镀锌铁丝在海底电缆中的规格及应用研究


发布时间:

2025-07-23

镀锌铁丝(更准确地说是镀锌钢丝)在海底电缆中扮演着至关重要的角色,主要用于铠装层。其规格和应用细节如下:

镀锌铁丝(更准确地说是镀锌钢丝)在海底电缆中扮演着至关重要的角色,主要用于铠装层。其规格和应用细节如下:

核心作用:铠装保护

海底电缆工作环境极其严酷,需要抵抗:

  • 机械损伤: 安装时的拖拽、敷设张力、抛锚、渔网拖挂、岩石摩擦、洋流冲击。

  • 腐蚀: 海水的高盐度、溶解氧、微生物、不同金属间的电化学腐蚀。

  • 水压: 深海水压巨大。

铠装层(通常由镀锌钢丝构成)是电缆抵御这些外部应力的第一道防线。

应用 - 铠装层的主要功能

  1. 机械保护: 提供强大的抗拉、抗压、抗冲击和抗磨损能力,保护内部的绝缘层、导体和光纤。

  2. 抗张强度: 承受敷设和回收时的巨大张力,以及在位时的洋流拉力、自重和锚泊载荷。

  3. 抗扭结: 防止电缆在安装或使用中发生过度扭转。

  4. 防啮齿动物/海洋生物啃咬: 坚硬的钢丝层能有效阻止海洋生物(如鲨鱼)的啃咬破坏。

  5. 防腐保护(镀锌层):

    • 屏障保护: 锌层覆盖钢丝表面,隔绝钢基体与海水接触。

    • 阴极保护: 当镀锌层出现局部破损时,锌作为牺牲阳极优先腐蚀,保护裸露的钢基体不被腐蚀。这是镀锌在海洋环境中应用的核心价值。

规格 - 关键参数

  1. 材料:

    • 基材: 通常采用高强度低碳钢丝(如符合ISO 16120-2标准或其他等效标准的钢丝)。要求具有良好的抗拉强度、韧性和可缠绕性。

    • 镀层: 热浸镀锌是最常用的工艺。镀层重量/厚度是关键指标。

  2. 镀锌层等级:

    • 遵循国际或国家标准,如:

      • IEC 60888:1987 (或更新版本): 专门针对海底电缆铠装用镀锌钢丝的标准。定义了不同的锌层级别(如ZDA, ZDB, ZDC),ZDA通常表示最厚的镀层(例如>300 g/m²)。ZDB (例如 200-300 g/m²) 是海底电缆铠装中最常用的等级。

      • ASTM A475: 也定义了不同级别的锌层(如Class A, B, C)。Class B或C常用于海洋环境。

    • 要求: 镀层必须均匀、连续、附着牢固。镀层重量通常在200 g/m² 到 400 g/m² 甚至更高(具体取决于设计寿命和环境严酷程度)。深水或长寿命要求的电缆倾向于使用更厚的镀层。

  3. 钢丝直径:

    • 范围通常在 2.0 mm 到 6.0 mm 之间,最常见在 3.0 mm 到 5.0 mm

    • 直径选择取决于:

      • 电缆的规格(直径、重量、抗拉要求)。

      • 水深(深水需要更强的抗拉强度和抗压扁能力)。

      • 敷设和运行环境(风险等级)。

  4. 抗拉强度:

    • 铠装钢丝通常要求较高的抗拉强度,范围大约在 1200 MPa 到 1800 MPa (或更高)。

    • 高抗拉强度对于承受敷设张力和在位负载至关重要。

  5. 延伸率:

    • 需要一定的延伸率(通常在3.5%以上)以保证钢丝在受力时不会立即脆断,具有一定的韧性。

  6. 结构:

    • 单层铠装: 钢丝以一定节距螺旋缠绕在电缆内护套上。结构相对简单,成本较低。

    • 双层铠装: 两层钢丝以相反方向(通常一层左旋,一层右旋)螺旋缠绕。提供更高的机械强度(尤其是抗压扁和抗扭转能力)和更好的保护,是深海、大规格、高要求电缆的常见选择。

  7. 节距:

    • 钢丝缠绕的螺距长度。较短的节距提供更好的保护但降低柔韧性;较长的节距增加柔韧性但保护性略差。需要优化设计。

  8. 预成型:

    • 钢丝在铠装前经过预成型(通常是S或Z形弯曲),使其在缠绕后能紧密贴合电缆表面,不易回弹松散,提高铠装层的稳定性和抗疲劳性能。这对海底电缆至关重要。

重要注意事项

  1. “铁丝” vs “钢丝”: 虽然常被笼统称为“铁丝”,但在工程应用,尤其是承受高强度的铠装中,使用的是高强度钢丝,而非普通铁丝(低碳钢丝)。铁丝强度太低,无法满足要求。

  2. 镀锌的局限性: 在极其严酷的海洋环境(如高温、低氧、强腐蚀区)或要求超长寿命(>25年)时,镀锌层的保护能力可能不足。此时会考虑:

    • 耐腐蚀合金钢丝: 如不锈钢丝(304, 316L等,成本高但防腐优异)。

    • 蒙乃尔合金丝(镍铜合金,耐海水腐蚀极佳,成本非常高)。

    • 铝套/铅套加钢丝铠装: 内护套提供额外防潮/防腐屏障。

  3. 牺牲阳极: 在关键部位(如接头盒附近)有时会额外安装牺牲阳极块(如锌块或铝块),为铠装钢丝提供额外的阴极保护,延长电缆寿命。

  4. 标准: 具体规格必须严格遵循项目要求和相关国际/国家标准(如IEC, ICEA, GB等)。

总结

镀锌钢丝(而非铁丝)是海底电缆铠装层的主力军,规格上强调高强度基材、厚且均匀的镀锌层(常用ZDB级)、合适的直径(3-5mm为主)以及预成型结构。其核心应用是提供卓越的机械防护、抗拉承载能力和通过牺牲阳极机制实现的防腐保护,确保海底电缆在严苛的海洋环境中安全可靠地运行。设计选型时需要根据电缆类型、水深、环境条件和预期寿命进行精确计算和选择,在极端情况下可能需要升级到不锈钢等更高等级的材料。

参考资料

  • 海底电缆的“钢铁之躯”——镀锌线的作用
  • 海底电缆热镀锌钢丝的作用及优势 

  • 镀锌铁丝类型解析:哪类适合加工铠装电缆

  • 2025年度海底电缆技术资料