一种海底电缆蒸发对流降温系统

摘要

本发明公开了一种给海底电缆登陆段降温的蒸发对流降温系统。对于目前敷设冷却水管及更换海缆登陆段处土壤两种方案而言，不可避免地遇到海缆离开冷却环境后，空气中敷设时载流量与海中运行不匹配的问题。本发明的特征在于，在海缆登陆段的空气敷设段设置一雨水蓄水池，该雨水蓄水池通过定位在其上的毛细降温垫与海缆相连，海缆经毛细降温垫包裹后通过雨水蓄水池；在海水与毛细降温垫分离的海缆段，利用高度差及毛细降温垫渗出的雨水形成重力降膜，呈均匀水膜状自上而下的流动，对海缆表面进行降温。采用本发明后，海缆登陆段载流量的瓶颈被打开，实现了海缆登陆段与海水中载流量相同的目标。

权利要求

1.一种海底电缆蒸发对流降温系统，其特征在于，在海缆登陆段的空气敷设段(3)设置一雨水蓄水池(1)，雨水蓄水池(1)通过定位在其上的毛细降温垫(2)与海缆相连，海缆经毛细降温垫(2)包裹通过雨水蓄水池(1)，雨水通过毛细降温垫(2)，利用毛细吸附的方式均匀地吸附在毛细降温垫(2)上，然后通过蒸发对流降温方式对海缆散热；

所述雨水蓄水池(1)的顶部设有一集水装置(4)，该集水装置(4)的集水面上设有一集水孔(5)，雨水通过集水面汇聚到集水孔(5)中，集水孔(5)内设置一过滤装置(6)，过滤后的清洁雨水流入雨水蓄水池(1)中；

所述的雨水蓄水池(1)设置在登陆段海缆的脱离海水段处，在海水与毛细降温垫分离的海缆段(9)，利用高度差及毛细降温垫渗出的雨水形成重力降膜，呈均匀水膜状自上而下的流动，对海缆表面进行降温。

2.根据权利要求1所述的海底电缆蒸发对流降温系统，其特征在于，所述雨水蓄水池(1)的正下方设有一海水蓄水井(7)，在海水与毛细降温垫分离的海缆段(9)位于雨水蓄水池(1)与海水蓄水井(7)之间。

3.根据权利要求1或2所述的海底电缆蒸发对流降温系统，其特征在于，所述雨水蓄水池(1)的顶部还开有一电缆陆上接入口(8)。

说明书

一种海底电缆蒸发对流降温系统

技术领域

[0001] 本发明涉及用于提高海底电缆输电线路登陆段载流量的技术，尤其是一种给海底电缆登陆段降温的蒸发对流降温系统。

背景技术

[0002] 海底电缆(简称海缆)的登陆段由于海洋与陆地的分界，使得海缆运行环境改变，是海缆工程载流量限制的瓶颈。以往工程常用沿海缆登陆段附近敷设冷却水管、采用特殊回填土置换原有土壤、剥除海缆登陆段铠装等方式来提高海底电缆登陆段载流量。

[0003] 沿海缆登陆段附近敷设冷却水管即采用在海缆登陆段周围或附近埋设冷却水管的方法，以帮助降低登陆段埋设处的环境温度，来提高登陆段的载流量。该方法存在的主要问题为：由于海缆登陆段往往较偏僻，敷设冷却水管需另建独立水源，并要实时监测冷却水水位水量，冷却水管运行维护困难，对冷却水泵电源及设备要求高。

[0004] 采用特殊回填土置换原有土壤，即将登陆段处土壤置换为用水泥和砂以1:24比例混合配制的材料，使得该段土壤热阻系数降低，但由于回填土由人工混合配制，材料成本较高。实际使用时仅用于电缆周围局部区域，对载流量提高效果仅限于理论分析，所以单纯的置换回填土方案难以满足对海缆传输电流的要求。

[0005] 为了使海底电缆能承受各种机械应力的作用并抵抗外力损坏，一般采用钢丝铠装结构。由于钢丝铠装会产生很大的磁损耗，故可在登陆段把钢丝铠装剥去，以提高载流量。但是铠装剥除后海缆防护能力有所下降，倘若登陆段的环境复杂，将对海缆运维造成一定的影响，且如果采用两端终端有效接地的方法，登陆段的环流损耗将随着金属护层截面积减小(因铠装已去除)而增大，故载流量增加有限，此时若采用在登陆段抱箍装备处接地，又对接地装置安装有较高的要求，实施复杂。

[0006] 以上几种方法，均可有效降低海缆登陆段的运行环境温度，增加登陆段载流量，但是又有一定的缺陷存在。而对于敷设冷却水管及更换海缆登陆段处土壤两种方案而言，不可避免地遇到海缆离开冷却环境后，空气中敷设时载流量与海中运行不匹配的问题。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题是克服现有海缆在空气中运行载流量小于海水或其它人工降温环境中载流量的问题，提供一种海底电缆蒸发对流降温系统，借助蒸发降温降低位于空气中海缆的运行环境温度，以达到海缆降温目的，提高海缆登陆段载流量。

[0008] 为此，本发明采用以下的技术方案：一种海底电缆蒸发对流降温系统，其特征在于，在海缆登陆段的空气敷设段设置一雨水蓄水池，该雨水蓄水池通过定位在其上的毛细降温垫与海缆相连，海缆经毛细降温垫包裹后通过雨水蓄水池，雨水通过毛细降温垫，利用毛细吸附的方式均匀地吸附在毛细降温垫上，然后通过蒸发对流降温方式对海缆散热；

[0009] 所述雨水蓄水池的顶部设有一集水装置，该集水装置的集水面上设有一集水孔，雨水通过集水面汇聚到集水孔中，集水孔内设置一过滤装置，将过滤后的清洁雨水流入雨水蓄水池中；

[0010] 所述的雨水蓄水池设置在海缆登陆段的脱离海水段处，由于海水会吸附盐晶堵塞毛细降温垫，在海水与毛细降温垫分离的海缆段，利用高度差及毛细降温垫渗出的雨水形成重力降膜，呈均匀水膜状自上而下的流动，对海缆表面进行降温。

[0011] 本发明通过雨水蒸发带走海缆发热量，对海缆进行降温。雨水蓄水池内的雨水通过年降雨汇聚及蒸发降温消耗形成自动置换与储存。雨水蓄水池设置在海缆登陆段的脱离海水段处，确保在全年自然降雨周期内，提供海缆降温所需的蒸发用雨水。

[0012] 进一步，所述雨水蓄水池的正下方设有一海水蓄水井，在海水与毛细降温垫分离的海缆段位于雨水蓄水池与海水蓄水井之间。

[0013] 进一步，所述雨水蓄水池的顶部还开有一电缆陆上接入口。用于海缆与陆上电缆的连接，或者海缆与陆上电气设备的连接。

[0014] 本发明具有的有益效果如下：将利用电缆蒸发对流降温系统实施在海底电缆登陆段上，解决了该段海缆由于海水与陆地的分离，造成海缆登陆段运行环境变化而导致载流量降低的难题。采用本发明后，海缆登陆段载流量的瓶颈被打开，实现了海缆登陆段与海水中载流量相同的目标。

附图说明

[0015] 图1为本发明的结构示意图。

[0016] 图中，1-雨水蓄水池，2-毛细降温垫，3-空气敷设段，4-集水装置，5-集水孔，6-过滤装置，7-海水蓄水井，8-电缆陆上接入口，9-海水与毛细降温垫分离的海缆段。

具体实施方式

[0017] 下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

[0018] 如图1所示的电缆蒸发对流降温系统，在海缆登陆段的空气敷设段3设置雨水蓄水池1，雨水蓄水池1通过定位在其上的毛细降温垫2与海缆相连，海缆经毛细降温垫2包裹通过雨水蓄水池1，雨水通过毛细降温垫2，利用毛细吸附的方式均匀地吸附在毛细降温垫2上，然后通过蒸发对流降温方式对海缆散热。

[0019] 雨水蓄水池1的顶部设有集水装置4，该集水装置4的集水面上设有集水孔5，雨水通过集水面汇聚到集水孔5中，集水孔5内设置过滤装置6，过滤后的清洁雨水流入雨水蓄水池1中。

[0020] 所述的雨水蓄水池1设置在登陆段海缆的脱离海水段处，在海水与毛细降温垫分离的海缆段9，利用高度差及毛细降温垫渗出的雨水形成重力降膜，呈均匀水膜状自上而下的流动，对海缆表面进行降温。

[0021] 雨水蓄水池1的正下方设有海水蓄水井7，在海水与毛细降温垫分离的海缆段9位于雨水蓄水池1与海水蓄水井7之间。雨水蓄水池1的顶部还开有电缆陆上接入口8。

[0022] 通过以上方案，建立海缆登陆段的良性运行环境，减少由于采用水泵引水带来的能源损耗和管理复杂，消除海缆运行的瓶颈，提高海缆线路载流量。

[0023] 本发明以三芯海缆登陆段蒸发降温为实施方案，理论计算过程为：

[0024] 1.电缆的型号规格及参数

[0025] HYJQF41+OFC-64/110 3×630+48B1，海缆外径0.218m。

[0026] 90℃导体交流电阻：R＝0.0000365Ω/m

[0027] 金属套损耗系数：λ1＝0.327

[0028] 铠装层损耗系数：λ2＝0.476

[0029] 海水热容系数：б＝4.2×106J/m3.k

[0030] 海水导热系数：0.6W/m.k

[0031] 最热月海水温度：27.8℃

[0032] 2.确定单位时间海缆的发热量(Q1)

[0033] 按集肤效应系数和邻近效应系数计算

[0034] Q＝I2R(1+kf+kl) (1)

[0035] Q---发热量，kj/h

[0036] Kf---集肤系数

[0037] Kl---邻近系数

[0038] 根据计算得到的直流电阻，查表得集肤系数为

[0039] Kf＝0.17,K1＝0.01

[0040] 则总发热量见表1

[0041] 表1 理论总发热量计算

[0042]

[0043] 3.传热计算

[0044] 3.1海缆绝缘层热阻确定

[0045] 根据实测，当海缆暴露在空气中时，绝缘层外表面温度为60℃，铜芯温度为90℃，温差30℃，而海缆每米发热功率为0.046kw，因此根据热阻公式

[0046]

[0047] 式中

[0048] R绝缘层---为海缆绝缘层热阻，m.℃/w

[0049] Qm---为海缆每米发热功率，w/m

[0050] 则得到

[0051] R绝缘层＝0.657m.℃/w

[0052] 3.2蒸发换热计算公式

[0053] 3.2.1空气自然对流换热

[0054] 计算条件设定暴露在蓄水池空气中的电缆长度为7米，环境空气温度为40℃。计算结果见表2。

[0055] 表2 自然对流计算

[0056]

[0057] 可见，在此条件下铜芯温度达到83.8℃，虽然在控制范围内，但不推荐长期连续运行。

[0058] 3.2.2蒸发换热

[0059] 在这个散热结构中，在海缆绝缘层外壁包裹毛细降温垫，利用毛细原理吸收液体水份，绝缘层外表利用水的自然蒸发作用带走电缆发热，与此同时，此时与空气的自然对流换热也在进行，但其作用很小。计算结果见表3

[0060] 表3 载流量630A的海缆表皮蒸发换热计算

[0061]

[0062] 计算表明，采用蒸发换热后，可有效控制外壁温升，外壁温度只比空气环境温度高1.2℃即可带走电缆发热，此时铜芯温度为69.78℃，可长期连续工作。蒸发所需吸收的水量非常少，只有0.017g/m.s，则7米暴露长度一个月的用量也只有0.315m3；

[0063] 通过迭代计算，若控制铜芯温度为90℃，载流量输送值可达到810A，此时绝缘外表温度42.4℃，月蒸发水量521kg(0.52m2)。载流量大于海水中最大载流量。

[0064] 根据资料文献查询，一般海岛性区域年均降雨量为1000mm，本工程雨水蓄水池顶端设置集水装置，井顶面积64m2，预计年积雨64m3，收集雨水后汇聚到电缆操作层(雨水蓄水池)，可满足蒸发散热要求。

[0065] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。