專利名稱：光纖架空地線線纜及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學通信網(wǎng)絡領域。特別地，本發(fā)明涉及光纖架空地線(簡稱為0PGW)線纜及其制造方法。
背景技術：
光纖架空地線(簡稱為0PGW)是適于在電カ輸送或配電線路中采用的高空線纜。例如，OPGW線纜可以在電力輸送或配電線路的高壓塔的頂部之間延伸，并且同時執(zhí)行兩種截然不同的功能接地功能(即，它把高空線路連接到地，用于保護電カ輸送或配電線路不受雷擊)和通信功能(即，它支持數(shù)據(jù)的傳輸)。OPGW線纜的構造一般包括在內(nèi)管中包含光纖的光芯——其中內(nèi)管通常是由不銹鋼、鋁或聚合物材料制成的——該內(nèi)管被ー層或多層金屬絲包圍，所述金屬絲又被外部的鋁層環(huán)繞。光纖執(zhí)行通信功能，而金屬層執(zhí)行接地功能同時保護光芯不受機械應力。EP 0 092 980公開了ー種架空電導體。特別地,柔性細長主體包括基本上沿圓周剛性而且基本上沿圓周連續(xù)的鋁或鋁基合金的中央芯部，該芯部具有位于其中而且延伸通過其整個長度的細長隔室；松散地封裝所述細長隔室中的至少ー根光纖；圍繞所述中央芯部的至少ー層裸鋼細長元件；及至少ー個基本上沿圓周連續(xù)的鋁或鋁基合金的外層，該外層圍繞裸鋼細長元件的層，中央芯部的和/或外層的鋁或鋁基合金至少部分地填充裸鋼細長元件之間的空隙。鋁或鋁基合金的沿圓周連續(xù)的外層最初是基本C形橫截面的單個壓出物，C的一個或每個分支都向內(nèi)合攏，使得分支的自由端之間的間隙閉合。另選地，鋁或鋁基合金的沿圓周連續(xù)的外層可以是下拉式管。US5, 787，217公開了與架空電カ輸送線路一起使用的地線線纜。特別地，單個的光纖芯部結構被高張カ金屬或金屬合金加強件(優(yōu)選地是鋼絲)包圍。徑向地向外移動，又被包在金屬或金屬合金管中，所述金屬或金屬合金管密封地封住光纖芯部結構并約束高張カ絲。在地面接地線的情況下，管子可以是例如鋁的。GB2101505公開了ー種制造水下使用的光纖線纜的方法。光纖線纜芯部包括圍繞加強件保持到一起的多根光纖，包括光纖預制件。該預制件布置在鋁管中。ー層高張カ鋼絲螺旋形地絞合在該鋁管之上，由此形成絞合的加強件。然后，通過連續(xù)的擠壓處理直接在絞合的加強件之上同軸擠出ー個超尺寸的鋁管。隨后，這個鋁管被拉下并旋到絞合的加強件上，使得管子的材料填充至少絲線之間的空隙空間并且與絞合絲線層緊密接觸。

發(fā)明內(nèi)容
本申請人已經(jīng)注意到，以上已知的線纜在其結構中所包括的絲線周圍呈現(xiàn)出空的空隙。由于填充空隙的空氣的導電率比在這種線纜中提供接地功能的金屬材料的導電率低得多，因此這種空隙降低了線纜的導電率(因此也降低了其短路容量，即，其接地效率)。原理上，線纜的導電率可以通過増大線纜的外直徑來増大，使得提供接地功能的金屬材料的橫截面積也可以增加。但是，這種解決方案意味著成本的増加和更大的線纜尺寸。
鑒于以上所述，本申請人已經(jīng)解決了提供包括增強結構的光纖架空地線(簡稱為0PGW)線纜的問題，該增強結構由至少一層絲線構成，所述線纜具有增大的傳導率而且使得線纜中可能存在的基本上全部空隙都被金屬填充，尤其是絲線與內(nèi)管之間的空隙，在現(xiàn)有技術的線纜中這種空隙是沒有填充的。另外，本申請人已經(jīng)解決了提供用于制造包括增強結構的OPGW線纜的方法的問題，該增強結構由至少一層在光芯上絞合的絲線構成，所述方法允許基本上完全填充絲線與內(nèi)層和外層之間的空隙，所述方法是盡可能簡單的而且具有損壞線纜中所包含的光纖的最小風險。這個問題是通過提供具有增強結構的OPGW線纜來解決的，該增強結構由至少一層絲線構成，所述絲線的至少一部分用第一金屬材料包覆，并且在第二金屬材料的外層中嵌入所述絲線，其中第二金屬材料具有與絲線包層的第一金屬材料的軟化點基本類似的軟化點。嵌入步驟是通過擠壓外層并在擠壓之后馬上對其冷卻來執(zhí)行的。在本說明書中和權利要求中，表述“絲線的至少一部分被包覆”意味著，如果R是線纜中所包含的絲線數(shù)量，則有K根絲線被包覆，K小于或者等于R，而且使得線纜不包括兩根相鄰的未包覆絲線。在本說明書中和權利要求中，“金屬材料的軟化點”意味著金屬材料可以被擠壓的溫度，這種溫度在金屬材料熔點的50%至75%的范圍內(nèi)。在本說明書中和權利要求中，一種金屬材料具有與另一種金屬材料基本類似的軟化點的概念意味著，所討論的金屬材料的軟化溫度范圍至少部分重疊。在外層的擠壓過程中，絲線的包層軟化而且基本上完全地填充絲線之間的空隙以及絲線和下面層的外表面之間的空隙。為了方便用包層的金屬填充空隙，對外層的擠壓有利地是在壓力之下執(zhí)行的。軟化的包層的金屬材料與軟化的外層被擠出的金屬材料熔合到一起，使得絲線與外層讓位于基本上固態(tài)的結構，這從機械和電氣的角度來說都是有利的?；旧蠜]有空隙的整體絲線/外層有利地充當單個導體，其(在給定某個外直徑的情況下)具有增加的橫截面積，并因此具有增加的傳導率。這有利地增大了 OPGW線纜的短路容量，而不用增加其外直徑。在擠壓之后馬上冷卻外層的步驟有利地允許防止對光芯一例如對光纖以及對安放它們的內(nèi)管一的可能損害。與已知的方法不同，根據(jù)本發(fā)明的方法通過單個制造步驟(例如，擠壓外層)，有利地允許填充所有空隙，基本上不留下任何自由的空間，并且防止在絲線與外層之間形成空隙。根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種用于制造光纖架空地線線纜的方法，所述方法包括以下步驟a)提供光芯；b)在所述光芯上提供由至少一層絲線構成的加強結構，所述絲線的至少一部分被第一金屬材料包覆；c)把外層擠壓到由至少一層絲線構成的所述加強結構上，所述外層由第二金屬材料制成，第二金屬材料具有與所述第一金屬材料的軟化點基本類似的軟化點；及
d)在擠壓之后立即冷卻外層。
優(yōu)選地，第一金屬材料選自招、招合金、銅、銅合金。
優(yōu)選地，第二金屬材料選自鋁、鋁合金、銅、銅合金。
有益地，第一金屬材料和第二金屬材料基本上是相同的材料。
有利地，把外層擠壓到加強結構上的步驟是在壓力之下執(zhí)行的。擠壓壓力有利地 高于500巴，優(yōu)選地是從600巴到700巴。擠壓過程中施加壓力便于填充空隙并且使處理 加速，由此最小化在擠壓過程中所施加的熱量對光纜的影響。
優(yōu)選地，把外層擠壓到加強結構上的步驟是在400° C到500° C的擠壓溫度下執(zhí) 行的。有利地，施加420° C到480° C的擠壓溫度。
優(yōu)選地，把外層擠壓到加強結構上的步驟是以高于20m/min的擠壓速度執(zhí)行的， 更優(yōu)選地是高于25m/min。擠壓速度可以高達60m/min。
優(yōu)選地，把外層擠壓到加強結構上的步驟是由包括陽模和陰模的擠壓機執(zhí)行的， 其中陽模和陰模處于并排關系。
優(yōu)選地，陽模是無頸部的。
優(yōu)選地，陽模定位成其下游端離陰模的上游端有幾毫米遠，例如3_8mm。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及包括光芯和加強結構的光纖架空地線線纜，光芯包括 封裝在內(nèi)管中的多根光纖，加強結構由絞合在所述光芯之上的至少一層絲線構成，所述絲 線的至少一部分被第一金屬材料包覆，所述加強結構由嵌入到第二金屬材料的外層中的至 少一層絲線構成，所述線纜在絲線與內(nèi)管之間基本沒有空隙。
優(yōu)選地，內(nèi)管是由金屬材料制成的。用于內(nèi)管的優(yōu)選金屬材料是不銹鋼和鋁，更優(yōu) 選地是鋁。
另選地，內(nèi)管可以由聚合物材料制成，優(yōu)選地是聚乙烯。
優(yōu)選地，線纜包括由一層絲線構成的加強結構。由于嵌入到了外層中，單層絲線提 供了至少所要求的機械強度，而不需要附加的層。
優(yōu)選地，第一金屬材料選自招、招合金、銅、銅合金。
優(yōu)選地，第二金屬材料選自鋁、鋁合金、銅、銅合金。
每根被包覆的絲線都包括內(nèi)芯和包層，內(nèi)芯由第三金屬材料制成，該第三金屬材 料具有比包層的第一金屬材料的軟化點高得多的軟化點。優(yōu)選的第三金屬材料是鋼。


通過閱讀以下具體實施方式
，本發(fā)明將變得完全清晰，具體實施方式
要參照附圖 來閱讀，附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的OPGW線纜的截面圖2是圖1線纜中所包括的絲線的截面圖3是用于制造圖1的OPGW線纜的裝置的示意性表示；及
圖4是根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的陰/陽擠壓模具配置的示意性例示。
具體實施方式
對于本說明書和所附權利要求書來說，除非另外指出，否則所有表達數(shù)量、量、百分比等的數(shù)字都應當理解為在所有情況下都可以通過術語“大約”來修改。而且，所有范圍都包括所公開的最大與最小點的任意組合而且包括其中的任意中間范圍，這可能或者可能沒有在這里具體列出。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的OPGW線纜I。線纜I包括光芯2。光芯2又包括安放多根光纖4的內(nèi)管3。僅僅是作為例子，圖1中所示出的線纜I包括六根光纖4。光纖4可以是適于長距離應用的任何已知類型。例如，光纖4可以是與ITU-T建議G. 652 (06/2005)兼容的標準單模光纖。另選地，光纖4可以是與ITU-T建議G. 655兼容的NZDS (非零色散位移)光纖。光纖4優(yōu)選地是松散地排列在內(nèi)管3中，具有一定的過量長度。內(nèi)管3還可以包含填充化合物4a，例如氫吸收膠狀物，用以保護光纖4不受氫侵蝕。優(yōu)選地，內(nèi)管3的管狀側壁的厚度是0. 20mm到0. 30mm。內(nèi)管3可以由聚合物材料制成，例如聚こ烯，象高密度聚こ烯(HDPE)，或者由金屬材料制成，例如鋼，象例如AISI304或AISI316的不銹鋼，或者鋁。作為例子，在考慮不銹鋼管的情況下，內(nèi)管3的側壁厚度可以是0. 2mm到0. 3mm。對于鋁或者HDPE管，厚度應當更大。例如，所述厚度可以包括在1. Omm和2. 5mm之間。線纜I還包括多根絲線5。絲線5絞合到內(nèi)管3上，從而形成包圍光芯2的ー個或多個同心加強層。優(yōu)選地，本發(fā)明的線纜具有由單個層構成的加強結構。作為例子，圖1中所示出的線纜I包括形成包圍光芯2的加強結構的六根絲線5。絲線5是金屬絲。特別地，參考圖2，每根絲線5都包括芯部50和包層51。芯部50由第三金屬材料制成,而包層51由與第三金屬材料不同的第一金屬材料制成。第三金屬材料的軟化點優(yōu)選地比 第一金屬材料的軟化點高得多。例如，每根絲線都是由ACS(包鋁鋼)制成的，即，每個芯部50都是由鋼制成而且相關的包層51由鋁制成。ACS絲線可以是標準的 ACS 絲線，如由 IEC61232Ed.1. 0，09. 06. 1993 定義的(即，20SA、27SA、30SA 或者 40SA),或者是其鋼/鋁之比具有非標準值的非標準ACS絲線。另選地，芯部50可以由鍍鋅鋼或者鋁合金制成。盡管在附圖所示的實施方式中所有絲線5都包括包層51，但這僅僅是ー個例子。更一般地說，絲線5的至少一部分是被包覆的。例如，如果線纜包括R根絲線(例如，R是偶數(shù))，那么R/2根絲線可以被包覆，而R/2根絲線可以不被包覆。在那種情況下，絲線優(yōu)選地排列成包覆絲線與未包覆絲線交替。姆根絲線5的外直徑優(yōu)選地是Imm到5mm,更優(yōu)選地是2mm到3. 5mm。線纜I還包括包圍ー層或多層絲線5的加強結構的外層6。外層6的外直徑優(yōu)選地是IOmm到20mm,更優(yōu)選地是12mm到18mm。外層6由第二金屬材料制成。特別地，夕卜層6由具有與包層51的第一金屬材料的軟化點基本類似的軟化點的第二金屬材料制成。例如，第二金屬材料可以選自鋁、鋁合金、銅、銅合金。第一金屬材料和第二金屬材料可以是相同的材料。如以下將更具體描述的，外層6直接擠壓到由至少ー層絲線5構成的加強結構上。在擠壓處理中所達到的溫度和壓カ導致絲線5的包層51的第一金屬材料軟化。軟化的第一金屬材料流動，有利地填充了絲線5之間的空隙以及絲線5和內(nèi)管3的外表面之間的空 隙。另外，包層51的第一金屬材料有利地在擠壓過程中與外層6的第二金屬材料混合或熔 合到一起，并相應地形成基本上固態(tài)的結構，這從機械和電氣的角度看都是有利的。
在本發(fā)明的線纜I中，絲線5嵌入到第一和第二金屬材料中。在絲線5周圍基本 沒有空隙。整體的絲線5/外層6有利地充當單個導體，用以提供接地功能。另外，所述整 體有利地給線纜I賦予改進的機械屬性。
現(xiàn)在參考圖3，將描述根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的用于制造線纜I的裝置。
裝置10優(yōu)選地包括光纖展開工具11、捆扎工具12、膠狀物注入工具13、第一擠壓 機14、絲線展開工具15、纏繞工具16、第二擠壓機17、冷卻工具18和收集工具20。裝置10 的各個部分(工具和擠壓機)彼此鏈接，從而形成連續(xù)的生產(chǎn)線(或者車間)。
光纖展開工具11優(yōu)選地包括N軸光纖(在圖3中不意性地由圓圈表不),N等于要 包括在線纜I中的光纖4的數(shù)量。類似地，絲線展開工具15優(yōu)選地包括M軸絲線(在圖3 中也示意性地由圓圈表示)，M等于要包括在線纜I中的絲線5的數(shù)量。
通過光纖展開工具11，N根光纖4從對應的線軸展開，然后通過捆扎工具12，形成 光纖束。
光纖束通過提供填充化合物4a的膠狀物注入工具13。這是個可選步驟。
然后，光纖束通過第一擠壓機14,其中第一擠壓機14優(yōu)選地通過擠壓在光纖束周 圍提供內(nèi)管3。代替第一擠壓機14，裝置10可以包括一種工具，這種工具提供連續(xù)的金屬 條、以光纖束周圍以C截面的形式成形該金屬條并且最終通過沿金屬條的縱向端熔合焊接 (weld)或填料焊接(solder)來密封地將其封住，由此提供金屬內(nèi)管3。這種備選方案不是 優(yōu)選的。
其中封裝了光纖4的內(nèi)管3通過纏繞工具16。纏繞工具16優(yōu)選地接收從絲線展 開工具15的線軸展開的M根絲線5，并且優(yōu)選地根據(jù)開放螺旋形(或者“S-Z”)模式把它們 纏繞到內(nèi)管3上，由此形成一層或多層絲線5。
然后，其中封裝了光纖4而且有絲線5纏繞在其上的內(nèi)管3通過第二擠壓機17。 第二擠壓機17把外層6擠壓到絲線5層上。特別地，外層6優(yōu)選地是通過擠壓金屬材料獲 得的，如以上所提到的，這種金屬材料具有與制成絲線5的包層51的金屬材料的軟化點基 本類似的軟化點。擠壓處理優(yōu)選地是以足夠高的速度執(zhí)行的，以防止這個處理的熱量把外 層6中所包圍的元件(特別是光芯2)的溫度升高到可能損壞內(nèi)管3、光纖4或者填充化合物 4a (如果有的話)的值。特別地，擠壓處理優(yōu)選地是以高于20m/min的速度執(zhí)行的，更優(yōu)選 地是高于25m/min。例如,擠壓處理的速度可以高達60m/min。
第二擠壓機17中的壓力優(yōu)選地高于500巴，更優(yōu)選地是600巴到700巴。擠壓溫 度優(yōu)選地在400° C和500° C之間，更優(yōu)選地在420° C和480° C之間。如對于本領域 技術人員將顯而易見的，溫度的選擇依賴于第一和第二金屬材料而且依賴于制造光芯2所 采用的材料。
如圖4中所示出的，第二擠壓機17包括陽模170和陰模171。陽模170是無頸部 的。陽模170和陰模171優(yōu)選地處于并排關系。特別地，陽模170放置成離陰模171幾毫 米遠。有利地，陽模170放置成離陰模171有4-6mm遠。對圖4中所示模具配置所執(zhí)行的 擠壓有利地是在壓力之下執(zhí)行的。
如以上所提到的，在第二擠壓機17中，在擠壓處理中所達到的溫度與壓力引起包層51的軟化。還由于在第二擠壓機17中所施加的壓力值(高于500巴)，軟化的包層51的金屬材料有利地填充絲線5之間的空隙以及絲線5和內(nèi)管3的外表面之間的空隙。包層51的金屬材料有利地與外層6的金屬材料基本上熔合到一起，從而形成基本上固態(tài)的結構，這從機械和電氣的角度看都是有利的。因此，絲線5的芯部50嵌入到金屬材料中。在擠壓之后就馬上通過冷卻工具18冷卻外層6，其中溫度和壓力優(yōu)選地分別降低到室溫和大氣壓力。優(yōu)選地，冷卻工具18包括水浴，外層6通過該水浴。水浴使得在水浴中通過幾米之后(即，幾秒鐘之后，假定把外層6提供給水浴的速度高于25m/min)，外層6及其中所嵌入的元件(即，光芯2和絲線5)的溫度達到室溫。在擠壓之后馬上在這么短的時間內(nèi)冷卻外層6有利地允許防止對光芯的可能損壞，因為在擠壓過程中提供給外層6的熱量在擠壓之后立即被快速除去了，由此防止所述熱量到達光芯2并把其溫度升高到危險的值。線纜I最終在收集階段20中收集在一個或多個收集鼓上。對這樣產(chǎn)生的線纜進行了測試。特別地，制造出了包括光芯的OPGW線纜，光芯又包括嵌入到氫吸收膠狀物中的48根光纖，光纖被由不銹鋼制成并且具有大約3. 5mm內(nèi)直徑和大約4. O外直徑的內(nèi)管包圍。光芯被由ACS20AS制成的八根絲線包圍，形成一個加強層。每根絲線都具有大約2. 42mm的直徑。鋁外層在600-700巴的壓力下在460 ±20° C擠壓到絲線上。結果產(chǎn)生的OPGW線纜的總直徑是16. 2mm。結果產(chǎn)生的線纜的實測重量是690kg/km而且實測額定抗拉強度(RTS)是5700kg。結果產(chǎn)生的線纜在絲線周圍以及在絲線和內(nèi)管之間基本上沒有顯現(xiàn)出空隙。線纜的短路容量是根據(jù)IEC60724 (1984)評估的而且在40° C得到305KA2s的值。另外，對線纜還執(zhí)行了機械測試(特別地，測量了應力應變、極限抗拉強度、擠壓(crush)和過滑輪(sheave))。得到包括在如緩沖管中O. 5%和O. 6%之間的應變限量。在應力應變、擠壓和過滑輪測試中沒有發(fā)現(xiàn)光纖的衰減。極限抗拉強度(UTS)的測量結果是大約7000Kg(RTS 的 123%)ο與具有相同外直徑的已知OPGW線纜相比，根據(jù)本發(fā)明的OPGW線纜具有增大的導電率并且由此具有增大的高短路容量。這種線纜制造起來很容易而且安全。擠壓之后就馬上冷卻外層有利地允許防止對光芯的光纖的可能損壞。處理是在單個制造步驟中執(zhí)行的。
權利要求
1.一種用于制造光纖架空地線線纜(1)的方法，所述方法包括以下步驟a)提供光芯(2)；b)在所述光芯(2)上提供由至少一層絲線(5)構成的加強結構，所述絲線(5)的至少 一部分被第一金屬材料包覆；c)把外層(6)擠壓到由至少一層絲線(5)構成的所述加強結構上，所述外層(6)由第 二金屬材料制成，第二金屬材料具有與所述第一金屬材料的軟化點基本類似的軟化點；及d)在擠壓之后立即冷卻外層(6)。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述第一金屬材料選自鋁、鋁合金、銅、銅合金。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述第二金屬材料選自鋁、鋁合金、銅、銅合金。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述第一金屬材料和所述第二金屬材料是基本相同 的材料。
5.如權利要求1所述的方法，其中步驟c)是在壓力之下執(zhí)行的。
6.如權利要求5所述的方法，其中步驟c)是在高于500巴的壓力之下執(zhí)行的。
7.如權利要求1所述的方法，其中步驟c)是在400°C到500° C的擠壓溫度下執(zhí)行的。
8.如權利要求1所述的方法，其中步驟c)是以高于20m/min的擠壓速度執(zhí)行的。
9.一種光纖架空地線線纜(1 )，包括光芯(2)和加強結構，其中光芯(2)包括封裝在內(nèi) 管(3)中的多根光纖(4)，加強結構由絞合到所述光芯(2)上的至少一層絲線(5)構成，所述 絲線(5)的至少一部分被第一金屬材料包覆，所述加強結構由嵌入到第二金屬材料的外層 (6)中的至少一層絲線(5)構成，其中第二金屬材料具有與所述第一金屬材料的軟化點基本 類似的軟化點，所述線纜在絲線(5)與內(nèi)管(3)之間基本沒有空隙。
10.如權利要求9所述的光纖架空地線線纜(1)，其中內(nèi)管(3)由聚合物材料制成。
11.如權利要求9所述的光纖架空地線線纜(1)，其中內(nèi)管(3)由金屬材料制成。
12.如權利要求9所述的光纖架空地線線纜(1)，其中加強結構由一層絲線(5)構成。
13.如權利要求9所述的光纖架空地線線纜(1)，其中所述第一金屬材料選自鋁、鋁合 金、銅、銅合金。
14.如權利要求9所述的光纖架空地線線纜(1)，其中所述第二金屬材料選自鋁、鋁合 金、銅、銅合金。
15.如權利要求9所述的光纖架空地線線纜(1)，其中被包覆的所述絲線(5)中的每一 根都包括芯部(50)和包層(51 )，所述芯部(50)由第三金屬材料制成，該第三金屬材料具有 比所述第一金屬材料的軟化點高得多的軟化點。
全文摘要
公開了一種用于制造光纖架空地線線纜的方法。該方法包括以下步驟提供具有緩沖管(3)和光纖(4)的光芯(2)；在光芯上提供由至少一層絲線(50)構成的加強結構，所述絲線的至少一部分被第一金屬材料包覆；把外層(6)擠壓到加強結構上，所述外層由第二金屬材料制成，第二金屬材料具有與所述第一金屬材料的軟化點基本類似的軟化點；及在擠壓之后立即冷卻外層。
文檔編號G02B6/44GK103052903SQ201080068077
公開日2013年4月17日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權日2010年7月19日
發(fā)明者J·馬丁瑞格拉多, J·M·巴特利菲爾瑞爾, J·O·維德拉卡薩納斯, V·格赫納格拉, L-R·薩雷斯卡撒拉斯 申請人:普睿司曼股份公司