一种高原用轻质光电复合系留缆及生产方法与流程

本发明涉及电缆，特别涉及一种高原用轻质光电复合系留缆及生产方法。

背景技术：

1、系留气球系统是一种特殊的浮空器，近年来在军事和民用领域有广泛的应用空间。通过安装不同电子设备可用于警戒、气象预报、地形测绘、环境监测、应急通信等。系留气球系统作为一种重要的预警探测手段，具有飞机和卫星等平台所不具备的优点，主要表现为滞空时间长、覆盖面积大、能源消耗低、便于拆收、机动性强、高效低费等。系留气球浮空器一般由地面锚泊设施、地面控制系统、系留缆、浮空器、球载设备五大部分组成，其中系留缆是气球浮空器与地面设施之间的联系纽带，是系统关键部件。

2、目前常见的浮空气球用系留缆基本结构包括电力电线、光单元、内护层、纤维增强层、中护层、泄雷层和外护套。高原环境与低海拔环境存在较大的区别，其中高原环境具有低气压、太阳辐射强度高、常年低温、昼夜温差大等特点。这些环境因素对系留缆会造成与低海拔环境不一样的影响，常用的系留缆未开展高原适应性设计，因此只适合于在较低的海拔高度使用，并不适用于高原环境，具体表现在以下几个方面：

3、其一，低气压状态下浮空气球的升力将大为下降，因此对系留缆的重量提出了更为严苛的要求。普通系留缆并未开展足够的减重设计，因其自身重量过大，严重影响了浮空气球在高原低气压环境下的升空高度。

4、其二，浮空气球用系留缆中的电力电线通常工作在高电压状态下，低气压环境会导致电线耐压能力下降。其主要原因是普通系留缆所用电线结构为铜导体外直接挤制绝缘层，由于铜导体是绞合结构，其与绝缘层之间通常存在一定的气隙，该气隙的存在会导致低气压高电场状态下电子自由行程的增加，从而使得电子获得更高的能量，并与其它粒子发生碰撞，产生大量新的电子，因此低气压高电场下电线内部的气隙将更易引发局部放电现象，并使得绝缘材料产生电树进而导致绝缘及耐压能力的下降。因此普通系留缆中的电线并不适合在高原低气压环境下长期使用，并严重影响系统的安全运行。

5、其三,高原低温环境对普通浮空气球用系留缆光单元和外护套材料造成一定影响。系留缆光单元通常采用松套管结构，这种结构可以使得光纤在松套管内呈自由状态，因此有效保证了系留缆在承受大载荷、侧压等状态下的光性能的稳定性。松套管光单元通常采用光纤油膏进行填充，普通系留缆的松套管光单元通常采用通用的光纤油膏，但是这种油膏的使用温度一般不能低于-40℃，而在高原及高空环境下，通常可以达到更低的温度，在这种低温环境下普通光纤油膏的锥入度通常较小，在系留缆大载荷状态下反复卷绕弯曲以及承受大张力而产生伸长时，光纤油膏锥入度不足将会导致光纤产生应力进而导致光纤损耗的增加。另外，高原低温环境通常会使得系留缆外护套更硬，当系留缆在大载荷状态下反复卷绕使用时，易产生开裂现象。事实上不同厂家外护套材料的耐低温卷绕开裂性能有较大的差异，普通浮空气球用系留缆在选用外护套时，通常未针对高原低温环境开展护套材料的低温卷绕筛选试验，因此存在较大的开裂隐患。

6、其四,高原太阳辐射环境对浮空气球用系留缆的外护套材料有加剧老化的影响。系留缆外护套一般选取含有炭黑的黑色护套材料，主要目的也是为了防止太阳辐射引起的护套老化。高原的太阳辐射强度比低海拔地区要高的多，而受多种因素的影响，如炭黑含量、炭黑粒径、分散度等，不同厂家护套材料的耐太阳辐射性能有较大的差异，因此应用于高原环境的系留缆外护套材料需开展相应的太阳辐射选型试验，而目前普通系留缆在外护套选型上并未针对高原环境开展耐太阳辐射试验，无法保证长期使用的可靠性。

技术实现思路

1、为解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供了一种高原用轻质光电复合系留缆及生产方法。

2、本发明采用如下的技术方案：一种高原用轻质光电复合系留缆，包括内芯层、非金属纤维增强层和外护层；

3、内芯层具备：

4、若干根电力线、松套管光单元、电荷泄放线和绞合体限制层；

5、若干根所述电力线、松套管光单元和地线相互绞合形成绞合体；

6、所述绞合体外绕设纱线层；

7、所述纱线层外绕包带形成绞合体限制层；

8、所述非金属纤维增强层绞合设置在绞合体限制层外侧；

9、所述外护层具备：

10、紧密套设在所述非金属纤维增强层外侧的纤维编织层；

11、挤塑在所述纤维编织层外侧的外护套。

12、进一步地，所述电力线包括电线铜导体；电线铜导体外侧依次紧密套设半导电层和绝缘层。

13、进一步地，所述松套管光单元包括光纤；所述光纤外侧套设pbt套管；且在二者之间填充有耐低温光纤油膏。

14、进一步地，电荷泄放线包括为电荷泄放线铜导体和套设在地线铜导体外侧的绝缘层。

15、进一步地，所述耐低温光纤油膏在-50℃时锥入度不小于200dmm。

16、进一步地，所述绞合体限制层包括聚酯纱和无纺布包带。

17、进一步地，本发明还提供了一种用于上述高原用轻质光电复合系留缆的生产方法，包括以下步骤：

18、电力线挤制工序：在电线铜导体外通过双层共挤工艺挤制半导电层和绝缘层形成电力线；

19、电荷泄放线挤制工序：在电荷泄放线铜导体外通过挤塑工艺挤制绝缘层形成电荷泄放线；

20、松套管光单元挤制工序：在光纤外通过pbt套管挤制工艺挤制成松套管光单元，同时在松套管光单元内填充耐低温光纤油膏；

21、缆芯绞合工序：通过单向绞合工艺按照10～15倍节径比把电力线、松套管光单元和电荷泄放线绞合在一起，绞合过程中对已绞合成型的绞合体先扎纱再绕包一层包带形成绞合体限制层；

22、纤维绞合工序：在包带外使用主动放线的恒张力纤维绞合设备，按照扭矩平衡的方式绞合偶数层的纤维，通过绞合节距的设置确保各层纤维的绞合角保持统一形成非金属纤维增强层，绞合过程中在每层纤维之间绕包带；

23、编织工序：在非金属纤维增强层外使用编织工艺编织一层纤维编织层；

24、外护套挤制工序：在纤维编织层的外面使用挤压式挤出工艺挤塑外护套。

25、与现有技术相比，本发明的优点在于：

26、(1)本发明设计的高原用轻质光电复合系留缆，通过以下三种设计极大减轻了系留缆的重量：一是采用在光电单元绞合体缝隙中增设电荷泄放线取代普通的系留缆中的编织泄雷层，电荷泄放线自身重量比泄雷层更轻，同时这种设计减小了整缆的外径，二是设计了纤维编织层，取消了挤塑型中护层，纤维编织层比中护层更轻，这种设计同样减小了整缆的外径，三是在光电单元绞合体外设计了绞合体限制层，替代了普通系留缆的挤塑型内护层，绞合体限制层比内护层更轻，且这种设计进一步减小了整缆的外径。通过以上三种轻量化设计，一方面这种设计结构自身降低了系留缆的重量，同时也有效减小了整缆的外径，产品外径的减小进一步带来了整缆重量上的明显下降。因而，在同等强度要求的条件下，本发明的高原用轻质光电复合系留缆在外径、重量上均大幅度低于现有的系留缆，实现了同等强度安全余量下可以使得浮空气球挂载更多任务载荷或者升至更大高度。

27、(2)本发明设计的高原用轻质光电复合系留缆，消除了在铜导体和绝缘层之间的气隙，避免了电线在高原低气压环境以及高电压状态下工作时绝缘层耐电压能力的下降。

28、(3)本发明设计的高原用轻质光电复合系留缆，保证了系留缆在高原低温环境中以大载荷卷绕使用时光纤的自由状态，避免了光纤产生应力并使得光损耗增大的情况，有效保证了低温环境下系留缆大载荷动态使用时光性能的稳定可靠。

29、(4)本发明设计的高原用轻质光电复合系留缆，外护套选用经过低温卷绕试验和太阳辐射试验的材料，避免了低温环境下反复卷绕使用时产生开裂的情况和在高原强太阳辐射环境下产生老化的情况，保证了护套的稳定可靠。