海底电缆专利技术发展综述

海底电缆是用绝缘材料包裹的导线，敷设在海底及河流水下，用于电力或电信传输。从海底电缆的结构用途，可以分为电力电缆、通信光缆、光电复合电缆、配件、制造方法等。从海底电缆主要解决的技术问题，可以分为：机械强度、防护性能、防腐蚀性能、防水性能、导电性与载流量性能、重量及成本、增加功能等。 1 中国专利申请状况 1.1 萌芽期（1985-2007年） 在这一阶段，有关海底电缆的中国专利申请为28件。通过对比国内专利申请趋势与全球专利申请趋势可以得知，当国外专利申请处于研究初级阶段（1971年之前）时，中国的申请量还是0，而在国外专利申请趋于平稳（1972-2005年）时，中国的申请才处于萌芽阶段。在该阶段，虽然整体申请量不多，但是中国申请人的申请量还是占了整体申请量的50%以上，主要申请人除了宁波东方电缆股份有限公司、天津六○九电缆有限公司、上海电缆厂有限公司这几个老牌电缆厂商，还有很多国外公司在中国的申请。 1.2 增长期（2008年-至今） 在这一阶段，申请数量急速增长，达到331件，一方面说明国内更多的申请人越来越看重海底电缆的技术优势，另一方面也说明国内海底电缆工业正以爆发式速度迅猛发展。虽然国外尤其是申请量排名靠前的申请人对海底电缆的研究历史比国内要长，但随着发达国家环保意识的增强，电缆工业已逐渐转移到发展中国家，中国进入2008年后尤为发展迅速。 2.海底电缆专利技术发展分析 根据目前有关海底电缆的专利申请中所涉及的技术问题，主要分为以下五类，当然大部分申请都是针对海底电缆的综合性能作出的改进，而不仅仅只是其中一项： 2.1 增强机械强度及防护性能 无论是世界范围内的申请，还是中国申请，针对增强海底电缆机械强度方面的是最多的，其具体技术手段包括：（1）采用铠装方式，包括铠装结构、铠装层数、铠装材料、混合铠装等，例如USA、FRA、CNA，后者的混合铠装层呈环形由青圆铜丝与无磁不锈钢丝一一间隔排列构成，在有效减少铠装涡流损耗的同时，能够大大提高海缆的抗恶劣环境性能；（2）采用加强方式，包括中心加强件、加强层、镶嵌钢丝等。例如CNU、USA、JP平2-A；（3）采用填充方式或绕包方式，包括填充的材料、填充的位置、绕包材料的改进、层数的增加、位置的变化等，例如CNA、CNY；（4）防护材料改进，例如GBA采用聚乙烯对苯二酸盐作为护层，JPA采用交联聚乙烯加入1-20%的氧化镁作为绝缘护层，CNA采用纳米改性环氧树脂与其他组分如甲基四氢苯酐、奇士增韧剂等复配使用的绝缘复合材料层。 2.2 增强防腐蚀及防水性能 由于海底电缆是长期浸泡在海水中工作的，必须能够适应磨损、腐蚀、生物等环境，必须保证其水密封，且断裂时应尽可能减少海水渗入光缆内的程度，其具体技术手段包括：（1）采用防腐蚀材料，例如JP特开平5-A及CNA，前者在镀锌铁质电线的表面挤塑一层热塑性热熔胶，然后再在该热塑性热熔胶层的表面挤塑一层聚氯乙烯；（2）采用防水材料，例如EP0A1在芯体外设置多层纺织纱衬层，每层分别由松焦油-天然沥青混合物涂层所覆盖；（3）采用填充方式，例如JP昭58-A在光纤缆芯和铜管之间填充0.7-0.8g/ml的聚丙烯酰胺粉末，膨胀形成止水隔离墙，CNA在光纤与密封的不锈钢管内填充有阻水纤膏，CNA在绞合导体的间隙中充满可导电的密封胶；（4）增加阻水层，例如EPA1、CNA、CNA。 2.3 增强导电性及载流量性能 海底电缆作为现阶段洲际通信的主要手段，增强导电性、降低损耗、提高载流量成为其发展的必然趋势，其具体技术手段包括：1）扩大规模。例如CNA，镀锡铜螺旋管的外周紧密排列有多根高导电退火软铜线构成导体层，导体层的外周包覆有多层绝缘、屏蔽及保护层，具有更大的载流量，CNA由若干个变频电缆单元绞合成缆，变频电缆单元之间填充有间隙填充材料；（2）采用改进的导体材料，例如CN采用导电铜棒上绞合碳纤维绞合束形成的碳纤维线芯；（3）屏蔽，例如FRA1、CNU。 2.4 减轻重量及降低成本 海底电缆属于工业产品，因此在满足其它性能需求的基础上要求其尽可能重量轻、成本低，其具体技术手段包括：（1）简化结构，例如JPSA，具有防水压内部导体和外部导体两层，中间通过聚乙烯绝缘层隔开；（2）采用新材料，例如CNA，线芯是由位于中心位置的钢丝导线和位于周围的铝导线共同绞合而成。 2.5 集成更多功能 随着科技的进步和越来越多元化的需求，将其它功能集成到海底电缆中也是海底电缆技术的一个发展方向，包括光电复合、改善柔软性、增强可视性、同步检测监测、自修复、可更换填充物、降温等。例如JP特开平9-，将水管、电缆和光缆集成到一根海底电缆中，通过绝缘层和护层隔开，可同时传输水、光信号和电力，CNA，其外皮上具有由至少一条纵向条纹构成的标记，它采用较浅的颜色与黑色外皮形成强烈对比，从而在电视图片上易于分辨，CNA，阻水通道设置有冷却油，具有降温功能，CNA，通过在传统水下电缆主体上设置易断点，在易断点设置修复材料包，断裂后，易断点处的电阻加大，因电阻的加大导致发热升温，从而熔融焊接用材料，对易断点进行连接修复。 3 总结 海底电缆的发展主要围绕五个技术问题展开，改进无非是从结构和材料这两方面进行。如果针对多个技术问题从多个方面综合进行改进，尤其是新功能的集成、新材料的应用，则是很有可能具有新颖性和创造性的，或许可以作为国内申请人研究的重点。 就目前而言，关于海底电缆的研究和发展，早期申请量主要分布在日本、德国、美国、挪威等，近年申请量主要分布在中国，还有日韩。因此，如果涉及减轻重量及降低成本或集成更多功能，可以先在CNTXT和CNABS中查找中国申请文献；而如果涉及的是增强机械强度及防护性能、增强防腐蚀及防水性能、增强导电性及载流量性能，则可以先去DWPI库中查找早期的国外文献。

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