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海底电缆

归档日期:06-29       文本归类:海底电缆      文章编辑:爱尚语录

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  海底电缆(submarine cable)是用绝缘材料包裹的电缆,铺设在海底,用于电信传输。海底电缆分海底通信电缆和海底电力电缆。现代的海底电缆都是使用光纤作为材料,传输电话和互联网信号。全世界第一条海底电缆是1850年在英国和法国之间铺设。中国的第一条海底电缆是在1988年完成。

  海底电缆(submarine cable)是用绝缘材料包裹的导线,敷设在海底及河流水下,用于电信传输。现代的海底电缆都是使用光纤作为材料,传输电话和互联网信号。全世界第一条海底电缆是1850年在英国和法国之间铺设的。中国的第一条海底电缆是在1988年完成,共有两条,一是福州川石岛与台湾沪尾(淡水)之间,长177海里 另一条由台南安平通往澎湖,长53海里。

  海底电缆分海底通信电缆和海底电力电缆。海底通信电缆主要用于通讯业务,费用昂贵,但保密程度高。海底电力电缆主要用于水下传输大功率电能,与地下电力电缆的作用等同,只不过应用的场合和敷设的方式不同。由于海底电缆工程被世界各国公认为复杂困难的大型工程,从环境探测、海洋物理调查,以及电缆的设计、制造和安装,都应用复杂技术,因而海底电缆的制造厂家在世界上为数不多,主要有挪威、丹麦、日本、加拿大、美、英、法、意等国,这些国家除制造外还提供敷设技术。

  海底电缆的核心是由细如毛发的高纯度光纤制作,通过内反射来引导光沿着光纤的路径前进。海底电缆要能够承受水下8公里处的巨大压力,相当于把一头大象放在人的拇指所承受的重量。NEC公司所制造的深海电缆采用轻量的聚乙烯制作,整条电缆仅有17毫米的厚度。

  在海底光缆的制作中,光纤首先会被嵌入在类似果冻的化合物中,保护即使在与海水接触的情况下电缆也不会损坏。然后将光缆装入钢管中,防止水的压力将其破坏。接下来将其包裹在整体强度极高的钢丝之中,并套在铜管之中,最后套上聚乙烯材料的保护层。靠近大陆架的海岸,海底电缆的铺设通常采用轻质电缆搭配强度更大的钢丝,并覆盖沥青涂层以防止海水腐蚀。

  海底电缆最多可以搭载80Tbps的数据量,相当于在一秒钟内传输1TB容量。

  现在99%的越洋互联网数据传输通过海底电缆进行传输。目前海底电缆共有39000公里长,共连接33个国家和四大洲。

  鲨鱼虽然被摄像头记录下破坏海底电缆一次,但是2006年后鲨鱼和其他鱼类导致的海底电缆故障不到1%。

  远距离岛屿之间、跨海军事设施等较重要的场合。海底电力电缆敷设距离较通信电缆相比要短得多,主要用于陆岛之间、横越江河或港湾、从陆上连接钻井平台或钻井平台间的互相连接等。在一般情况下,应用海底电缆传输电能无疑要比同样长度的架空电缆昂贵,但用它往往比用小而孤立的发电站作地区性发电更经济,在近海地区应用好处更多。在岛屿和河流较多的国家,此种电缆应用较广泛。

  1850年,人们在北美和欧洲之间铺设了世界上第一条海底电缆,1866年,英国在大西洋铺设

  同陆地电缆相比,海底电缆有很多优越性:一是铺设不需要挖坑道或用支架支撑,因而投资少,建设速度快;二是除了登陆地段以外,电缆大多在一定测试的海底,不受风浪等自然环境的破坏和人类生产活动的干扰,所以,电缆安全稳定,抗干扰能力强,保密性能好。

  1876年,贝尔发明电话后,海底电缆加入了新的内容,各国大规模铺设海底电缆的步伐加快了。1902年环球海底通信电缆建成。

  1960年,世界上第一台激光器问世,人们开始利用激光能在光导纤维中传输的特性来传递信息。

  世界上有32个国家与地区通过海底光缆建立了最现代化的全球通信网络,可同时进行30万路电话通话或数据传输。

  海底光缆在中国也得到迅猛发展。1993年建成的中日海底光缆系统,可开通7560条电线年在上海南汇又建设了一条天下无难事光缆(FLAG),连接全球20个国家,可开通12万条电话电路。我国开始建设中美、亚欧两条光缆,总通信能力将猛增到132万路。

  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

  自容式充油电缆,适用于高达750kV的直流电或交流电线路。由于电缆为充油式,故可以毫无困难地敷设于水深达500m的海域。

  挤压式绝缘(交联聚乙烯绝缘、乙丙橡胶绝缘)电缆,适用于高达200kV交流电压。乙丙橡胶较聚乙烯更能防止树枝现象及局部泄电,使海底电缆更有效地发挥功能。

  “油压”管电缆,只适用于数公里长的电缆系统,因为要把极长的电缆拉进管道内,受到很大的机械性限制。

  充气式(压力辅助)电缆,使用浸渍纸包的充气式电缆比充油式电缆更适合于较长的海底电缆网,但由于须在深水下使用高气压操作,故此增加了设计电缆及其配件的困难,一般限于水深为300m以内。

  海底电力电缆的整个制造过程同一般电力电缆基本相同,但在电缆机械强度和防腐要求上有所特殊,并要求电缆长度尽量延长。下面简述浸渍纸电缆和挤压式绝缘电缆的制造过程。浸渍纸电缆首先用绝缘纸绕包线芯,而后真空干燥、浸油,完成导体线芯后,再包铅套,此时须经连续挤压的过程。挤压极长的电缆芯,属于极为重要的步骤,须夜以继日进行。充油式电缆的导线芯从储缸到压铅机之间,经过一条虹吸输送管,管内注有除气油,以反方向流向导线芯,以便隔绝线芯与空气的接触。导线芯包上铅套后,需在旋转式平台上进行盘线(倘若电缆属于充油式或充气式,则可以另行添加适量的金属补强料),再予电缆包上聚乙烯护套(挤压聚乙烯护套也属于连续性的作业),最后裹以二层镀锌钢线的铠装,外复油麻浸渍物。在最后生产的过程中,须在适当阶段透过聚乙烯护套把铅套和金属带接地。交联聚乙烯电缆和乙丙橡胶绝缘海底电缆的大部分生产过程,除了挤压及合成橡胶绝缘层的硫化过程外,大体上和纸绝缘铅套电缆的制造过程相近,但不使用铅护套。

  海缆敷设主要包括电缆路由勘查清理、海缆敷设和冲埋保护三个阶段。电缆敷设时要通过控制敷设船的航行速度、电缆释放速度来控制电缆的入水角度以及敷设张力,避免由于弯曲半径过小或张力过大而损伤电缆。其中,在浅滩段(南岭侧)敷设时,电缆敷设船停在距离海岸4.5千米的地方,通过岸上的牵引机牵引,将放置在浮包上的电缆牵引上岸,电缆上岸后拆除浮包,使电缆下沉至海底。深海段敷设时,电缆敷设船释放出电缆,使用水下监视器、水下遥控车不断地进行监视和调整,控制敷设船的前进速度、方向和敷设电缆的速度,以绕开凹凸不平的地方和岩石避免损伤电缆。

  在施工的最后阶段,主要是对海底电缆进行深埋保护,减小复杂的海洋环境对海底电缆的影响,保证运行安全。在沙地及淤泥区,用高压冲水产生一条约2米深的沟槽,将电缆埋入其中,旁边的沙土将其覆盖;在珊瑚礁及粘土区,用切割机切割一条0.6-1.2米深的沟槽,把电缆埋入沟槽,自然回填形成保护;在坚硬岩石区,需在电缆上覆盖水泥盖板等硬质物体实施保护。

  1988年,在美国与英国、法国之间敷设了越洋的海底光缆(TAT-8)系统,全长6700公里。

  这条光缆含有3对光纤,每对的传输速率为280Mb/s,中继站距离为67公里。这是第一条跨越大西洋的通信海底光缆,标志着海底光缆时代的到来。1989年,跨越太平洋的海底光缆(全长13200公里)也建设成功,从此,海底光缆就在跨越海洋的洲际海缆领域取代了同轴电缆,远洋洲际间不再敷设海底电缆。

  光纤的传输容量大,中继站间的距离长,适用于海底长距离的通信。用于海底光缆的光纤比陆地光缆所用的光纤有更高的要求;要求低损耗、高强度、制造长度长,光缆的中继距离长,一般都在50公里以上,在光纤的传输性能方面要求在25年以内不会变化。在海底光缆的结构方面:要求能经受强大的压力和拉力,特别是深海光缆(敷设在水深1000米以上海底的光缆),在敷设和维修作业中除了光缆本身的重量外,还要加上海浪加到光缆上的动态应力,在如此大的负荷条件下,光缆的应变要限制在0.7~0.8%之内;海底光缆的结构要求坚固、材料轻,但不能用轻金属铝,因为铝和海水会发生电化学及应而产生氢气,氢分子会扩散到光纤的玻璃材料中,使光纤的损耗变大。因此海底光缆既要防止内部产生氢气,同时还要防止氢气从外部渗入光缆。为此,在90年代初期,研制开发出一种涂碳或涂钛层的光纤,能阻止氢的渗透和防止化学腐蚀。光纤接头也要求是高强度的,要求接续保持原有光纤的强度和原有光纤的表面不受损伤。

  按照上述要求和特点,海底光缆的基本结构是将经过一次或两次涂层处理后的光纤螺旋地绕包在中心,加强构件(用钢丝制成)的周围。几种典型的深海光缆的结构:深海光缆,光纤设在螺旋形的U形槽塑料骨架中,槽内填满油膏或弹性塑料体形成纤芯。纤芯周围用高强度的钢丝绕包,在绕包过程中要把所有缝隙都用防水材料填满,再在钢丝周围绕包一层铜带并焊接搭缝,使钢丝和铜管形成一个抗压和抗拉的联合体,这个铜管还是传送远供电流的导体。在钢丝和铜管的外面还要再加一层聚乙烯护套。这样严密多层的结构是为了保护光纤、防止断裂以及防止海水的侵入,同时也是为了在敷设和回收修理时可以承受巨大的张力和压力。

  即使是如此严密的防护,在80年代末还是发现过深海光缆的聚乙烯绝缘体被鲨鱼咬坏造成供电故障的实例。海缆系统的远程供电十分重要,海底电缆沿线的中继器,要靠登陆局远程供电工作。海底光缆用的数字中继器功能多,比海底电缆的模拟中继器的用电量要大好几倍,供电要求有很高的可靠性,不能中断。因此在有鲨鱼出没的地区,在海底光缆的外面还要加上钢带绕包两层和再加一层聚乙烯外护套。

  进入90年代,海底光缆已经和卫星通信成为当代洲际通信的主要手段。我国自1989年开始到1998年底已经先后参与了18条国际海底光缆的建设与投资。其中第一个在中国登陆的国际海底光缆系统是1993年12月建成的中国——日本(C-J)海底光缆系统。1996年2月中韩海底光缆建成开通,分别在中国青岛和韩国泰安登陆、全长549公里;1997年11月,中国参与建设的球海底光缆系统(FLAG)建成并投入运营,这是第一条在我国登陆的洲际光缆系统,分别在英国、埃及、印度、泰国、日本等12个国家和地区登陆,全长27000多公里,其中中国段为622公里;由中国电信和新加坡等地的电信公司共同发起的亚欧海底光缆系统,延伸段正在建设,该系统连接亚洲、欧洲和大洋洲,在33个国家和地区登陆,全长达38000公里,是世界上最长的海底光缆,采用先进的8波长波分复用技术,主干路由的设计容量高达40Gb/s,在中国上海、汕头两地登陆,1999年底建成开通。

  海底光缆承担的洲际通信业务量逐年上升,已经超过了卫星通信的业务量,成为现代洲际通信的主力。

  电性能指标:导体的直流电阻和交流阻抗;绝缘层的绝缘电阻;介质损耗;载流量;电缆的电容、电感;金属护层的感应电压和电流。

  机械物理性能指标:电缆的机械强度;导体抗拉强度、伸长率;绝缘层材料的机械物理性能等。

  检验方法:我国主要采用国际电工委员会推荐标准,有IEC60502、IEC540和IEC60141-1~IEC60141-4等,世界各国生产电缆的厂家大都有自己的标准,主要有日本JIS,英国BS,加拿大CSA等。

  由于海底电缆希望制造的较长些,以减少接头,所以能在沿海生产为最好。其包装应不同于其它电缆。一般是将电缆盘绕于一个储缆盘或回转台上,以备装运到敷缆船,由敷缆船将电缆运到敷设地区。敷缆船是专门为敷设电缆而设计和建造的,船上也必须备有龙门吊、绞缆轴、充油系统等设施,但也可用其它有专门为敷设电缆而附加机械设备的船只。

  海底电缆是实施出口质量许可制度的产品,生产企业须按规定取得由国家出入境检验检疫部门颁发的出口质量许可证书,方可生产出口产品。

  ,目前我国的大陆和台湾岛之间没有直接的通信光缆连接,一般都是通过美国的海底光缆交换信息的,世界上的全球性的Internet互联网都是通过海底通信光缆来实现的,目前正在准备的“太平洋高速公路”海底光缆系统,长度将达到2万五千公里,联结中国、美国、日本、韩国等许多太平洋国家。

  1866年跨大西洋海底电缆(The Atlantic Cable)铺设成功,实现了欧美大陆之间跨大西洋的电报通讯。时至今日,随着社会经济和科技发展,海底管线的种类越来越多。按照用途,海底管道可以简单地分为输油管道、输气管道、输水管道等;海底缆线主要有通信光缆、输电电缆、通信电缆等。

  电线电缆多根成束燃烧测试:BS EN 60332-3-24/ BS EN 60332-3-25

  电线电缆多根成束燃烧测试:BS EN 50266-2-4/BS EN 50266-2-5

  电线电缆烟密度测试:BS EN 61034-1/BS EN 61034-2

  当前国内、国际海底电缆存在广阔的市场及应用前景,主要体现如下几个市场:

  海底电缆是沿海岛屿与城市之间电力与通信的重要传输手段。我国沿海城市之间、岛屿之间及岛屿与大陆之间所需光电复合海底电缆和海底交联电缆的2006年用量约为800km,到2020年预计需求量为3000km以上。

  据了解,各类每座海上石油平台上电缆的用量是:自升式平台150km,半潜式平台180km,采油平台200km,生产平台200km,生活平台100km。

  由于改造江河、湖泊以及水库大坝的需要,水下电缆应用得越来越广泛,在中国,主要分布在长江、黄河、怒江、钱塘江、珠江等市场。

  建设海上风电场是国际新能源发展的重要方向,也将是我国风电产业发展的“方向中的方向”。中国已有近百家陆上风电场,但海上风力发电场建设才刚刚起步。对于海底电缆来说,其在海上风力发电及输电上的应用拥有广阔的市场前景。

  东南亚各国如日本、韩国、菲律宾、马来西亚、印度尼西亚、越南、泰国、缅甸等还不具备海底电缆的生产能力,不少本地区域性海底电缆工程从西欧引进光电复合海底电缆,耗费巨大。相对而言,中国的海底电缆生产企业具有成本和地域的优势。

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