海底電纜專利技術(shù)發(fā)展綜述

吳 靖

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心

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海底電纜專利技術(shù)發(fā)展綜述

吳 靖

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心

本文主要以DWPI及CNABS專利數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)海底電纜的分類號(hào)H01B7/14的檢索結(jié)果為分析基礎(chǔ)，從專利文獻(xiàn)的視角對(duì)海底電纜技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了全面的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)了與海底電纜相關(guān)的國(guó)內(nèi)和國(guó)外專利的申請(qǐng)趨勢(shì)、申請(qǐng)人分布以及針對(duì)海底電纜的技術(shù)發(fā)展路線作了相應(yīng)分析，并從中得到一定的規(guī)律，希望對(duì)業(yè)內(nèi)人士有所幫助。

海底電纜；電網(wǎng)；通信；光纖；跨海聯(lián)網(wǎng)；專利

海底電纜是用絕緣材料包裹的導(dǎo)線，敷設(shè)在海底及河流水下，用于電力或電信傳輸。從海底電纜的結(jié)構(gòu)用途，可以分為電力電纜、通信光纜、光電復(fù)合電纜、配件、制造方法等。從海底電纜主要解決的技術(shù)問(wèn)題，可以分為：機(jī)械強(qiáng)度、防護(hù)性能、防腐蝕性能、防水性能、導(dǎo)電性與載流量性能、重量及成本、增加功能等。

1 中國(guó)專利申請(qǐng)狀況

1.1 萌芽期（1985-2007年）

在這一階段，有關(guān)海底電纜的中國(guó)專利申請(qǐng)為28件。通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)趨勢(shì)與全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)可以得知，當(dāng)國(guó)外專利申請(qǐng)?zhí)幱谘芯砍跫?jí)階段（1971年之前）時(shí)，中國(guó)的申請(qǐng)量還是0，而在國(guó)外專利申請(qǐng)趨于平穩(wěn)（1972-2005年）時(shí)，中國(guó)的申請(qǐng)才處于萌芽階段。在該階段，雖然整體申請(qǐng)量不多，但是中國(guó)申請(qǐng)人的申請(qǐng)量還是占了整體申請(qǐng)量的50%以上，主要申請(qǐng)人除了寧波東方電纜股份有限公司、天津六○九電纜有限公司、上海電纜廠有限公司這幾個(gè)老牌電纜廠商，還有很多國(guó)外公司在中國(guó)的申請(qǐng)。

1.2 增長(zhǎng)期（2008年-至今）

在這一階段，申請(qǐng)數(shù)量急速增長(zhǎng)，達(dá)到331件，一方面說(shuō)明國(guó)內(nèi)更多的申請(qǐng)人越來(lái)越看重海底電纜的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，另一方面也說(shuō)明國(guó)內(nèi)海底電纜工業(yè)正以爆發(fā)式速度迅猛發(fā)展。雖然國(guó)外尤其是申請(qǐng)量排名靠前的申請(qǐng)人對(duì)海底電纜的研究歷史比國(guó)內(nèi)要長(zhǎng)，但隨著發(fā)達(dá)國(guó)家環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，電纜工業(yè)已逐漸轉(zhuǎn)移到發(fā)展中國(guó)家，中國(guó)進(jìn)入2008年后尤為發(fā)展迅速。

2.海底電纜專利技術(shù)發(fā)展分析

根據(jù)目前有關(guān)海底電纜的專利申請(qǐng)中所涉及的技術(shù)問(wèn)題，主要分為以下五類，當(dāng)然大部分申請(qǐng)都是針對(duì)海底電纜的綜合性能作出的改進(jìn)，而不僅僅只是其中一項(xiàng)：

2.1 增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度及防護(hù)性能

無(wú)論是世界范圍內(nèi)的申請(qǐng)，還是中國(guó)申請(qǐng)，針對(duì)增強(qiáng)海底電纜機(jī)械強(qiáng)度方面的是最多的，其具體技術(shù)手段包括：（1）采用鎧裝方式，包括鎧裝結(jié)構(gòu)、鎧裝層數(shù)、鎧裝材料、混合鎧裝等，例如US3801729A、FR7317575A、CN101950619A，后者的混合鎧裝層呈環(huán)形由青圓銅絲與無(wú)磁不銹鋼絲一一間隔排列構(gòu)成，在有效減少鎧裝渦流損耗的同時(shí)，能夠大大提高海纜的抗惡劣環(huán)境性能；（2）采用加強(qiáng)方式，包括中心加強(qiáng)件、加強(qiáng)層、鑲嵌鋼絲等。例如CN202034120U、US6046404A、JP平2-503730A；（3）采用填充方式或繞包方式，包括填充的材料、填充的位置、繞包材料的改進(jìn)、層數(shù)的增加、位置的變化等，例如CN85107230A、CN201036081Y；（4）防護(hù)材料改進(jìn)，例如GB1098921A采用聚乙烯對(duì)苯二酸鹽作為護(hù)層，JP17073491A采用交聯(lián)聚乙烯加入1-20%的氧化鎂作為絕緣護(hù)層，CN104240817A采用納米改性環(huán)氧樹(shù)脂與其他組分如甲基四氫苯酐、奇士增韌劑等復(fù)配使用的絕緣復(fù)合材料層。

2.2 增強(qiáng)防腐蝕及防水性能

由于海底電纜是長(zhǎng)期浸泡在海水中工作的，必須能夠適應(yīng)磨損、腐蝕、生物等環(huán)境，必須保證其水密封，且斷裂時(shí)應(yīng)盡可能減少海水滲入光纜內(nèi)的程度，其具體技術(shù)手段包括：（1）采用防腐蝕材料，例如JP特開(kāi)平5-314838A及CN102364600A，前者在鍍鋅鐵質(zhì)電線的表面擠塑一層熱塑性熱熔膠，然后再在該熱塑性熱熔膠層的表面擠塑一層聚氯乙烯；（2）采用防水材料，例如EP0467294A1在芯體外設(shè)置多層紡織紗襯層，每層分別由松焦油-天然瀝青混合物涂層所覆蓋；（3）采用填充方式，例如JP昭58-10703A在光纖纜芯和銅管之間填充0.7-0.8g/ml的聚丙烯酰胺粉末，膨脹形成止水隔離墻，CN102012285A在光纖與密封的不銹鋼管內(nèi)填充有阻水纖膏，CN102867593A在絞合導(dǎo)體的間隙中充滿可導(dǎo)電的密封膠；（4）增加阻水層，例如EP1942360A1、CN102360601A、CN104575738A。

2.3 增強(qiáng)導(dǎo)電性及載流量性能

海底電纜作為現(xiàn)階段洲際通信的主要手段，增強(qiáng)導(dǎo)電性、降低損耗、提高載流量成為其發(fā)展的必然趨勢(shì)，其具體技術(shù)手段包括：1）擴(kuò)大規(guī)模。例如CN102969071A，鍍錫銅螺旋管的外周緊密排列有多根高導(dǎo)電退火軟銅線構(gòu)成導(dǎo)體層，導(dǎo)體層的外周包覆有多層絕緣、屏蔽及保護(hù)層，具有更大的載流量，CN101901643A由若干個(gè)變頻電纜單元絞合成纜，變頻電纜單元之間填充有間隙填充材料；（2）采用改進(jìn)的導(dǎo)體材料，例如CN103426543采用導(dǎo)電銅棒上絞合碳纖維絞合束形成的碳纖維線芯；（3）屏蔽，例如FR2360965A1、CN202258529U。

2.4 減輕重量及降低成本

海底電纜屬于工業(yè)產(chǎn)品，因此在滿足其它性能需求的基礎(chǔ)上要求其盡可能重量輕、成本低，其具體技術(shù)手段包括：（1）簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，例如JPS5773701A，具有防水壓內(nèi)部導(dǎo)體和外部導(dǎo)體兩層，中間通過(guò)聚乙烯絕緣層隔開(kāi)；（2）采用新材料，例如CN101807453A，線芯是由位于中心位置的鋼絲導(dǎo)線和位于周圍的鋁導(dǎo)線共同絞合而成。

2.5 集成更多功能

隨著科技的進(jìn)步和越來(lái)越多元化的需求，將其它功能集成到海底電纜中也是海底電纜技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向，包括光電復(fù)合、改善柔軟性、增強(qiáng)可視性、同步檢測(cè)監(jiān)測(cè)、自修復(fù)、可更換填充物、降溫等。例如JP特開(kāi)平9-320351，將水管、電纜和光纜集成到一根海底電纜中，通過(guò)絕緣層和護(hù)層隔開(kāi)，可同時(shí)傳輸水、光信號(hào)和電力，CN1454387A，其外皮上具有由至少一條縱向條紋構(gòu)成的標(biāo)記，它采用較淺的顏色與黑色外皮形成強(qiáng)烈對(duì)比，從而在電視圖片上易于分辨，CN103646693A，阻水通道設(shè)置有冷卻油，具有降溫功能，CN104361929A，通過(guò)在傳統(tǒng)水下電纜主體上設(shè)置易斷點(diǎn)，在易斷點(diǎn)設(shè)置修復(fù)材料包，斷裂后，易斷點(diǎn)處的電阻加大，因電阻的加大導(dǎo)致發(fā)熱升溫，從而熔融焊接用材料，對(duì)易斷點(diǎn)進(jìn)行連接修復(fù)。

3 總結(jié)

海底電纜的發(fā)展主要圍繞五個(gè)技術(shù)問(wèn)題展開(kāi)，改進(jìn)無(wú)非是從結(jié)構(gòu)和材料這兩方面進(jìn)行。如果針對(duì)多個(gè)技術(shù)問(wèn)題從多個(gè)方面綜合進(jìn)行改進(jìn)，尤其是新功能的集成、新材料的應(yīng)用，則是很有可能具有新穎性和創(chuàng)造性的，或許可以作為國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人研究的重點(diǎn)。

就目前而言，關(guān)于海底電纜的研究和發(fā)展，早期申請(qǐng)量主要分布在日本、德國(guó)、美國(guó)、挪威等，近年申請(qǐng)量主要分布在中國(guó)，還有日韓。因此，如果涉及減輕重量及降低成本或集成更多功能，可以先在CNTXT和CNABS中查找中國(guó)申請(qǐng)文獻(xiàn)；而如果涉及的是增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度及防護(hù)性能、增強(qiáng)防腐蝕及防水性能、增強(qiáng)導(dǎo)電性及載流量性能，則可以先去DWPI庫(kù)中查找早期的國(guó)外文獻(xiàn)。

［1］趙健康；陳錚錚，國(guó)內(nèi)外海底電纜工程研究綜述，電網(wǎng)技術(shù)，2011年09期

［2］王裕霜，國(guó)內(nèi)外海底電纜輸電工程綜述，南方電網(wǎng)技術(shù)，2012年第6卷第2期