海底电缆用的是什么材料做成的线啊？

海底电缆制作的材料概述

海底电缆的制作材料是多样的，这是为了满足其在海底复杂环境下进行电力或通信传输的需求。海底电缆需要承受巨大的水压、耐腐蚀、防止海洋生物的附着等，不同类型的海底电缆由于其功能和应用环境的区别，还会采用不同的特殊材料。  

海底电缆是由多种材料制成的复杂结构，用于电信和互联网信号的传输。以下是海底电缆的一些主要组成部分：  

导体  

海底电缆的内部导体通常由铜或铝制成，用于传输电信号。在现代光纤海底电缆中，导体旁边还会布置光纤，这些光纤由高度纯净的玻璃（二氧化硅）制成，用于长距离传输数据信号。  

绝缘层  

为了确保电信号不会泄漏到水中，导体外部包裹有多层绝缘材料。常见的绝缘材料包括：  

聚乙烯（PE）  

交联聚乙烯（XLPE）  

这些材料具有优异的电气绝缘性能和耐水性，能够在极端环境下长期保持电缆的绝缘效果。  

铠装层  

为了保护电缆免受机械损伤，例如渔网拖拽或海洋生物的侵袭，在绝缘层外部还会有铠装层。铠装层通常由以下材料组成：  

钢丝  

镀锌铁丝  

这些金属丝编织成网状结构，提供了强大的抗拉和抗压强度，使得电缆能够经受住复杂的海底地形和压力环境。  

外护套  

最外层的护套是为了防止海水侵蚀和提高电缆的整体耐用性。通常使用的材料有：  

聚乙烯（PE）  

聚氨酯（PU）  

这些材料不仅耐腐蚀，而且具有良好的柔韧性和耐磨性，即使在严苛的海洋环境中也能有效保护电缆内部结构。  

一、光纤在海底电缆中的应用  

在现代海底电缆中，光纤是重要的材料之一。光纤如同毛发般纤细，具有高纯度的特性。海底光缆以光纤为核心，通过内反射引导光沿着光纤的路径前进，从而实现信号的传输。光纤对于电话、互联网信号传输起着关键的作用。由于海底光缆涉及到跨国通讯等重要需求，其要求能够高效、稳定、长距离地传输信号，光纤能够满足这种大容量、高速率且保密性较高的通讯需求。  

在制作海底光缆时，光纤并非独立存在。其首先会被嵌入在类似果冻的化合物中，以此来保护自身，即使在接触海水的情况下光纤也不会轻易损坏。随后将光缆装入钢管之中，这种钢管是为了防止水的压力对光缆造成破坏。之后再将其包裹在具有高整体强度的钢丝里面，并且套在铜管之内，最后还会在外面加上聚乙烯材料的保护层。这么多层保护措施主要是因为光纤虽然通信性能优越，但自身较脆弱，在海底恶劣的环境下，如高压、盐碱环境下容易受损，通过这样层层防护，增加了海底光缆的耐用性和稳定性，减少因外力因素而导致的光纤损坏的风险，从而确保其实现高效的通信传输功能。  

二、金属材料的运用  

（一）铜或铝  

铜材  

铜由于其具有良好的导电性而被广泛应用在海底电缆中。不过，金属铜在海水中容易受到腐蚀影响，所以在实际运用中，会采用一些保护措施或者使用铜合金。比如在某些易腐蚀的区域，或者为了提高电缆的整体强度以及特殊性能方面，采用铜合金电线，其相比于纯铜电线，虽然导电性能稍微降低，但拥有更好的耐腐蚀性、抗氧化性以及高温强度，常用于海底电缆、船舶电缆等较为复杂和严苛环境的电缆制作中。在一些区域性的海底电缆网络中，陆岛之间的连接电缆如果对导电性和成本综合考虑时，铜有可能作为主要的导体材料使用，例如一些中短距离、中小功率的海底电力传输cable。  

另外，在海底电缆线制作中，当需要考虑与其他海洋设备的连接通用性或者基于特定的电力传输标准规范时，铜电线的柔韧性也成为其备受青睐的因素之一。对于需要频繁进行设备连接或者线路更改的情况，柔软易于操作的铜电线更便于安装和维护，能够有效降低施工成本和难度。  

铝材  

铝也是一种可用于海底电缆制作的材料，铝同样具备良好的导电性，其重量相比同体积的铜较轻，在某些对电缆重量有特殊要求、承载能力有限制的敷设环境下可能会被选用，比如在一些小型的海上浮动设施到陆地的电力连接电缆，或者对电缆重量敏感的轻型海缆结构体系中。然而，铝的化学性质活泼，在空气和水中容易被氧化形成一层致密的氧化铝薄膜，这在一定程度上会影响导电性，不过这个氧化膜也在某种程度上起到了一定的防腐蚀作用。当要确保良好的电气连接时，需要采取特殊的连接措施以穿透氧化膜保证电气性能的稳定。  

（二）钢丝  

增强机械强度  

钢丝在海底电缆中起到增强机械强度的关键作用。海底的水压巨大，部分深海区域的海底电缆承受的压力相当于把一头大象放在人的拇指所承受的重量。电缆要能够在这样的环境中保持结构的完整性而不被压坏或者拉断，钢丝就是解决方案之一。深海电缆中的钢丝提供了足够的机械拉力支撑，使得电缆能适应不同深度海底的压力环境。比如在靠近大陆架的海岸铺设的海底电缆区域，往往采用轻质电缆搭配强度更大的钢丝覆盖，并且会再加上沥青涂层以防止海水对钢丝的腐蚀，因为在浅海区域电缆可能还会受到海浪、潮流等引起的机械力影响，钢丝不仅要承受海底压力，还要承受水平方向的外力拉扯和摩擦力，沥青涂层则可以很好地抵御海水的腐蚀，延长钢丝的使用寿命，进而保证整个海底电缆结构的稳固性。  

应对敷设与保护需求  

在海底电缆制作过程中有序排列和绞合钢丝对于电缆的柔韧性以及应力分布的均匀性也非常重要。当电缆在敷设过程中要绕过礁石或者在海底地形复杂的区域通过时，内部钢丝的合理结构能够保证电缆在弯曲时不会因为应力集中而断裂。例如在海缆的敷设工程中，无论是使用敷设船进行深海敷设还是通过牵引机进行浅滩敷设时，电缆都会受到不同方向的拉力，钢丝的排列形式是保障电缆能够在复杂的受力状态下正常敷设而不出现内部结构损坏的关键因素。  

（三）铅  

在浸渍纸电缆中的应用  

对于浸渍纸包电缆（适用于不大于45kV交流电及不大于400kV直流电的线路，目前只限安装于水深500m以内的水域），铅套是一个重要组成部分。铅具有良好的耐腐蚀性、可塑性和较好的密封性。在浸渍纸电缆的制造过程中，导线芯经过绝缘纸绕包、真空干燥、浸油等操作后就会被包上铅套，将导线芯与外界环境进行一定程度的隔离，阻止海水及海洋中的腐蚀性物质接触到电缆内部的导体，保证导体线芯不会被腐蚀，从而使电缆正常运行，确保电信号或者电能的稳定传输。在电缆制作时要对铅套进行连续挤压来包裹在芯线外侧，这也是这种电缆制造过程的一个关键步骤，并且工艺的质量控制对电缆的整体性能影响很大。  

在安全性上的考虑  

铅具有一定的屏蔽性能，对于电缆内部的电场分布有一定的改善作用，能够防止电缆内部电场过度集中而引发的安全隐患，如产生电晕、局部放电等情况，提高了电缆运行的安全性和可靠性。但是铅材料自身也有一定的毒性和环境污染风险，在电缆的回收处理过程中需要特殊处理措施予以应对，以避免对环境和操作人员造成危害。同时，铅的成本相对较高，这也促使相关行业在满足电缆性能要求的前提下，寻找更具性价比、环保的替代材料或者改善铅套的制作工艺来降低成本和风险因素。  

三、绝缘材料在海底电缆的使用  

（一）交联聚乙烯  

绝缘与耐用性  

交联聚乙烯在高压环境下，如适用于高达200kV交流电压的挤压式绝缘（交联聚乙烯绝缘、乙丙橡胶绝缘）海底电缆中应用广泛。它具有高绝缘性能，可以有效地阻止电流泄露，并且交联聚乙烯在化学结构上具有更好的稳定性。相比于普通聚乙烯，交联聚乙烯在受到机械力、热力等环境影响时不容易发生变形或者性能衰退。在长时间暴露于海底的复杂环境下，如不同水温、水压变化时，它能够保持较为稳定的绝缘性能。当海底电缆需要在较浅水域或者相对温和的海洋物理环境下进行敷设且电压处于一定范围内时，交联聚乙烯就能很好地满足绝缘要求，其可以有效地将电能限制在电缆内部的导体之中进行传输，提高电能传输的效率，减少能量损失。  

减少树木现象危害  

在海底电缆运行过程中，会出现一种称为“树枝现象”的问题，即由于局部电场、化学物质等因素影响，在电缆的绝缘体内形成类似树枝状的漏电通道，如果发展严重将破坏电缆绝缘性能导致故障。交联聚乙烯较普通聚乙烯更能抵抗这种树枝现象，在电缆长时间运行时，这种优势就更为明显。这对于海底电缆的稳定运行、延长使用寿命有着重要意义。例如在一些跨海短距离的电力传输电缆或者近海岛屿间的交流电缆保障中，交联聚乙烯可以有效地减少树枝现象引起的电力供应不稳定或者故障风险，确保当地的电力供应持续性和稳定性。  

（二）乙丙橡胶  

阻止局部泄电方面的优势  

乙丙橡胶常用于绝缘类海底电缆，特别是在挤压式绝缘（交联聚乙烯绝缘、乙丙橡胶绝缘）电缆方面。在阻止局部泄电方面乙丙橡胶具有良好的性能，在海底电缆所处的高湿度、高盐碱度等恶劣的环境条件下，即使电缆绝缘部分存在细微的缝隙或者局部薄弱环节，乙丙橡胶也能够较好地阻塞电流泄漏的通道。当电缆在海底因为受到外部压力、温度变化或者受到海底生物、地质构造因素产生局部机械应力等情况时，乙丙橡胶的弹性和密封性能可以保证在局部变形或者移动情况下仍然维持较好的绝缘性能，减少因为局部泄电而造成的电能损耗，确保从电缆一端传输到另一端的电能质量，为电力传输的末端用户提供稳定可靠的电力供应。  

适应特殊海洋环境  

乙丙橡胶自身具有一定的耐水性、耐腐蚀性和抗老化性。在海洋环境中，海水成分复杂且含多种矿物质、盐分和微生物，这些因素都会对电缆的绝缘材料产生腐蚀或者老化影响。乙丙橡胶能够抵御这些侵蚀因素，使得电缆在较长的使用周期内保持绝缘性能。例如在海缆穿过海湾、海峡等具有复杂海洋生态环境和多变海洋水流情况的区域时，乙丙橡胶的多重防护性能可以保证电缆在这种特殊环境下可靠稳定地运行，无论是传输电能或者通信信号都能受到较好的保障。  

（三）聚乙烯  

轻量且防水的特性  

聚乙烯是海底电缆外层常用的保护层材料。例如NEC公司制造的深海电缆采用的就是轻量的聚乙烯，整条电缆仅17毫米的厚度。聚乙烯具有良好的防水性能，可以防止海水渗透到电缆内部结构。在深海环境中，巨大的水压和复杂的温度变化对电缆有着巨大的考验，聚乙烯的这一特性为电缆内部的光纤、导体、绝缘材料等关键部件提供了第一道防水防线。同时，聚乙烯重量相对较轻，这对于敷设较长距离的海底电缆来说非常有利。当电缆需要被运输并铺设到深海区域时，较轻的重量可以减少运输过程中的难度以及敷设作业船的负载压力，降低敷设成本和操作难度。  

作为通用防护层  

在各个类型的海底电缆制作过程中，聚乙烯材料无论是在保护内部结构完整性方面还是在抵御外界海水腐蚀和生物附着方面都起到了通用的防护层的作用。它就像一个密封外套，将电缆内部的结构包裹起来。在较长时间的使用历史中，聚乙烯被证明是一种经济、有效的防护材料。在一些靠近海岸、浅海区域以及深海区域的海底电缆外层都可以看到它的应用，当电缆从陆地过渡到海洋或者从浅海深入到深海等不同的潮间带环境中，聚乙烯可以适应不同水压力、水流速、生物群等复杂环境，确保电缆主体结构的安全性和稳定性。  

四、其他特殊材料  

（一）半导电材料  

在导体屏蔽层中的应用  

在海底电缆制作中，导体屏蔽层使用的材料如半导电聚乙烯或半导电聚丙烯。例如这种材料可以通过挤包在绞合芯线外面的方式形成一层半导电的屏蔽层。在电缆通电后，导体周围会形成电场，这层半导电的屏蔽层可以优化电场分布，避免电场集中在导体表面而降低电缆的绝缘性能。对于海底电缆来说，尤其是高压海底电缆传输过程中，防止电场集中不仅是为了保证电能传输的效率，更是为了减少因为局部电场过强对电缆绝缘层以及周围海水环境可能造成的影响，如产生电晕放电现象。这种放电现象如果在海底发生，会加速绝缘材料的老化，增加电能损耗，并且可能干扰附近的海洋通信和生物活动。半导电屏蔽层使得电场在较为均匀的范围内分布，提高了电缆整体的安全性和稳定性。  

在绝缘屏蔽层的作用  

绝缘屏蔽层同样使用半导电材料，如半导电聚乙烯或半导电聚丙烯，在绝缘层外侧挤包而成。在海底电缆中，绝缘屏蔽层主要起到平衡电场的作用。在电缆运行过程中，绝缘层内外可能存在电位差，绝缘屏蔽层能够减少这种电位差产生的不良影响，防止由于电场的不平衡导致的绝缘层内部局部放电或者绝缘材料性能劣化。在海底复杂的电磁环境下，这一作用十分重要。尤其对于一些需要长距离传输电能和信号的海底电缆来说，例如连接海上钻井平台与陆地的电缆，保持绝缘层性能和电场的稳定对于整个电缆系统的长期稳定运行是至关重要的。相比于陆地上的电缆，海缆在布放、维护难度大的情况下，通过合适的绝缘屏蔽层材料可以延长海缆的使用寿命，降低运行成本和维护频率。  

另外，在保障电缆安全性方面，半导电的绝缘屏蔽层还可以防止外部的电场干扰进入电缆内部，也限制电缆内部的电场干扰向外界扩散。这在防止通信信号的传输干扰和保护海洋环境中的其他电子设备不受电缆电场影响等方面有着重要意义，如防止对海底声呐、海洋监测传感器等设备的电场干扰。  

（二）阻水材料  

阻隔海水渗透  

海底电缆中存在多种阻水材料。其中阻水带、阻水纱、阻水胶或者阻水粉等是较为常见的。以阻水带为例，其主要作用是在电缆遇到海水渗透风险时，形成一个物理阻隔层。当电缆因为外部原因（如受到海洋生物侵蚀、机械外力破坏外层护套等情况）导致海水有可能渗入到电缆内芯时，阻水带可以通过吸水膨胀或者本身的低渗透特性，阻止海水进一步向内渗透。这种功能在保护电缆内部的导体、绝缘材料等方面至关重要，因为导体一旦接触到海水，会直接影响其导电性，导致电能传输损耗加大甚至中断电能传输。同时，受潮的绝缘材料也会大大降低其绝缘性能，影响电缆的正常运行。  

不同深度的应用案例  

在一些海底电缆结构中，根据电缆是处于深水段还是浅水段，其绞合芯线的绞合间隙内会填充不同的阻水介质。如在深水段绞合间隙内可能会填充阻水胶，因为深水段水压较大，阻水胶可以更好地适应这种高压环境，以一种较为紧密的填充方式防止海水的哪怕是微小的渗透。而浅水段绞合间隙内可能会填充阻水带、阻水纱或者阻水粉中的至少一种。浅水段由于环境相对更复杂，可能会遭受到更多类型海洋生物的接触、海水流动方向和强度变化频繁等因素影响，采用多种阻水材料的组合或者更灵活的材料（如阻水纱方便施工操作等）可以更好地应对浅水段不同的风险因素。这体现了海底电缆制作材料根据具体环境差异进行优化的特点，从而在各个不同水深海底区域保障电缆的正常运行和使用寿命，减少维护成本和提高电力供应或者通信传输的稳定性。  

（三）充油材料  

自容式充油电缆的关键要素  

在自容式充油电缆（适用于高达750kV的直流电或交流电线路）中，电缆为充油式。油具有绝缘和散热的功能。电缆内部的油压维持在一定的水平，可以有效防止外部的海水压力对电缆的挤压变形影响，确保电缆内部结构的空间稳定性，从而避免因为外力挤压对电缆内部的导体、绝缘层等造成破坏。这种自容式充油电缆可以毫无困难地敷设于水深达500m的海域，油的存在使得电缆在面临较大水压时能够保持较好的电气性能。在长时间的海底运行过程中，充油电缆中的油还可以带走一部分因为电缆内部导体电阻产生的热量，防止因为温度过高导致绝缘层老化、性能下降等风险，延长电缆的使用寿命，减少电缆系统的维护和更换成本。  

充油系统带来的特殊要求  

然而由于采用了充油系统，这种电缆在制造、运输、敷设和维护各个环节都有更高的要求。在制造过程中需要确保油密封良好，防止油渗漏。从储缸到压铅机之间的导线芯需要通过一条虹吸输送管，管内注有除气油，并且油要以反方向流向导线芯，从而隔绝线芯与空气的接触。在运输过程中要保证油不会因为震动或者温度变化而出现泄漏或者变质问题。敷设时需要考虑电缆的油压力平衡以及与外部水压的关系，维护过程中还要定期检查油的状态等。这些特殊要求导致这种充油电缆的成本相对较高、操作规范较为严格，但在需要高电压传输且水深在一定范围内的海底电缆应用场景下，它的优势也是十分明显的。