海底绝缘电缆的制作方法

本发明涉及一种绝缘电缆。本发明尤其涉及一种包括导电芯和包围所述芯的绝缘材料的绝缘电缆，其中所述电缆包括在其整个连续长度上具有不同芯横截面积的长度部分。在整个连续长度上，所述长度部分可以附加地或可替代地具有围绕它们各自的芯的不同厚度的绝缘材料。

背景技术：

绝缘电缆应用在许多领域中。例如，绝缘电缆可以用于海下(即海底)或地下环境中，例如用于离岸风能发电站、离岸油或气钻探平台、矿业设施或其它必须被运输电力或送出电力的位置。

这种绝缘电缆的使用寿命受到许多因素的限制。其中一个因素是电缆中的绝缘材料当受到电压时而受到的介电应力(dielectricstress)。当暴露在大于材料介电强度的介电应力下时，会导致材料被击穿并且会失去其绝缘性能。类似地，当长期地暴露在等于或小于材料介电强度的介电应力下时，会最终导致材料被击穿并且会失去其绝缘性能。这会使得绝缘电缆失效且危险。

绝缘材料在介电强度上的性能也取决于电介质(电绝缘材料)在其寿命期间保持干燥的程度。对于某些设计成用于海底并用于较高电压的电缆，通常预期电缆必须具有当浸没于水中时能够防止水透过其外表面而到达电缆关键部分(主要电绝缘材料或电介质)的能力。

通常，为了防止水透过电缆并到达电绝缘材料，电缆和/或每个电缆芯都要涂覆或包裹在诸如铅或沥青(例如石油沥青或煤焦沥青)的防水材料中以形成密封防潮层。然而，这样的材料具有这样的显著缺点，即这些材料会使得电缆沉重和/或难以操作和安装。这种材料还可能在电缆的使用中的移动中破裂或解体，从而损害它们的防水性能。此外，诸如铅之类的一些材料变得不太理想，这是因为这些材料对环境以及对操作者和制造者都具有有害的影响。

另一种方法是省略铅或其它这样的防水材料，接受一些水或水蒸气可以渗透到电缆中，但管理相关的效果。这些效果之一是绝缘材料对水的渗透性。在一些材料中，当水在给定点渗入材料时，水从该点径向地传递。这样的传递形状类似于树的形状，因此这样的传递模式通常被称为“湿度树”或更具体地称为“水树(water-tree)”。耐水传递的材料也被称为“抗水树剂(water-treeretardant)”。

依赖于水分树阻止剂材料的击穿强度的功效，这种类型的设计可以提供在减小电缆的直径和重量上的优点,并在不使用密封的铅护套以确保水密性的情况下改善电抗。

绝缘电缆的介电强度还受到电缆运行温度的影响，所述运行温度取决于电缆散热的能力。典型地，具有诸如xlpe(交联聚乙烯)或epr(乙丙橡胶)的标准聚合物绝缘材料的绝缘电缆不能长时间地在高于90℃的连续温度下运行，否则有失去介电性的风险。在这种绝缘电缆的设计中，电缆的尺寸使得不超过这些温度限制，因此电缆的散热能力是设计中的关键特征。

绝缘电缆的散热能力取决于多个因素，包括导电芯的厚度和其它特征；形成电缆一部分的绝缘材料的厚度和其它特征；包围绝缘电缆(以保护或引导电缆)的任何护罩或套管的厚度和其它特征；使用绝缘电缆的环境(例如在水中，在空中，或以较大或较小深度埋入地下/沙里)；以及与其它热源(其它电缆，地热特征，阳光等)的接近度。iec60287等标准使电缆或系统的设计人员能够根据电缆的材料成分和使用环境来定义电缆的额定电流。

影响绝缘电缆介电强度的其它因素包括施加在电缆上的机械应力。例如，受到轴向张力的电缆可能会比不受到轴向张力的电缆更快地呈现出介电失效(dielectricfailure)。受到压缩应力的电缆也表现出比受到张力的电缆更缓慢失效。

上面讨论的一个或多个因素可以在给定的绝缘电缆的整个长度上变化，特别是对于海底应用的电缆来说。例如，从顶部平台到海底电缆，绝缘电缆的一些部分可以在空气中，被封闭在套管内并且处于轴向张力下；一些部分可以在水中，封闭在套管内并在轴向张力下；而另一些部分可以在水中，但被封闭在套管内并且由于在运行水深处的流体静压力而处于压缩应力下。

在湿老化(wet-ageing)试验中，处于轴向张力下的部分比在压缩应力下的部分表现得相对更差。已显示压缩应力导致关于电缆的湿老化性能的差异速率。

这意味着，对于海底应用，(在整个长度上)具有特定绝缘厚度和芯横截面积的海底电缆的可靠性将受到处于最恶劣环境中、并且受到最高电、机械和热应力的那些部分的限制。电缆的被电缆上方的水施加压力而受到压缩应力的部分的可靠性要大于电缆的从海床下降/上升并因此受到轴向张力以支撑其自身重量的部分的可靠性。类似地，在空气中的部分将比在水下的部分具有更低的有效冷却，因此对于给定的电力负载，空气中的部分将倾向于在更高的温度下运行。同样的原理也用于那些暴露于诸如太阳辐射的外部热源的部分。

为了保证电缆能够在预定的时间段内安全地运行，电缆制造者确定在电缆的使用过程中将经历的因素的最差组合下使电缆在预定时间段内安全运行所需的介电强度。例如，对于给定的电缆将经历到的因素最差组合可能是被应用于空气中，被包裹于套管内并受到轴向张力。电缆制造者确定使电缆在电缆的预定寿命期间在这些条件下安全运行所需的介电强度，选择所需的芯材，芯厚度，绝缘材料和绝缘材料厚度，并在整个电缆的长度上按照该标准制造电缆。

按照一种标准制造一整段电缆，在以前被认为对制造多种长度和缩短的交付时间是有利的。然而，海上能源行业一直不断追寻降低成本。显然，优化设计可以提供降低成本的优点，但电缆的部分在电缆的大部分中过度规定是不利的。例如，将绝缘材料制造得比大部分电缆所需的厚度更厚，会使得电缆的制造更加昂贵，生产线速度降低，运输成本更高，安装成本更高。此外，当电缆整体达到其使用寿命的终点时，因为只有一些长度部分的电缆处于或接近于电缆的温度阈值(所述温度阈值沿电缆长度是均匀的)，所以只有一些长度部分的电缆(即电缆的经历上述因素的最差组合的长度部分)达到其寿命终点。这意味着可能地对电缆的可使用的长度部分进行了不必要的更换。

对于连接远点的长电缆来说，这尤其低效，因为它们的参数可能受到每端部分的要求的限制。例如，长电缆可以连接距离在几百米或以上的两个平台。在这种电缆的任一端，可能有较短的长度部分(例如几十米的数量级)需要厚的绝缘，因为这些长度例如处于空气中，暴露于阳光下，由套管保护并受到轴向张力。然而，如果电缆的很大一部分长度例如沿着几乎没有阳光照射的海床延伸，不具有保护性套管，并受到压缩应力而不是轴向张力，则其可以具有相当低的绝缘需求。为了使得电缆在这样的短长度部分上满足安全要求，以这样短长度部分所需的标准要求来制造整个电缆，意味着在海面下的数百米或更长的电缆被不必要的重度绝缘。

在一些离岸的构造中，可能需要将电缆的各部分以机械接合件部分连接在一起以实现电缆在海床上的较长距离延伸。这种类型的机械接合的特征在于需要将电缆的每一端加强成几米长并且直径增大的刚性“罐”部分。虽然这种类型的接合系统有助于通过电缆系统继续供电，但是这种刚性机械接合件的存在给在安装期间在甲板上的装卸和下水提出了额外的挑战，使得在部署这样的刚性接合件时需要额外的时间和养护。

本发明旨在克服或至少改善上述一个或多个问题。

技术实现要素：

根据本发明，提供了一种海底绝缘电缆，包括导电芯和围绕所述芯的绝缘材料，其中所述电缆包括：第一长度部分，沿着所述第一长度部分所述芯具有横截面积a1，所述绝缘材料具有厚度t1；第二长度部分，沿着所述第二长度部分所述芯具有横截面积a3，所述绝缘材料具有厚度t2，其中所述第一长度部分的横截面积a1和厚度t1中的至少一个大于所述第二长度部分的相应的横截面积a3和厚度t2。

有利地，根据这些电缆的长度部分的将被应用的条件，将所述电缆的不同长度部分制造成不同的标准。例如，所述第一长度部分可以悬挂在海上平台上并下降到海床，所述第二长度部分可以沿着海床搁置。因此，所述第一长度部分可以以在空气中、受到轴向张力并暴露于阳光下的电缆所需的标准制造，而所述第二长度部分可以以在水中浸没、受到压缩应力并几乎或完全不暴露于阳光下的电缆所需的标准制造。这可以帮助确保电缆的所有长度部分不被过绝缘或绝缘不足，每个长度部分具有适当的芯横截面积或厚度，以及/或沿着电缆整个长度的不同横截面处的电缆的介电强度适合于横截面将经历的条件。

在一些实施例中，横截面积a1大于横截面积a3。在一些这样的实施例中，厚度t1大于厚度t2。有利地，可以选择横截面积和/或厚度以实现电缆的不同长度部分所需的介电强度。

可选地，所述海底绝缘电缆还包括在所述第一长度部分和所述第二长度部分之间的第三长度部分，所述芯的横截面积沿着所述第三长度部分从a1变化到a3。在一些这样的实施例中，绝缘材料的厚度沿第三长度部分保持基本恒定。

可选地，所述海底绝缘电缆还包括在所述第三长度部分和所述第二长度部分之间的第四长度部分，所述绝缘材料的厚度沿着所述第四长度部分从t1变化到t2。在一些这样的实施例中，芯的横截面积沿第四长度部分保持恒定。

在一些实施例中，海底绝缘电缆包括填充物长度部分，该填充物长度部分包括围绕绝缘材料设置、并沿第四长度部分和第二长度部分的一部分延伸的填充材料，其中所述填充材料的厚度随着围绕芯的绝缘材料的厚度的减小而增加。因此，电缆的横截面积可以沿第四长度部分保持恒定。有利地，这可以减少电缆沿第四长度部分的机械特性的变化。这可以使电缆的装卸和/或安装更容易。

优选地，第三长度部分的芯部分包括感应钎焊锥形接合件。有利地，这可以在电缆的第一和第二长度部分的芯之间提供接合件的最佳形式。形成接合件的过程可以是高度局部化的，因此有利地对电缆的相邻部分产生最小的影响。形成该接合件的过程可以比其它形成接合件的过程更节能。

在一些实施例中，所述长度部分沿着电缆轴向分布在1米到20米之间的距离上。

优选地，第一长度部分是第一电缆部分或形成第一电缆部分的一部分，第一电缆部分具有恒定的芯横截面积a1和恒定的绝缘材料厚度t1；第二长度部分是第二电缆部分或形成第二电缆部分的一部分，第二电缆部分具有恒定的芯横截面积a3和恒定的绝缘材料厚度t2；第三、第四和填充物长度部分是连接第一电缆部分和第二电缆部分的接合件或形成所述接合件的一部分。

绝缘材料优选是聚合物材料，更优选是抗水树聚合物，以抑制水树的形成并因此抑制水进入绝缘材料。绝缘材料可以是抗水树的基于乙烯的聚合物。例如，绝缘材料可以是聚乙烯(pe)，交联聚乙烯(xlpe)，乙丙橡胶(epr)或乙烯丙烯二烯单体(epdm)。这种绝缘材料的使用允许绝缘材料提供在存在水的环境中的运行的可能，从而避免需要额外的防水屏障来围绕绝缘材料。换句话说，绝缘材料不需要保持在与外部环境，即对于海底电缆来说为水隔离密封的密闭环境中。这允许电缆不需要在绝缘材料周围提供基于铅的层，从而允许提供无铅或减铅电缆。

根据本发明，还提供了一种包括多条绝缘电缆的电缆束。

优选地，将束中的电缆布置成使得每条电缆的位于电缆的第一长度部分和第二长度部分之间、并且芯的横截面积发生变化的相应第三长度部分如此定位，使得所述第三长度部分在沿着电缆束的相同轴向位置上彼此不重合。

优选地，将束中的电缆布置成使得每条电缆的位于电缆的第一长度部分和第二长度部分之间、并且电缆的绝缘材料的厚度以及包围着所述绝缘材料的填充材料的厚度发生变化的相应第四长度部分如此定位，使得所述第四长度部分在沿着电缆束的相同轴向位置上彼此不重合。

有利地，第三和/或第四长部分的这种错位可以帮助确保一条电缆的较硬部分(例如电缆的接合件部分，其可能引起局部刚度增加)不会损坏电缆束中的相邻电缆的部分。

优选地，电缆的沿相应的第四长度部分和相应的第二长度部分的一部分延伸的相应的填充物长度部分定位成使得它们沿着电缆束的一部分至少部分地彼此重叠。

可选地，电缆束中的电缆可以是螺旋形的或往复的(例如，电缆在电缆的长度上与其它电缆交换位置)缠绕在一起。

如上所述，通过使用接受水可以到达绝缘材料的“湿性”设计，意味着电缆束和围绕该束的任何层不需要在电缆内提供气密密封的环境。这再次意味着外层不需要高度防水并且允许避免诸如铅之类的材料。

附图说明

将参照例子来对本发明进行说明，其中：

图1示意性地示出了绝缘电缆的两个分开的长度部分；

图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的绝缘电缆的截面图；

图3示意性地示出了根据本发明的一个实施例的包括多条电缆的电缆束的截面图；

图4示意性地示出了根据本发明的另一个实施例的绝缘电缆的截面图；

图5示意性地示出了根据本发明的再一个实施例的绝缘电缆的截面图；

图6a示意性地示出了根据本发明的一个实施例的包括电缆束的系统；

图6b示意性地示出了图6a的电缆束的放大部分；

图7示意性地示出了根据本发明的另一实施例的电缆束；以及

图8示意性地示出了根据本发明的一个实施例的电缆束。

具体实施方式

图1示意性地示出了绝缘电缆的两个分开的部分。绝缘电缆的第一部分(在图1的左手侧示出)包括导电芯3a(有时也称导电体)和包围导电芯的绝缘材料5a。电缆的导电芯通常由导电金属制得，但也可以由诸如碳纳米管技术的非金属导电体制得。绝缘电缆的第一部分的导电芯3a具有基本上恒定的横截面积a1。绝缘电缆的第一部分的具有基本上恒定的总横截面积a2和绝缘体厚度t1。

绝缘电缆的第二部分(在图1的右手侧示出)也包括导电芯3b和包围导电芯的绝缘材料5b。绝缘电缆的第二部分的芯3b具有基本上恒定的横截面积a3，并且绝缘电缆的第二部分具有基本上恒定的总横截面积a4和绝缘体厚度t2。芯横截面积a1大于芯横截面积a3，而绝缘体厚度t1大于绝缘体厚度t2。

容易理解的是，电缆的这些部分被简化以示出关键元件，它们还可能包括额外的未示出的材料层。

如在图1中示出的，在电缆的第一部分(图1的左手侧)包围芯3a的绝缘材料5a的部分可以被切掉以留下芯3a的未被绝缘的突出部分。类似地，在电缆的第二部分(图1的右手侧)包围芯3b的绝缘材料5b的部分可以被切掉以留下芯3b的未被绝缘的突出部分。

图1的各个电缆的两端连接在一起，以形成复合电缆。

图2以截面图的形式示意性地示出了单条复合电缆1的部分，其包括导线芯3，包围芯3的绝缘材料5(5a,5b,5c)，以及沿着电缆1的一部分包围绝缘材料5的填充材料7。单条电缆1包括图1示出的绝缘电缆的两个分开的部分，并具有连接电缆两个部分的接合件。将在以下对单条电缆1进行更详细地描述。

电缆1包括第一长度部分(标号为“i”)，沿着该第一长度部分，芯3具有大致恒定的横截面积a1并且绝缘体5a具有大致恒定的厚度t1。电缆1包括第二长度部分(标号为“ii”)，沿着该第一长度部分，芯3具有大致恒定的横截面积a3并且绝缘体5b具有大致恒定的厚度t2。如图2所示，芯横截面积a1大于横截面积a3，而厚度t1大于厚度t2。

在图2的例子中，电缆1包括第三长度部分(标号为“iii”)。沿着电缆1的轴线，第三长度部分位于第一长度部分和第二长度部分之间。芯3的横截面积沿着第三长度部分从a1变为a3。在示出的例子中，导电芯3沿着第三长度部分连续逐渐变细。(在该例子中，横截面是圆形的)导电芯3的直径沿着第三部分的长度渐渐减小。电缆1沿着第三长度部分的横截面积a2则大致保持恒定。

图2的电缆1还包括第四长度部分(标号为“iv”)。沿着电缆1的轴线，第四长度部分位于第二长度部分和第三长度部分之间。电缆1的横截面积沿着第四长度部分从a2变为a4。在示出的例子中，电缆沿着第四长度部分连续逐渐变细。(在该例子中，横截面是圆形的)电缆1的直径沿着第四部分的长度渐渐减小。芯3沿着第四长度部分的横截面积则大致保持恒定。

图2的电缆1还包括第五长度部分(标号为“v”)。沿着电缆1的轴线，第五长度部分位于第三长度部分和第四长度部分之间。包围芯3的绝缘材料5沿着第五长度部分而改变厚度。包围绝缘材料5的填充材料7(在图2中以阴影区域示出)也沿着第五长度部分而改变厚度。在示出的例子中，沿着第五长度部分从左移动到右，绝缘材料5在厚度上的削减速率基本上相同于填充材料7在厚度上的增加速率。以相同的速率同时改变绝缘材料5和填充材料7的厚度意味着尽管绝缘材料5的厚度减小，但整个电缆1沿第五长度部分的横截面积保持基本恒定。芯3沿着第五长度部分的横截面积也大致保持恒定。

电缆1的第一长度部分是或形成第一电缆部分的一部分。第一电缆部分沿其整个长度具有大致恒定的芯横截面积a1以及大致恒定的绝缘体厚度t1。第一电缆部分制造成一件式并可以在第一电缆部分的另一端与一段或多段其它电缆部分接合。

电缆1的第二长度部分是或形成第二电缆部分的一部分。第二电缆部分沿其整个长度具有大致恒定的芯横截面积a3以及大致恒定的绝缘体厚度t2。第二电缆部分制造成一件式并可以在第二电缆部分的另一端与一条或多条其它电缆部分接合。

电缆1的第三、第四和第五长度部分在电缆中形成接合件的部分。接合件将第一电缆部分(包括第一长度部分“i”)连接至第二长度部分(包括第二长度部分“ii”)。第一电缆部分对应于图1左手侧示出的绝缘电缆的第一(分开)部分，而第二电缆部分对应于图1右手侧示出的绝缘电缆的第二(分开)部分。

图1中的对角线显示了绝缘材料的成形位置(通过切割或成型材料来形成所需的形状)以暴露第一和第二部分电缆的导电芯3，如图2虚线所示。如将在以下更详细说明的，第一部分5a和第二部分5b的绝缘材料在接合过程中经由额外的绝缘材料5c而被熔合在一起以形成在电缆1的轴线方向上均匀的结构。图2中的虚线表示了在接合各个部分、重构并固化绝缘材料之前的第一和第二部分的绝缘材料的结构。

在接合件由第三长度部分形成的部分中，芯3的横截面积从a1改变至a3。在该例子中，采用感应钎焊技术来将第一部分的导电芯(其具有横截面积a1)与第二部分的导电芯(其具有不同的横截面积a2)接合。感应钎焊处理后的接合件设置有芯的锥形部分以实现横截面积上的变化。这可以用插入中间的导电材料的锥形部分形成，例如将铜放置在电缆的第一部分和电缆的第二部分之间并在每端进行钎焊来形成连续的芯。

在电缆的第一部分的芯3已经与电缆的第二部分的芯3接合后，将绝缘材料5c施加在暴露的芯3上以提供图2中示出的绝缘结构。绝缘材料5c粘合并固化成绝缘材料5a，5b，使得绝缘材料5的绝缘特性沿着电缆1的轴线是均匀的。通过堆积胶带涂敷材料来重构厚度或者可替代地通过模制材料来涂敷材料。

在接合件由第五长度部分形成的部分中，绝缘体的外直径和厚度沿着第五长度部分的长度而减小。在第五长度部分的端部，绝缘材料5c具有的横截面积与在电缆的右手侧部分上的绝缘体5b的横截面积类似。然后，新的绝缘体5c在基本恒定的横截面积处延伸，直到其与由成角度的虚线示出的原始绝缘体材料5b相遇的位置。

在横截面积在第五长度部分中的减小保证了绝缘材料5c在尺寸变化之前延伸超过第三长度部分。

在接合件由第五长度部分形成的部分中，电缆1在整个横截面积上不改变，并且芯3在横截面积上也不改变。沿着第五长度部分从左到右，填充材料7用以补偿电缆的减小的尺寸并以恒定的速率有效地保持电缆的厚度。填充材料7的厚度以一定的速率变化，以补偿绝缘材料5的厚度变化。填充材料从接合件由第五长度部分形成的部分延伸到其由第四长度部分形成的部分中。

在接合件由第四长度部分形成的部分中，芯1的横截面积从a2改变至a4。沿着第四长度部分从左到右，包围绝缘材料5的填充材料7的层在厚度上减小，使得电缆1的横截面积沿着第四长度部分减小。填充物的厚度不断减小直至其结束而使绝缘材料5b暴露。

在图2中示出的布置意味着芯的横截面的变化的发生与绝缘层厚度变化的发生不在电缆的同一长度位置上，并且它们的发生和电缆的整个横截面变化的发生不在电缆的同一长度位置上。作为结果，由芯3的横截面积的变化、绝缘材料5的厚度的变化以及电缆1在横截面积上的变化所导致的电缆1在外部轮廓上的任何改变(例如在电缆外部件上的凸起或凹陷)以及电缆的机械结构上的改变(例如在刚度或弹性)都不会在沿着电缆的相同轴向位置上发生。这有助于较小或避免电缆不同部分上的机械应力或电应力的应力集中。

图2示出的布置示出了根据本发明的相对简单的单条芯电缆。然而，许多电缆是复合电缆，所述复合电缆可以包括许多类似于图2的芯，并且可能包括许多其它元件，例如数据电缆，光纤，空气软管等。下面描述根据本发明的简化的复合电缆，其具有类似于图2的绝缘电缆束。

图3示出了包括三条绝缘电缆的电缆束的示意图。三条绝缘电缆的每条包括：第一长度部分、第二长度部分、第三长度部分、第四长度部分以及第五长度部分，如上下文中对图2的电缆1的描述。电缆封装在套管(未示出)中，套管将电缆保持成束。

成束的电缆被如此布置，即在沿着电缆束的相同轴向位置上，三条绝缘电缆中的一条的第三长度部分(iii)不与三条绝缘电缆中的其它任何一条的第三长度部分(iii)重合。换句话说，各个电缆的第三长度部分(即芯的横截面积发生变化的地方处)处于沿电缆束的不同的轴向位置。图3中上部电缆的第三长度部分靠近图3的左侧。中部电缆的第三长度部分位于上部电缆的第三长度部分的右侧。下部电缆的第三长度部分位于中部电缆的第三长度部分的右侧(因此也位于上部电缆的第三长度部分(iii)的右侧)。

束中的电缆也布置成使得上、中和下部电缆的第五长度部分(v)在沿着电缆束的相同轴向位置上彼此不重合，并且还使得第五长度部分(v)不与任何电缆的第三长度部分(iii)重合。上部电缆的第五长度部分位于上部电缆的第三长度部分的右侧并且位于中部电缆的第三长度部分的左侧。中部电缆的第五长度部分位于中部电缆的第三长度部分的右侧并且位于下部电缆的第三长度部分的左侧。下部电缆的第五长度部分位于下部电缆的第三长度部分的右侧。

在图3的例子中，电缆束的每条电缆包括填充材料7。在图2的例子中，在电缆束的任何给定电缆中的填充材料7沿着给定电缆的第五长度部分增加厚度，而给定电缆上的绝缘材料5沿第五长度部分减小厚度。由于填充材料增加厚度的速率与绝缘材料减小厚度的速率是相同的，电缆的横截面积沿着第五长度基本保持大致恒定。

以使得第三长度部分彼此不重合或不与第五长度部分重合的方式将电缆布置在电缆束中，确保了相应电缆的外部轮廓(例如凸起或凹陷)或机械特性(例如刚度或柔性)的任何变化不会出现在沿电缆束的相同轴向位置处。相反，这些变化沿着电缆束的长度分布。这使得电缆束的外部轮廓和机械特性沿其长度(特别是在电缆的过渡部分上)更均匀。这导致电缆束的套管上的应力集中较少，由束中的其它电缆引起的电缆束内的电缆的应力较小，并且电缆束的可操作性得到改善。

三条电缆的第四长度部分(其中填充材料的厚度减小)在沿着电缆束的大致相同的轴向位置处重合。在所示的示例中，这发生在图3的右侧。电缆束套管(其包围三条电缆)可以在沿着电缆束的电缆的第四长度部分重合的轴向位置处或者稍微右侧处减小横截面积。

图4和5示意性地示出了绝缘电缆的替代实施例。电缆41和电缆51包括第一长度部分(i)和第二长度部分(ii)，所述第一长度部分(i)与图1和2中所示的电缆的第一长度(部分i)基本相同，所述第二长度部分(ii)基本上与图2和3中所示的电缆的第二长度部分(ii)相同。电缆41包括第四长度部分(iv)，其基本上与图2和3中所示的电缆的第四长度部分(iv)相同。

电缆41还包括第三长度部分(标记为iii')。沿着电缆41的第三长度部分(iii’)，芯43的横截面积从a1变化到a3；围绕芯43的绝缘材料45的厚度发生变化；并且围绕绝缘材料45的填充材料47的厚度也发生变化。因此，在电缆41中，在长度部分iii’上，芯43的横截面积的变化与绝缘材料45和填充材料47的厚度的变化沿着电缆41的轴向位置是重合的。

电缆51包括第三长度(标记为iii”)。沿着电缆51的第三长度部分(iii”)，芯53的横截面积从a1变化到a3，并且绝缘材料的厚度发生变化，使得整个电缆51的横截面积从a2变化至a4。电缆51不包括围绕绝缘材料5的任何填充材料7。因此，在电缆51中，在第三长度部分iii”上，芯53的横截面积的变化、绝缘材料4的厚度的变化5以及电缆51的整个横截面积的变化沿着电缆51的轴向位置是重合的。

如上所述，芯横截面的变化在减少电缆中产生的热量方面提供了优势。这可以在这样的情况下提供优点，即与电缆的其它部分相比，一段电缆处于散热较低或入射热量较高的环境中或者处于这两样环境中。通过增加芯的横截面，可以减少内部产生的热量，因此可以减少对于给定的一组条件(电流，环境条件，物理布置等)所达到的最大温度。然而，在所有布置中提供这种改进可能不是必要的，因此芯可以沿着电缆的这两种长度部分上保持恒定的横截面积。

类似地，增加电缆的一个长度部分中的绝缘体的厚度在电缆的老化及其继续承载所需电压的能力，同时将最大介电应力保持在限定的参数内的方面上提供了优势。然而，如果该问题不是关键因素，则所有应用可能不需要提供具有增加的绝缘体厚度的长度部分。

换句话说，电缆可以具有两个长度部分，其中从一个长度部分到下一个长度部分，绝缘体改变厚度，而芯导电体的横截面积则保持相同。同样地，电缆可以具有多个长度部分，其中从一个长度部分到下一个长度部分，芯导体的横截面积发生改变但是厚度保持相同。在每种情况下，仅改变绝缘体厚度或仅改变芯导体的横截面积仍然分别提供了改善的老化性能和减少的热量产生的各自优点。这提供了具有两个具有不同特性的部分的电缆，这两个部分更好地适合于它们在使用中的位置和相关环境。

图6a示意性地示出了安装在平台到平台的构造中的电缆束21，其中电缆包括在海底环境中的部分。包括一条或多条电缆1的电缆束21连接第一平台23和第二平台25。电缆束21从第一平台23通过套管27(或j形管)下降，套管27将电缆束21引导至海床。电缆束21通过海床端的开口从套管27中出来并沿着海床延续。断裂部分表示该海底部分可能长达数十公里。电缆束21到达第二平台25并且通过第二套管29从海床上升到第二平台25的顶部。

电缆或电缆束可适用于不同类型的平台。例如，平台可以是固定安装类型，其中平台结构固定到海床并从海床延伸到水面，或者是浮动安装类型，其中平台浮在水面上而电缆或电缆束则悬挂在浮动平台上。浮动到浮动，固定到浮动，岸到固定和岸到浮动的平台的组合都可以是电缆或电缆束的可能应用。

从第一平台23下降到海床的电缆束21的部分在其顶端被支撑，使得电缆束被悬挂并且受到一定轴向张力以支撑其自身重量。通过位于套管27中，电缆束21也通过套管27与周围环境绝缘。取决于套管27的导热性，反射率等，这可能代表对冷却的显著障碍。电缆束该部分的在水平面上方的一部分(在套管27内)被电缆和套管之间的空气包围，这可能进一步限制电缆被冷却的能力。套管27还可以暴露在一定的太阳辐射下，这可能使其升温，进而加热内部空气并进一步限制电缆冷却的能力。这将再次取决于套管27的反射率和/或透射率。该部分的下部(也在套管27内)被水包围并暴露在相对较小的太阳辐射下。

搁置在海床上的电缆束21的部分受到的轴向张力很小或没有受到轴向张力，但由于其上方的海水深度，可能受到相对高的压缩应力。搁置在海床上的电缆束21的部分暴露在相对较小的太阳辐射下并且不被套管隔热。此外，与电缆束21的下降部分所运行所处的空气相比，海水具有相对较低且恒定的整体温度，这意味着海水充当电缆束21内的导电芯3的相对良好的散热器。

电缆束21的从海床上升到第二平台25的穿过套管29的部分，如从第一平台23下降到海床的穿过套管27的部分一样，在其顶端被支撑并悬挂，使得电缆束21受到轴向张力以支撑其自身重量，但受到的压缩应力相对较小。类似地，其一部分被套管29内的水包围，因此经由套管29而暴露在相对较小的太阳辐射下，而其一部分则被套管29内的空气包围并暴露在相对高水平的太阳辐射下。这导致沿着上升部分的长度上具有的不同水平的散热能力以及不同量的外部热量。

需要制造电缆束21的上升和下降部分，以使得“在空气中的”上升/下降部分的部分在相对高的轴向张力、相对低的压缩应力、相对高的太阳辐射暴露和相对低的散热能力下能够在预定的时间段内安全地运行。

而需要将海床部分制造成在“海底”的低轴向张力，更高的压缩应力，低的太阳辐射暴露和高散热能力下能够在相同的预定时间段内安全地运行。因此，电缆束的不同部分具有非常不同的性能要求。对于均匀的电缆，电缆的整个长度必须满足所有潜在环境的要求。

为了使电缆束的不同部分能够满足不同的要求，根据不同的参数制造不同的部分。从第一平台23到海床的部分用一组参数制造(例如，芯3的横截面为500mm²，最大介电应力为4.0kv/mm)，海床部分则用另一组参数制造(例如，芯3横截面为400mm²，最大介电应力为5.0kv/mm)。这些部分用图2至3中所示种类的接合件连接。类似地，从海床到第二平台25的部分用其自己的一组参数(这组参数可以与第一平台23和海床之间的部分的那些参数基本相似或相同)制造，并且该部分用到图1-2所示种类的接合件来连接到海床部分。

在图6a的示例中，电缆束的各部分彼此连接的两个点标记为“t”。左侧连接点在图6b中以放大视图示出。

在该左侧的连接点处，电缆束21的横截面积从较大的横截面积(对于从第一平台23下降到海床的部分)变化到较小的横截面积(对于搁置在海床的部分)。在电缆束内，电缆或多条电缆如图2或图3中所示布置。在图的右侧提供类似的连接点，在该连接点处，电缆束21的横截面积从较小的横截面积(对于海床部分)变化到较大的横截面积(对于从海床上升到第二平台25的部分)。

电缆的第一(i)和第二(ii)长度部分从电缆接合件的每一侧延伸几米到几十公里不等。电缆的第三，第四和/或第五长度部分以及插入部分可以是例如几厘米到几米长。例如，填充材料7通常在1米至15米之间延伸。

参考图3，填充材料7的长度是不同的。填充材料面积减小的部分(iv)的长度通常为1至4米，更优选为约2米。在第四长度部分(iv)的边缘直到包括第五长度部分(v)的边缘之间的填充材料的恒定外直径部分通常在1米到15米之间。在图3的示例中，三条电缆中的填充材料7的长度是不同的。上部电缆通常可具有约9米长的外部横截面是恒定的填充物，接着是第四长度部分(iv)中通常为2米的锥形部分。中部电缆可能具有较短的约6米的恒定横截面的长度部分，然后是2米的锥形部。较低的电缆可能只有3米长的恒定横截面部分，然后是2米的锥形部。

图3中的电缆示意性地示出为平行电缆，以展示长度部分的相对布置。然而，在典型的实施例中，电缆束中的电缆在套管内螺旋地或往复地彼此缠绕。例如，图7示意性地示出了包括三条缠绕的绝缘电缆的电缆束，每条电缆具有在图2和3的上下文中描述的那种接合件，接合件沿着电缆束的长度间隔开。在一些示例中，单个电缆束可以包括第一部分，束中的电缆沿所述第一部分螺旋地缠绕并且在第一方向上扭转(例如沿着电缆束顺时针方向扭转)；拐点，扭转方向在该拐点处变化；和第二部分，束中的电缆沿所述第二部分螺旋地缠绕并沿第二方向扭转(例如沿电缆束逆时针方向扭转)。一些电缆束可包括多个拐点，多条电缆沿其长度螺旋地缠绕在一起并沿第一方向(例如顺时针方向)扭转的部分，和/或多条电缆沿其长度螺旋地缠绕并沿第二方向扭转(例如，逆时针方向)的部分。

从图7中可以看出，芯中对应于相应长度部分iii的接合件71,72,73沿着电缆间隔开。然而，绝缘体和填充物补偿了芯的直径的变化，使得接合件71-73周围的多条电缆的外径基本恒定。这意味着缠绕的电缆束的整体尺寸在具有接合件的电缆束的部分上保持恒定。即使在芯尺寸的变化和接合件对电缆物理刚度的影响的情况下，这有助于提供电缆的一致物理配置。电缆物理特性的变化会对整个电缆束的结构和强度产生不利影响，并可能导致电缆部分产生不必要的应力。

在第三接合件73之后，所有三条电缆的填充材料在所有三条电缆的外部尺寸减小之前(在虚线之间)在远离接合件的方向上接续一段安全距离。通过同时减少所有三条电缆的外部尺寸，力和应变得到平衡，同样避免了不希望的应力集中。外部尺寸的变化意味着优选地改变电缆的缠绕螺旋角以适应修改的尺寸。因此，螺旋的螺距(“捻距”)和/或螺旋的其它参数可以改变。例如，可以在第一和第二长度部分的电缆的端部附近(即靠近电缆部分之间的接合件处)改变螺旋的螺距，以使电缆束的厚度能够改变。

电缆束的套管可以包围附加电缆(电源，通信，光学等)，填充缠绕的电缆之间和/或电缆与套管壁之间的间隙的材料，和/或为电缆束提供结构的材料。这些附加的电缆和材料可能需要与导电电缆缠绕在一起和/或彼此缠绕在一起，或者沿着电缆束的长度在不同的位置被切断，例如在电缆的靠近第一和第二长度部分的端部处。

电缆束可包括任何数量的导电电缆-不限于包括三条导电电缆。它可以根据情况例如仅包括两条导电电缆，或者可以包括四条或更多条导电电缆。电缆束中的导电电缆可以布置成提供三相电力功能。

尽管图3中的电缆及其芯沿着它们的长度各自具有相同的横截面积(a1-a4)和厚度(t1-t2)，但是在其它实施例中，不同的电缆可以具有不同的尺寸。

图中所示的芯3可包括一种或多种不同类型的导电材料。芯3可以例如包括铜，铝或其它导电材料，或合金或不同导电材料的集合。芯还可以由非金属导体制成，例如碳纳米管技术。芯3可以包括单股导电材料或导电材料股线的集合，并且根据应用可以具有35mm²至800mm²的横截面积。

芯可以是防水的，以防止水在海底应用中进入。可以基于芯必须承载的最大电流，可以施加到芯的最大电压，和/或电缆通过电阻损耗而产生的热量的预测能力来确定芯的尺寸。尽管可以使用其它电压，但芯3可以被布置用于施加有6.6kv和150kv之间的典型电压的应用。例如，可以想到导电芯可用于高压电(hv)的应用，其工作电压范围为150kv至400kv。为简单起见，图中的芯3在图中绘制为单个均匀结构。

图中所示的绝缘材料5可包括一种或多种绝缘材料，例如聚合物绝缘材料。绝缘材料5可以是三层挤出(triple-extruded)绝缘材料。例如，参考图8中所示的电缆束21，绝缘材料5可包括导电芯屏61，绝缘屏65，抗水树交联聚乙烯(xlpe)，乙丙橡胶(epr)或乙烯丙烯二烯单体(epdm)63中的一种或多种。绝缘材料5可以与其它类型的材料或其它材料层结合使用，例如半导电阻水带67，铜带屏69和/或聚乙烯护套70。尽管可以将一个或多个层描述为“阻水”，但实际上可以接受的是，一些水可以渗透穿过这些层并到达绝缘材料5。这些层都不是基于铅的层。因此，电缆可以描述为无铅电缆。一层或多层可包括抗水树物质，例如吸湿材料，其布置成吸收渗透到电缆中的水，只要所述层的一部分是抗水树物质即可。吸湿材料可以例如包括包含在聚合物材料中的干燥剂。

绝缘材料5可以作为带施加，该带可以缠绕在芯3和/或现有的绝缘材料5上。或者，绝缘材料5可以是开口管，其横截面近似为环形，沿其长度具有轴向切口，使其能够应用于并包围一部分芯和/或现有的绝缘材料。绝缘材料5可以熔合到相邻的绝缘材料部分，以确保绝缘材料沿着电缆的长度均匀。可以选择绝缘材料以承受预定的介电应力。例如，在一些实施例中，可以选择绝缘材料以承受不小于3kv/mm和/或至多5.5kv/mm的介电应力。在一些实施例中，可以选择绝缘材料以承受不小于4.2kv/mm和/或至多5.0kv/mm的介电应力。与芯3类似，为了简单起见，绝缘材料5在图中被绘制为单个均匀结构。绝缘材料优选使用抗水树材料形成，以抵抗可能导致电缆的过早失效或缩短电缆的可接受的使用寿命的水树的形成。

一些电力电缆(例如陆基电力电缆)具有的最大电流或电压额定值和/或最大电介质应力额定值对应于国际标准(例如iec60287)中定义的额定值。然而，根据本发明的实施例的电缆沿其长度可以具有不同的额定值，并且如前面讨论的，由于因素的组合(例如，太阳辐射暴露，环境空气/水温度，套管，轴向张力，压缩应力)，本发明的额定值可能与标准中定义的额定值不同。

例如，根据本发明实施例的电缆可以具有海床部分，该海床部分设置有这样直径的导电芯和这样厚度的绝缘材料，使得电缆的海床部分具有超过一个或多个国际标准所允许的介电应力(例如6kv/mm)。

同样的电缆也可以具有一个或多个上升/下降部分，其具有这样直径的导电芯和这样厚度绝缘材料，使得上升/下降部分具有等于或小于一个或多个国际标准要求的介电应力(例如4.2kv/mm)。

然而，电缆的不同部分的相应可靠性将大致相同，因为电缆的海床部分经受压缩应力，具有有效的散热器(海水)，暴露于相对小的太阳辐射并且不被任何类型的套管包围-所有这些都可能导致相对缓慢的湿老化效应,而电缆的上升/下降部分则处于轴向张力下，(在某些部分中)暴露相于对较高的太阳辐射，被封装在保护套管内并且被作为散热器的空气(而不是水)包围-所有这些都有助于相对快速的湿老化效果。

填充材料7可以用于一个或多个目的。尽管电缆的绝缘材料5的厚度减小，但它可以用于将电缆的横截面积保持在大致恒定的值。填充材料7可替代地或另外地为电缆提供结构支撑，有助于电缆的绝缘，为电缆提供美观的外部外观(例如，适合于识别电缆)，填充电缆束中相邻电缆之间的空间，为电缆提供半导体层，和/或用于许多其它目的。

虽然填充材料7被示出为围绕绝缘材料5，但是根据需要在电缆束内可以存在线状，块状或其它形状的填充材料，例如图8中所示的填充材料管7。与绝缘材料5类似，填充材料7可以包括一种或多种类型的填充材料(例如交联聚乙烯或三元乙丙橡胶，聚氯乙烯，聚乙烯，热塑性橡胶)，但是为了简单起见，将其绘制为单一的均匀结构。填充层通常不像绝缘材料层5那样提供关键的绝缘功能，因此对材料约束不那么严格。这使得填充物层的材料的构造和选择不那么严格。然而，没有理由说填充材料不能具有与绝缘材料5相似或甚至相同的质量。

根据本发明实施例的电缆还可以包括一个或多个铠装层，以帮助支撑电缆内的导电芯。铠装层通常由形成在电缆束周围的护套中的金属线形成，可能在铠装层和电缆束之间具有附加层或填充物。通常在铠装层外部施加另外的层以提供耐磨性并防止铠装层的腐蚀。图8中示出了这种铠装层81和附加/另外的层83的示例。铠装沿着电缆的整个长度以连续的方式施加，保护接合件的机械完整性(也称为“接头”)并且在不同的电缆部分之间过渡中不需要刚性机械接合件。这提供了更简单的电缆的安装和装卸，因为接合件或接头的尺寸与电缆接近或相同。这避免了在装载或卸载时需要对接合件处的电缆进行特殊处理。

如图所示，包括第一长度部分，第二长度部分，第三长度部分，第四长度部分和第五长度部分的一个或多个的电缆可以包括其它长度部分。其它长度可以是介入长度部分-位于第一，第二，第三，第四和/或第五长度部分之间-如图所示(例如图1，其显示位于第三长度部分和第五长度部分之间的未命名长度部分，以及位于第五长度部分和第四长度部分之间的未命名的长度部分)。或者，第一至第五长度部分中的一些或全部可以彼此邻接。

在图中，示出了(例如，在图2的长度部分iii中)芯的横截面积的在芯直径上大致恒定的变化，并且示出了(例如，在图2的长度部分iv中)电缆横截面积大致恒定的变化。然而，在其它示例中，芯直径和/或电缆直径的不同变化是可能的。例如，芯或电缆直径可以以阶梯方式或非线性方式变化。当从一个横截面区域过渡到另一个(较小的)横截面区域时，横截面积可以在过渡期间(例如通过凸起)增加以及减小。

直径的变化可能是不精确的形式，例如，如果用于将一段长度的芯/电缆连接到下一长度的芯/电缆的过程产生可变和/或不可预测的结果(凸起，锯齿状线或轮廓的突然变化)。另外，电缆的横截面和芯的横截面可以采用除圆形之外的其它形式。横截面可以例如具有更加类似三角形，正方形，五边形，六边形等形状，或者其形状是不精确或可变的。此外，电缆可以具有与芯的横截面不同的横截面形状，并且它们的横截面形状可以沿着电缆的长度改变。这也适用于电缆束，所述电缆束横截面可能类似地不精确或可变，并且其横截面可以与电缆和内芯的横截面不同。

尽管在图3的实施例中，电缆束中的电缆仅包括不重叠的第三，第四和第五长度部分，但在其它实施例中，任何给定电缆的第三，第四和第五长度部分中的一个或多个可以部分地或完全地彼此重叠，和/或与电缆束中的其它电缆的第三，第四和/或第五长度部分相互连接。电缆束中的电缆可以采用电缆41和/或51(图4-5)的形式而不是电缆1(图2)的形式。

图6的示例是以电缆束描述的，该电缆束包括图2和图3中所示类型的一条或多条绝缘电缆。电缆束可以同样包括图4和5中所示类型的电缆。尽管使用了“电缆束”字样，但是第一平台23和第二平台25可以通过图2,4或5中任一图所示类型的一条绝缘电缆连接。

虽然图6示出了电缆束的三个部分(以及它们之间的两个接合件)，但是其它布置可以包括更少或更多数量的电缆束部分。例如，在类似于图6所示的情况下，在上升/下降部分中可能存在两个或更多个电缆束部分，以更紧密地匹配不同部分的电缆要求(一个具有相对较高的太阳辐射暴露和低散热的“空中”部分以及一个具有相对较低的太阳辐射和高散热性的“水下”部分)。海床上可以有多个部分，例如，如果海床上的电缆束的一部分靠近地热特征、另一条电缆或需要不同的，更耐用的电缆结构的不同的海底地形。此外，例如，如果电缆从平台出来并终止于海床上的位置，电缆可以仅包括两个部分。因此，不需要向海面的第二次过渡。