类

[中图分类号] TB556 [文献标识码]A [文章编号]

Application and classification of watertight cable

ZhiJing Xu

(xxx, 201108 china;)

Abstract: This paper discusses the application of watertight cable, and classifies it according to transmission function, sealing function, specific gravity, sheath material, stress resistance and other directions, providing technical guidance for the localization development and application selection of watertight cable

Key words:Watertight cable; Application; classification

xxxx 2023年第X期

xxxx No X 2023

0 引 言

2022年习总书记对建设海洋强国作出重要指示：“建设海洋强国是实现中华民族伟大复兴的重大战略任务。《中国制造2025》把海洋工程装备和高技术船舶作为十大重点发展领域之一加快推进，明确了今后10年的发展重点和目标，为我国海洋工程装备和高技术船舶发展指明了方向。水密线缆作为海洋装备的水下光电传输的重要组成部分，其技术发展和产品的系列化发展制约着我国军民各类水下装备或设备的发展，部分技术难题已经成为 “卡脖子”工程。

水密线缆是主要用于海洋湖泊等各种水下设备、水下仪器的光电传输，其具体的应用主要有水面舰船、水下潜艇、水下机器人、水下声呐、浮标、潜标等水下设备以及海洋观测网、海洋探测网、油气勘测等水下系统，故水密线缆又称“水密脐带”缆或“水下血管”。目前我国从事线缆行业的企事业单位有成千上万家，而具备水密线缆设计与工艺研究、加工制造、全性能试验验证与测试等能力的单位却不足5家。相比于国外百年的发展历程，我国第一根水密电缆的研制距今不足20年的时间，技术发展和产业化发展还处于初级阶段。

针对于水下线缆的分类，本文将做详细的综合论述。

1水密线缆的传输功能分类

1.1 水密光缆

光纤按照传输模式分为单模光纤、多模光纤。水密光缆是指将单模或多模光纤按照一定的方式组成缆芯，以实现光纤信号的传输，并能在水下传输。

1.2射频同轴水密电缆

射频电缆其是由相互同轴的内导体、外导体以及支撑内外导体的介质组成的 ，其功能是传输射频范围内电磁能量。射频同轴水密电缆可以在水下传输射频信号。

1.3电力及控制水密电缆

电力及控制电缆是用于传输电能或控制信号的电缆。按照电压等级可分为低压（3kV及以下）、中低压（35kV及以下）、高压（110kV及以上）、超高压（275kV~800kV）。按照工作电流的大小可分为特小电流（0.01A及以下）、超小电流（0. 1A及以下）、小电流（10A及以下）、中电流（30A及以下）、大电流（50A及以下）、超大电流（200A及以下）、特大电流（1000A及以下。）电力电缆的导体标称截面积一般大于2.5mm2，控制电缆的导体标称截面积一般为2.5mm2及以下。电力及控制水密电缆可以在水下实现电力电能的传输及控制信号的传输。

1.3射电复合水密缆

射电复合水密电缆是将射频同轴水密电、电力及控制水密电缆两者的功能混装设计，在一根线缆上传输射频信号、电力、控制信号。

1.4网电复合水密缆

网线分百兆网线和千兆网线，网电复合水密电缆是在电力及控制水密电缆的基础上增加了网络信号线，在一根线缆上传输网络信号、电力、控制信号等多种电能。

1.5光电复合水密缆

光电复合水密缆是在电力及控制水密电缆的基础上增加了光纤，在一根线缆上传输光、电力、控制信号等。

1.6气电复合水密缆

气电复合水密缆是在电力及控制水密电缆的基础上增加了导气管，在一根线缆上传输气、电力、控制信号等。

1.7气光电复合水密缆

气光电复合水密缆是在电力及控制水密电缆的基础上增加了导气管和光纤，在一根线缆上传输气、光、电力、控制信号等。

1.8液电复合水密缆

液电复合水密缆是在电力及控制水密电缆的基础上增加了导液管，在一根线缆上传输液、电力、控制信号等。

1.9液光电复合水密缆

液光电复合水密缆是在电力及控制水密电缆的基础上增加了导液管、光纤，在一根线缆上传输液、光、电力、控制信号等。

2水密线缆的密封功能分类

2.1 横向密封

非穿仓用的水下使用环境。要求电缆外护套（径向）能耐水压，在规定试验压力和时间内，线缆绝缘电阻不下降，电缆不变形。

2.2 纵向密封

用于舰船穿仓连接，高可靠性的使用环境。要求电缆端面（轴向）能耐水压，在规定试验压力和时间内，不允许有水渗出。

3水密线缆的比重分类

3.1正浮力

线缆的比重小于水的密度，线缆在水中处于漂浮状态，故具有正浮力的线缆也称漂浮线缆。

3.2中性浮力

线缆的比重接近水的密度，线缆在水中处于悬浮状态，故具有中性浮力的线缆也称零浮力线缆。

3.2微重力

线缆的比重在1.14~1.18g/cm³之间。

3.3重力

线缆的比重大于1.19~1.5g/cm³之间。

3.4重型重力

线缆的比重大于1.5g/cm³。

4水密线缆的铠装分类

4.1芳纶纤维铠装

芳纶纤维全称"芳香族聚酰胺纤维"，具有超高强度、高模量和耐高温、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的5~6倍，模量为钢丝的2~3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5。采用芳纶纤维铠装的电缆具备高抗拉强度、比重小，常用于正浮力、零浮力及微重力拖缆的承力层。

4.2超高分子量聚乙烯铠装

超高分子量聚乙烯是分子量150万以上的无支链的线性聚乙烯，是继碳纤维/芳纶纤维后出现的第三代高性能纤维，属于热塑性工程塑料，强度高达30.8cN/dtex,比强度是化纤中最高的，又具有较好的耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐光等优良性能。是目前已工业化纤维中比强度最高、密度最小的特种纤维。

采用超高分子量聚乙烯铠装的线缆在同等外径的前提下，相比芳纶纤维铠装的线缆，具备更高的抗拉强度与较小的比重。

4.3钢丝铠装

钢丝铠装电缆是采用钢丝作为电缆的铠装保护层或承力层，在电缆进行水下布放或拖曳时保护电缆护套，或再电缆布放后防止其余机械伤害，常见的应用是海底线缆或水下重型机器人拖曳缆。

5水密线缆的护套材料分类

5.1聚醚聚氨酯

聚氨酯（PU），全名为聚氨基甲酸酯，是一种高分子化合物。聚氨酯材料具有很强的极性，使得它能够与大多数材料牢固地结合。相对密度1．10~1．25，聚氨酯有聚酯型和聚醚型二大类，聚醚聚氨酯耐水解性能优良，其是作为水密电缆的护套材料的首选，具备优良的水密性能，并且可以与不同型号的水密连接器进行聚氨酯硫化粘结，以保证水密连接器与聚醚聚氨酯护套的水密电缆的水密组件的密封可靠性。

5.2氯丁橡胶

氯化橡胶是由天然橡胶或合成橡胶经氯化改性后得到的氯化高聚物之一。有良好的物理机械性能，耐油，耐热，耐燃，耐日光，耐臭氧，耐酸碱，耐化学试剂。缺点是耐寒性和贮存稳定性较差。

采用氯丁橡胶作为护套的电缆相比于聚氨酯护套电缆，其耐热性能更为优秀，在80～100℃可长期使用，缺点是耐低温性能较差，其护套在-40 ℃以下会产生玻化现象。

5.3聚乙烯

聚乙烯（polyethylene ，简称PE）是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。在工业上，也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物。聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能（最低使用温度可达-100~-70°C），化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀（不耐具有氧化性质的酸）。常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性优良。相对密度为0.91 至 0.97 g/cm³之间。

由于聚乙烯密度相比其余材质较低，采用聚乙烯作为电缆护套料，常用于正浮力的线缆。缺点是聚乙烯属非极性聚合物,与无机物、极性高分子相容性弱，在与水密连接器时，采用密封胶进行粘结时比较困难。

5.4热塑性弹性体TPE

热塑性弹性体，简称TPE或TPR，是Thermoplastic rubber的缩写。是常温下具有橡胶的弹性，高温下具有可塑化成型的一类弹性体。相对密度为0.92~0.98。其既具备了聚氨酯的弹性优点，又具备聚乙烯低密度的优点，同时相比的聚氨酯的非极性，TPE与树脂的相容性要好。

6水密线缆的耐应力分类

6.1耐抗拉

水密线缆的耐抗拉拖曳主要指其具备高的抗拉断裂强度，断裂强度最高可达500kN，其应用的场景主要船舶与水下拖体的拖曳场景。

6.2耐曲挠

水密线缆的耐曲绕主要可在小弯曲半径小实现多次的反复弯曲，特别是拖曳缆在绞车线盘上反复收放时。

6.3耐扭转

水密线缆的耐扭转主要可实现水密线缆的一端固定一端在一定角度的反复扭转，特别是水下拖曳在水中扭转时。

7结论

本文论述水密线缆的传输功能、密封功能、比重、护套材料、耐应力等几个方向进行了分类，为水密线缆的国产化研制及应用选型做了技术指导。

参考文献

[1]钟成行，王爱庆，靳志杰.水密电缆的结构分类及特性分析［J］.现代传输2016,36(4)23－25

[2]水利飞，邓九旺，叶常青，肖尚兵. 浅谈舰船用水密电缆密封性能的控制［J］.光纤与电缆及其应用技术 2018. 364：39 － 41