基本介紹
- 中文名：海底電纜
- 外文名：submarine cable
- 用途：用於長途通訊
- 歷史：1850年
- 品種：自容式充油電纜
- 材料：絕緣體包裹的導線
產品簡介,製作材料,製作過程,容量,普及度,故障史,產品用途,產品歷史,產品分類,操作方法,敷設方式,結構發展,檢驗方法,包裝儲運,發展前景,
產品簡介
海底電纜（submarine cable）是用絕緣材料包裹的導線，敷設在海底及河流水下，用於電信傳輸。現代的海底電纜都是使用光纖作為材料，傳輸電話和網際網路信號。全世界第一條海底電纜是1850年在英國和法國之間鋪設的。中國的第一條海底電纜是在1988年完成，共有兩條，一是福州川石島與台灣滬尾（淡水）之間，長177海里 另一條由台南安平通往澎湖，長53海里。
海底電纜分海底通信電纜和海底電力電纜。海底通信電纜主要用於通訊業務,費用昂貴,但保密程度高。海底電力電纜主要用於水下傳輸大功率電能,與地下電力電纜的作用等同,只不過套用的場合和敷設的方式不同。由於海底電纜工程被世界各國公認為複雜困難的大型工程,從環境探測、海洋物理調查,以及電纜的設計、製造和安裝,都套用複雜技術,因而海底電纜的製造廠家在世界上為數不多,主要有挪威、丹麥、日本、加拿大、美、英、法、意等國,這些國家除製造外還提供敷設技術。
目前220kv光電複合海纜打破國外壟斷格局，開始不需要完全依靠進口。2015年8月份，寧波某家電纜公司，國內首條220kv（目前全球海底電纜電壓的最高等級）電纜開始裝船，意味著中國也能夠自行研發製造高壓電纜，不再依賴國外進口！
製作材料
海底電纜的核心是由細如毛髮的高純度光纖製作，通過內反射來引導光沿著光纖的路徑前進。海底電纜要能夠承受水下8公里處的巨大壓力，相當於把一頭大象放在人的拇指所承受的重量。NEC公司所製造的深海電纜採用輕量的聚乙烯製作，整條電纜僅有17毫米的厚度。
製作過程
在海底光纜的製作中，光纖首先會被嵌入在類似果凍的化合物中，保護即使在與海水接觸的情況下電纜也不會損壞。然後將光纜裝入鋼管中，防止水的壓力將其破壞。接下來將其包裹在整體強度極高的鋼絲之中，並套在銅管之中，最後套上聚乙烯材料的保護層。靠近大陸架的海岸，海底電纜的鋪設通常採用輕質電纜搭配強度更大的鋼絲，並覆蓋瀝青塗層以防止海水腐蝕。
容量
海底電纜最多可以搭載80Tbps的數據量，相當於在一秒鐘內傳輸1TB容量。
普及度
現在99%的越洋網際網路數據傳輸通過海底電纜進行傳輸。目前海底電纜共有39000公里長，共連線33個國家和四大洲。
故障史
鯊魚雖然被攝像頭記錄下破壞海底電纜一次，但是2006年後鯊魚和其他魚類導致的海底電纜故障不到1%。
產品用途
海底通信電纜主要用於長距離通訊網、通常用於遠距離島嶼之間、跨海軍事設施等較重要的場合。海底電力電纜敷設距離較通信電纜相比要短得多,主要用於陸島之間、橫越江河或港灣、從陸上連線鑽井平台或鑽井平台間的互相連線等。在一般情況下,套用海底電纜傳輸電能無疑要比同樣長度的架空電纜昂貴,但用它往往比用小而孤立的發電站作地區性發電更經濟,在近海地區套用好處更多。在島嶼和河流較多的國家,此種電纜套用較廣泛。
海底電纜
海底電纜產品歷史
1850年,人們在北美和歐洲之間鋪設了世界上第一條海底電纜,1866年，英國在大西洋鋪設了一條連線英美兩國的海底電纜。
海底電纜的鋪設
海底電纜的鋪設同陸地電纜相比，海底電纜有很多優越性：一是鋪設不需要挖坑道或用支架支撐，因而投資少，建設速度快；二是除了登入地段以外，電纜大多在一定測試的海底，不受風浪等自然環境的破壞和人類生產活動的干擾，所以，電纜安全穩定，抗干擾能力強，保密性能好。
1876年，貝爾發明電話後，海底電纜加入了新的內容，各國大規模鋪設海底電纜的步伐加快了。1902年環球海底通信電纜建成。
1960年，世界上第一台雷射器問世，人們開始利用雷射能在光導纖維中傳輸的特性來傳遞信息。
世界上有32個國家與地區通過海底光纜建立了最現代化的全球通信網路，可同時進行30萬路電話通話或數據傳輸。
海底光纜在中國也得到迅猛發展。1993年建成的中日海底光纜系統，可開通7560條電話電路。1997年在上海南匯又建設了一條天下無難事光纜（FLAG），連線全球20個國家，可開通12萬條電話電路。我國開始建設中美、亞歐兩條光纜，總通信能力將猛增到132萬路。
產品分類
浸漬紙包電纜，適用於不大於45kV交流電及不大於400kV直流電的線路。目前只限安裝於水深500m以內的水域。
海底電纜
海底電纜自容式充油電纜，適用於高達750kV的直流電或交流電線路。由於電纜為充油式，故可以毫無困難地敷設於水深達500m的海域。
“油壓”管電纜，只適用於數公里長的電纜系統，因為要把極長的電纜拉進管道內，受到很大的機械性限制。
充氣式（壓力輔助）電纜，使用浸漬紙包的充氣式電纜比充油式電纜更適合於較長的海底電纜網，但由於須在深水下使用高氣壓操作，故此增加了設計電纜及其配件的困難，一般限於水深為300m以內。
操作方法
海底電力電纜的整個製造過程同一般電力電纜基本相同,但在電纜機械強度和防腐要求上有所特殊,並要求電纜長度儘量延長。下面簡述浸漬紙電纜和擠壓式絕緣電纜的製造過程。浸漬紙電纜首先用絕緣紙繞包線芯,而後真空乾燥、浸油,完成導體線芯後,再包鉛套,此時須經連續擠壓的過程。擠壓極長的電纜芯,屬於極為重要的步驟,須夜以繼日進行。充油式電纜的導線芯從儲缸到壓鉛機之間,經過一條虹吸輸送管,管內注有除氣油,以反方向流嚮導線芯,以便隔絕線芯與空氣的接觸。導線芯包上鉛套後,需在旋轉式平台上進行盤線(倘若電纜屬於充油式或充氣式,則可以另行添加適量的金屬補強料),再予電纜包上聚乙烯護套(擠壓聚乙烯護套也屬於連續性的作業),最後裹以二層鍍鋅鋼線的鎧裝,外復油麻浸漬物。在最後生產的過程中,須在適當階段透過聚乙烯護套把鉛套和金屬帶接地。交聯聚乙烯電纜和乙丙橡膠絕緣海底電纜的大部分生產過程,除了擠壓及合成橡膠絕緣層的硫化過程外,大體上和紙絕緣鉛套電纜的製造過程相近,但不使用鉛護套。
敷設方式
在施工的最後階段，主要是對海底電纜進行深埋保護，減小複雜的海洋環境對海底電纜的影響，保證運行安全。在沙地及淤泥區，用高壓沖水產生一條約2米深的溝槽，將電纜埋入其中，旁邊的沙土將其覆蓋；在珊瑚礁及粘土區，用切割機切割一條0．6－1.2米深的溝槽，把電纜埋入溝槽，自然回填形成保護；在堅硬岩石區，需在電纜上覆蓋水泥蓋板等硬質物體實施保護。
海底電纜鋪設方法（GIF圖）
結構發展
1988年，在美國與英國、法國之間敷設了越洋的海底光纜(TAT-8)系統，全長6700公里。
這條光纜含有3對光纖，每對的傳輸速率為280Mb/s，中繼站距離為67公里。這是第一條跨越大西洋的通信海底光纜，標誌著海底光纜時代的到來。1989年，跨越太平洋的海底光纜(全長13200公里)也建設成功，從此，海底光纜就在跨越海洋的洲際海纜領域取代了同軸電纜，遠洋洲際間不再敷設海底電纜。
光纖的傳輸容量大，中繼站間的距離長，適用於海底長距離的通信。用於海底光纜的光纖比陸地光纜所用的光纖有更高的要求；要求低損耗、高強度、製造長度長，光纜的中繼距離長，一般都在50公里以上，在光纖的傳輸性能方面要求在25年以內不會變化。在海底光纜的結構方面：要求能經受強大的壓力和拉力，特別是深海光纜(敷設在水深1000米以上海底的光纜)，在敷設和維修作業中除了光纜本身的重量外，還要加上海浪加到光纜上的動態應力，在如此大的負荷條件下，光纜的應變要限制在0.7～0.8%之內；海底光纜的結構要求堅固、材料輕，但不能用輕金屬鋁，因為鋁和海水會發生電化學及應而產生氫氣，氫分子會擴散到光纖的玻璃材料中，使光纖的損耗變大。因此海底光纜既要防止內部產生氫氣，同時還要防止氫氣從外部滲入光纜。為此，在90年代初期，研製開發出一種塗碳或塗鈦層的光纖，能阻止氫的滲透和防止化學腐蝕。光纖接頭也要求是高強度的，要求接續保持原有光纖的強度和原有光纖的表面不受損傷。
按照上述要求和特點，海底光纜的基本結構是將經過一次或兩次塗層處理後的光纖螺旋地繞包在中心，加強構件(用鋼絲製成)的周圍。幾種典型的深海光纜的結構：深海光纜，光纖設在螺旋形的U形槽塑膠骨架中，槽內填滿油膏或彈性塑膠體形成纖芯。纖芯周圍用高強度的鋼絲繞包，在繞包過程中要把所有縫隙都用防水材料填滿，再在鋼絲周圍繞包一層銅帶並焊接搭縫，使鋼絲和銅管形成一個抗壓和抗拉的聯合體，這個銅管還是傳送遠供電流的導體。在鋼絲和銅管的外面還要再加一層聚乙烯護套。這樣嚴密多層的結構是為了保護光纖、防止斷裂以及防止海水的侵入，同時也是為了在敷設和回收修理時可以承受巨大的張力和壓力。
即使是如此嚴密的防護，在80年代末還是發現過深海光纜的聚乙烯絕緣體被鯊魚咬壞造成供電故障的實例。海纜系統的遠程供電十分重要，海底電纜沿線的中繼器，要靠登入局遠程供電工作。海底光纜用的數字中繼器功能多，比海底電纜的模擬中繼器的用電量要大好幾倍，供電要求有很高的可靠性，不能中斷。因此在有鯊魚出沒的地區，在海底光纜的外面還要加上鋼帶繞包兩層和再加一層聚乙烯外護套。
進入90年代，海底光纜已經和衛星通信成為當代洲際通信的主要手段。我國自1989年開始到1998年底已經先後參與了18條國際海底光纜的建設與投資。其中第一個在中國登入的國際海底光纜系統是1993年12月建成的中國——日本(C-J)海底光纜系統。1996年2月中韓海底光纜建成開通，分別在中國青島和韓國泰安登入、全長549公里；1997年11月，中國參與建設的球海底光纜系統(FLAG)建成並投入運營，這是第一條在我國登入的洲際光纜系統，分別在英國、埃及、印度、泰國、日本等12個國家和地區登入，全長27000多公里，其中中國段為622公里；由中國電信和新加坡等地的電信公司共同發起的亞歐海底光纜系統，延伸段正在建設，該系統連線亞洲、歐洲和大洋洲，在33個國家和地區登入，全長達38000公里，是世界上最長的海底光纜，採用先進的8波長波分復用技術，主幹路由的設計容量高達40Gb/s，在中國上海、汕頭兩地登入，1999年底建成開通。
海底光纜承擔的洲際通信業務量逐年上升，已經超過了衛星通信的業務量，成為現代洲際通信的主力。
檢驗方法
主要是電性能指標和機械物理性能指標。這些指標和檢驗方法與地下電力電纜相同。
海底電纜結構
海底電纜結構電性能指標:導體的直流電阻和交流阻抗;絕緣層的絕緣電阻;介質損耗;載流量;電纜的電容、電感;金屬護層的感應電壓和電流。
機械物理性能指標:電纜的機械強度;導體抗拉強度、伸長率;絕緣層材料的機械物理性能等。
檢驗方法:我國主要採用國際電工委員會推薦標準,有IEC60502、IEC540和IEC60141-1～IEC60141-4等,世界各國生產電纜的廠家大都有自己的標準,主要有日本JIS,英國BS,加拿大CSA等。
包裝儲運
由於海底電纜希望製造的較長些,以減少接頭,所以能在沿海生產為最好。其包裝應不同於其它電纜。一般是將電纜盤繞於一個儲纜盤或迴轉台上,以備裝運到敷纜船,由敷纜船將電纜運到敷設地區。敷纜船是專門為敷設電纜而設計和建造的,船上也必須備有龍門吊、絞纜軸、充油系統等設施,但也可用其它有專門為敷設電纜而附加機械設備的船隻。
發展前景
海底電纜是實施出口質量許可制度的產品，生產企業須按規定取得由國家出入境檢驗檢疫部門頒發的出口質量許可證書，方可生產出口產品。
,目前我國的大陸和台灣島之間沒有直接的通信光纜連線,一般都是通過美國的海底光纜交換信息的,世界上的全球性的Internet網際網路都是通過海底通信光纜來實現的,目前正在準備的“太平洋高速公路”海底光纜系統，長度將達到2萬五千公里，聯結中國、美國、日本、韓國等許多太平洋國家。
1866年跨大西洋海底電纜(The Atlantic Cable)鋪設成功，實現了歐美大陸之間跨大西洋的電報通訊。時至今日，隨著社會經濟和科技發展，海底管線的種類越來越多。按照用途，海底管道可以簡單地分為輸油管道、輸氣管道、輸水管道等；海底纜線主要有通信光纜、輸電電纜、通信電纜等。
技術參數
電線電纜多根成束燃燒測試：BS EN 60332-3-24/ BS EN 60332-3-25
電線電纜多根成束燃燒測試：BS EN 50266-2-4/BS EN 50266-2-5
電線電纜單根燃燒測試：BS EN 60332-1-2
電線電纜煙密度測試：BS EN 61034-1/BS EN 61034-2
電線電纜毒性測試：BS EN 50305 Section 9.2
當前國內、國際海底電纜存在廣闊的市場及套用前景，主要體現如下幾個市場：
1.沿海城市及島嶼市場
海底電纜是沿海島嶼與城市之間電力與通信的重要傳輸手段。我國沿海城市之間、島嶼之間及島嶼與大陸之間所需光電複合海底電纜和海底交聯電纜的2006年用量約為800km，到2020年預計需求量為3000km以上。
2.海上石油平台用海底電纜市場
據了解，各類每座海上石油平台上電纜的用量是：自升式平台150km，半潛式平台180km，採油平台200km，生產平台200km，生活平台100km。
3.河流湖泊等水下電纜市場
由於改造江河、湖泊以及水庫大壩的需要，水下電纜套用得越來越廣泛，在中國，主要分布在長江、黃河、怒江、錢塘江、珠江等市場。
4.海上風力發電及輸電用海底電纜
建設海上風電場是國際新能源發展的重要方向，也將是我國風電產業發展的“方向中的方向”。中國已有近百家陸上風電場，但海上風力發電場建設才剛剛起步。對於海底電纜來說，其在海上風力發電及輸電上的套用擁有廣闊的市場前景。
5.東南亞等國際市場
東南亞各國如日本、韓國、菲律賓、馬來西亞、印度尼西亞、越南、泰國、緬甸等還不具備海底電纜的生產能力，不少本地區域性海底電纜工程從西歐引進光電複合海底電纜，耗費巨大。相對而言，中國的海底電纜生產企業具有成本和地域的優勢。
