海底電纜專利技術(shù)發(fā)展綜述

吳 靖

國家知識產(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

國家知識產(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)庫中對海底電纜的分類號H01B7/14的檢索結(jié)果為分析基礎(chǔ)，從專利文獻的視角對海底電纜技術(shù)的發(fā)展進行了全面的統(tǒng)計分析，總結(jié)了與海底電纜相關(guān)的國內(nèi)和國外專利的申請趨勢、申請人分布以及針對海底電纜的技術(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)問題，可以分為：機械強度、防護性能、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 中國專利申請狀況

1.1 萌芽期（1985-2007年）

在這一階段，有關(guān)海底電纜的中國專利申請為28件。通過對比國內(nèi)專利申請趨勢與全球?qū)＠暾堏厔菘梢缘弥?dāng)國外專利申請?zhí)幱谘芯砍跫夒A段（1971年之前）時，中國的申請量還是0，而在國外專利申請趨于平穩(wěn)（1972-2005年）時，中國的申請才處于萌芽階段。在該階段，雖然整體申請量不多，但是中國申請人的申請量還是占了整體申請量的50%以上，主要申請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老牌電纜廠商，還有很多國外公司在中國的申請。

1.2 增長期（2008年-至今）

在這一階段，申請數(shù)量急速增長，達到331件，一方面說明國內(nèi)更多的申請人越來越看重海底電纜的技術(shù)優(yōu)勢，另一方面也說明國內(nèi)海底電纜工業(yè)正以爆發(fā)式速度迅猛發(fā)展。雖然國外尤其是申請量排名靠前的申請人對海底電纜的研究歷史比國內(nèi)要長，但隨著發(fā)達國家環(huán)保意識的增強，電纜工業(yè)已逐漸轉(zhuǎn)移到發(fā)展中國家，中國進入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中所涉及的技術(shù)問題，主要分為以下五類，當(dāng)然大部分申請都是針對海底電纜的綜合性能作出的改進，而不僅僅只是其中一項：

2.1 增強機械強度及防護性能

無論是世界范圍內(nèi)的申請，還是中國申請，針對增強海底電纜機械強度方面的是最多的，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，能夠大大提高海纜的抗惡劣環(huán)境性能；（2）采用加強方式，包括中心加強件、加強層、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、層數(shù)的增加、位置的變化等，例如CN85107230A、CN201036081Y；（4）防護材料改進，例如GB1098921A采用聚乙烯對苯二酸鹽作為護層，JP17073491A采用交聯(lián)聚乙烯加入1-20%的氧化鎂作為絕緣護層，CN104240817A采用納米改性環(huán)氧樹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 增強防腐蝕及防水性能

由于海底電纜是長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，增強導(dǎo)電性、降低損耗、提高載流量成為其發(fā)展的必然趨勢，其具體技術(shù)手段包括：1）擴大規(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、屏蔽及保護層，具有更大的載流量，CN101901643A由若干個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，中間通過聚乙烯絕緣層隔開；（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

隨著科技的進步和越來越多元化的需求，將其它功能集成到海底電纜中也是海底電纜技術(shù)的一個發(fā)展方向，包括光電復(fù)合、改善柔軟性、增強可視性、同步檢測監(jiān)測、自修復(fù)、可更換填充物、降溫等。例如JP特開平9-320351，將水管、電纜和光纜集成到一根海底電纜中，通過絕緣層和護層隔開，可同時傳輸水、光信號和電力，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烈對比，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，通過在傳統(tǒng)水下電纜主體上設(shè)置易斷點，在易斷點設(shè)置修復(fù)材料包，斷裂后，易斷點處的電阻加大，因電阻的加大導(dǎo)致發(fā)熱升溫，從而熔融焊接用材料，對易斷點進行連接修復(fù)。

3 總結(jié)

海底電纜的發(fā)展主要圍繞五個技術(shù)問題展開，改進無非是從結(jié)構(gòu)和材料這兩方面進行。如果針對多個技術(shù)問題從多個方面綜合進行改進，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，或許可以作為國內(nèi)申請人研究的重點。

就目前而言，關(guān)于海底電纜的研究和發(fā)展，早期申請量主要分布在日本、德國、美國、挪威等，近年申請量主要分布在中國，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中查找中國申請文獻；而如果涉及的是增強機械強度及防護性能、增強防腐蝕及防水性能、增強導(dǎo)電性及載流量性能，則可以先去DWPI庫中查找早期的國外文獻。

［1］趙健康；陳錚錚，國內(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