海底电缆
用绝缘材料包裹的导线
海底电缆(submarine cable)又称海底通讯电缆,是用绝缘材料包裹的导线,铺设在海底,用以设立国家之间的电信传输。海底电缆是支撑全球数据往来的重要基础设施,承载了全球约99%的洲际通信流量,是当代国际通信最重要的信息载体。
基本概况
海底光缆,又称海底通讯电缆,是用绝缘材料包裹的导线,铺设在海底,用以设立国家之间的电信传输。
海底电缆是跨海电能输送的关键装备,不同于陆缆,其应用环境更为复杂,要求更高,需要应对强腐蚀、海床礁石等恶劣海洋环境,实现远距离输送。
海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。
海底通信电缆主要用于长距离通讯网、通常用于远距离岛屿之间、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。
特点
海底电缆具有信息容量大、传输距离长、抗干扰能力强、保密性好、价格低廉等特点,海底通讯电缆网络仍然承担着全球约95%的跨国通信数据量,是其他通讯手段都无法代替的。
里程
美国电信市场调研公司TeleGeography的报告称,2024年,全球约有400至600条光纤电缆在世界海底纵横交错,总长140万公里,足以绕地球约35圈。美国商务部国家海洋和大气管理局的数据显示,这些电缆承载了全球95%以上的互联互通的数据流。
作用
截至2024年初,全球共有超过574条正在使用和规划中的海底电缆,总长度已超140万公里,足以绕地球赤道30多圈。这些电缆每日承载着超过1500万笔交易的数据,传输着超过10万亿美元的金融交易数据。
据统计,全球95%以上的洲际通信需要依靠海底电缆传输。全球的电子邮件、金融交易、视频会议、视频通话等,绝大多数都是通过海底电缆进行传输的。
海底电缆是维护国家安全的重要战略组成部分。对一个国家来说,如果能控制关键的海底电缆线路,意味着它能够影响甚至控制某些国家或地区的数据流。
美国智库战略与国际问题研究中心在一份报告中解释说,如果没有这些铺设在全球海底的数百条光缆作为数据高速公路,现代社会早已习惯的5G网络、云计算、视频流、金融交易以及科研、外交等都不可能实现。
优点
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。
缺点
英国广播公司网站介绍说,海底光缆的核心是数对光纤束,它们负责保证光信号在长距离传输大量数据时不出现明显衰减。光纤束的外面被海洋级聚乙烯、结构加固件、铜或铝套件等保护套层层包裹,旨在应对恶劣的海底环境,包括水下压力、磨损、捕鱼活动或船锚拖曳带来的损坏。通常海底光缆的实际直径受铺设海底的深度、环境等诸多因素影响。浅海的海底光缆往往更容易受到外力破坏,因此保护更严密、直径更大。
重要程度
中国信息通信研究院的报告显示,虽然国际通信除了海底光缆外,还有陆缆和卫星等方式,但后两者都有各自的不足。陆缆主要用于邻近国家的通信场景,跨越多个国家的陆缆组网运营尚不够成熟;而卫星通信技术虽然已经得到较快发展,但受限于卫星传输速度的带宽,能够同时容纳的用户数量有限,因此在比较长的时间里,在国际通信中,海底光缆仍将起到主导作用。从全球光缆布局情况看,美国、英国、日本、新加坡以及中国香港等地凭借优越的地理通达性和信息资源丰富的优势,成为许多国际海底光缆的起点或关键节点。
让西方尤其是美国密切关注的是,虽然海底光缆的运营商为数众多,但具备海底光缆建设能力的企业却屈指可数,长期以来一直由美国SubCom公司、日本NEC公司和法国阿尔卡特海底网络公司主导着海底光缆的建设,之前85%的海底光缆都由欧洲、美国和日本 公司铺设,“直到2008年中国公司加入了竞争”。
历史沿革
海底电缆的历史则可以追溯到一百多年前。
1844年,“摩尔斯电码”发明者、美国发明家摩尔斯从华盛顿向巴尔的摩拍发出了人类第一封电报。
十九世纪中叶,日益发达的电报业务只能架设在陆地线路上传输,但是无法穿洋跨海,极大限制了大英帝国的辐射范围,因此大英帝国便由此产生了联通英国与欧洲大陆的实际需求。
1850年,人们在加莱(法国)和多弗(英国)之间铺设了世界上第一条海底电缆,1850年世界上第一条海底电缆在英吉利海峡架设成功,全长46千米,英国与欧洲大陆从此直接连接起来。然而,由于第一条海底电缆缺乏有效的保护措施,第二天便被损坏。
1851年,英国改用铠装电缆投产使用,并成功应用,此后各国相继铺设了许多短距离的海缆。
1851年,第一条海底电缆穿过英吉利海峡,连接了英国与法国的电报网络,有线电报网络由此通过海底通信电缆逐步连接全球。
1858年8月由塞勒斯-韦斯特-菲尔德创立的一家英国私人公司在爱尔兰(欧洲)与纽芬兰(北美洲)之间完成铺设了第一条洲际海底通信电缆。
1865年,英国铺设了横跨大西洋的长距离海底电报电缆,第二年全线开通。
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。
1914年至1918年期间的第一次世界大战将欧洲周边海域的海底电缆几乎破坏殆尽。在第二次世界大战之前的海底电缆都只有一根导线用来传输电子信号,因此传输速率是很低的,也被称为“电报水线”。
20世纪初,英国率先建成连接英联邦各国、环绕世界的电缆网络。随着电话和电视的大规模普及,海底通信电缆也在不断升级。
1956年,加拿大与英国间采用同轴结构的海缆开通了48路载波电话。
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。
上世纪八九十年代光纤技术的发展,促成海底光缆的广泛应用,传输的信息量也越来越大。英国广播公司网站介绍称,如今的海底光缆每秒能够传输数十乃至数百TB的数据,提供了当今最快、最可靠的数据传输方法。报道描述称,每秒1TB的速度足以在一瞬间传输大约十几部两小时的4K高清电影,仅仅其中一条光缆就可以同时保证数百万人观看视频或发送信息,而不会减慢速度。
中国历史
1871年,丹麦大北电报公司从海参崴经日本长崎到上海敷设了一条通电报用的海缆。后来这条海缆向南延伸,从上海经厦门到香港。
关于欧亚电缆远东段登陆厦门鼓浪屿还有一段小插曲:1870年英国公使与大清总理衙门大臣奕訢交涉,要求铺设电报电缆,清政府无奈最终同意,复函表示“在水底安放(电缆),粗线端不得上岸”,即只允 许上岸,拒不负责电缆上岸之后的征地、拆迁、建设等容易引起地方纠纷事宜。1871年3月,大北电报公司将电缆直接从海里悬空拎起,直接连接到位于鼓浪屿岛地势较高的电报房内,从而成功打起“擦边球”。清政府也无可奈何。 1883年,大北公司与清政府签订合同,获准登陆营业并借用厦门电报局电报水、陆联络线20年,后又续订租期至1930年底。
1961年,大北电报公司将设备转让给中华人民共和国邮电部,12月9日,由上海邮电管理局与大北电报公司在上海签订转让契约。
1962年3月,厦门邮电局派员接收大北电报公司在厦门的财产,该公司在厦门的历史宣告结束。
中国人自主建设的第一条海底电缆归功于时任福建巡抚、兵部尚书刘铭传。1887年9月中旬,一条从台湾淡水至福州川石的海底电缆铺设成功,用于清政府与台湾省之间的联系。10月11日,海底电缆投入使用,正式对外营业。这条海底电缆全长117海里(约433里),整个工程耗资22万银元。
1976年10月,新中国和日本在上海市和熊本县之间建成一条中日海底同轴电缆,全长875.2公里,可开通480个话路。
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条电话电路。1997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。
2008年之前,全球约85%的海底电缆建设主要由欧洲、美国和日本的企业主导。据美国电信咨询公司TeleGeography公布的数据,在全球已知的海底光缆市场份额中,法国海缆制造商阿尔卡特海底网络公司约占41%,美国SubCom公司约占21%。
2008年,中国华为海洋网络有限公司成立,该公司主要负责海底电缆的铺设与维修。随着中国在海底电缆领域的积极探索参与,以美国为主导的发达国家开始采取政治或外交策略,想方设法抹黑和阻止中国企业参与海底电缆项目,试图遏制中国在该领域的影响。
2017年12月,澳大利亚政府以所谓的“国家安全”为由阻止华为铺设从悉尼到所罗门群岛长达4000多公里的海底电缆。此外,在国际电信联盟等机构中,美国及其盟友不断提出针对中国企业的审查提案,不断泛化国家安全概念,无理打压中国企业。2019年5月16日,美国商务部以所谓的“国家安全”为由将华为及其70家附属公司列入出口管制“实体名单”,禁止美国企业向它们出售相关技术和产品,包括与海底电缆相关的技术与产品。不仅如此,美国政府还采取行政和法律手段,阻挠美国企业与中国开展相关合作。
2020年4月,美国两大科技巨头谷歌和Facebook拟建的一条连接美国与中国香港的海底光缆,在施工刚开始就被美国政府以“存在国家安全隐患”为由封锁。2020年6月,美国发起所谓的“清洁网络”计划,禁止该国与中国之间建立直接的连接光缆。不仅如此,美国还向其他国家施加政治压力,即便是跟美国没有直接关联的项目,中国企业也难以接到投标邀请。这一计划的真正目的是建立一个排除中国企业的环境,将中国企业从海底光缆业务中排除出去。
2023年2月,美国国会审议通过《海底电缆管制法案》,扬言将限制中国企业获取海缆相关技术和产品,阻碍中国企业参与投资和承建新的海缆项目。同年6月,日本宣布和美国、澳大利亚共同签署“东密克罗尼西亚电缆项目”,为瑙鲁、基里巴斯和密克罗尼西亚联邦三个太平洋岛国的10多万人提供互联网服务。对这一项目,早在2020年中国华海通信技术有限公司曾投标,但因美国的阻挠被迫“搁浅”。
2024年7月,美日印澳计划建立的“电缆联结与弹性中心”,更是试图将铺设的电缆绕过中国,将中国排除在“印太地区”海底网络之外。
尽管面临诸多阻挠,中国在海底光缆领域的崛起却是不可忽视的事实。经过10年左右的发展,中国已从海底光缆项目部分参与的投资者转变为积极的资助者,建设和升级了至少65个国际项目。
截至2023年底,中国共参与建设24个国际海缆系统,投资建设的现役国际及港澳台通信海缆共17条,购置或租用了30余条国际海缆,建设境外通信网络节点230多个,国际通信网络可直达或转接至全球任何方向。
中国的参与,不仅为全球海底光缆市场带来了新活力,也为发展中国家提供了更多发展机遇。比如,中国与东盟国家加强合作,共同建设海底光缆项目,旨在连接中国南部沿海城市与东南亚国家,为东盟国家提供更加稳定和高效的通信服务,提升了区域内的通信能力和数据传输速度,同时促进了区域经济一体化。
高速光缆
海底光缆是海底电缆的一种,海底光缆的是近些年由于现代光纤材料的飞速进步,高通量跨洋通信得以实现。世界上第一条光缆是大西洋海底光缆。
1988年,美国与英国、法国之间铺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。
改革开放依赖,随着国力不断增强、跨国通信需求的急剧攀升,原有的海底通信电缆难以满足需求,高通量的光纤被应用到跨洋海底电缆的铺设中。
当前中国海域中主要的高通量海底光缆包括中美海底光缆(CUCN)、亚太直达海底光缆(APG)、环球海底光缆(FLAG)等。
1、中美海底光缆(CUCN)
在中国周边最著名的光缆是中美海底光缆(China-US Cable Network,CUCN),它是由世界23个电信机构共同出资建造、连接亚太地区多过的海底电缆,于1997年开工建设,2000年1月19日正式投入使用。中美海底光缆(CUCN)是亚洲各国连通美国的主要电信线路,其设计容量为5.12Tb/s。
2016年12月16日,由于单位容量的维护成本高于新海底光缆系统,经中美海缆管理委员会的一致同意采用新的海淀光缆线路替代CUCN线路,曾是中美间和东亚间容量最大、技术最先进的中美海底光缆(CUCN)被彻底尘封在了历史中。
2、亚太直达海底光缆(APG)
2016年12月16日,传输容量达54T/s的亚太直达海底光缆(APG)系统在上海正式开通,全长约10900公里,共连接了11个登陆站。
3、环球海底光缆(FLAG)
环球海底光缆(Fiber-Optic Link Around the Globe,FLAG)于1997年开始投入使用,全长28000千米,该光缆系统的传输速率是5Gb/s,总共有两对。
随着通信产业的逐步成熟、世界各地对于通信需求的大幅增加,联通各个大洲大洋之间的光缆线路越来越多。
铺设要求
生产制作
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。
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。只限安装于水深500m以内的水域。
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,但由于需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。
制作材料
海底光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
敷设方式
报道称,铺设海底光缆的过程首先从彻底的海底调查开始,通过在海图上设置详细的铺设路线,绕开海底火山或峡谷等容易导致光纤受损的地形,并尽量减少对环境的影响。此后,配备有巨型光缆卷轴的专用光缆铺设船在预定路线上航行。随着铺设船的移动,光缆被打开并小心地铺设在海底。在很多区域,尤其是人类海洋活动频繁的海域,需要水下缆线埋设机提供协助。它就类似耕田时使用的犁,由光缆铺设船拖曳前进,并根据指令向海底喷射出高压水柱,将海底泥沙冲开形成光缆沟。在光缆铺设到位后,通常还会用水下机器人填平光缆沟,以减少可能的外部伤害。此外,每隔一段距离还会安装中继器以放大光信号,确保数据长距离传输而不会衰减。整个光缆铺设过程根据情况不同,可能需要持续数月甚至数年。
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。
电缆维护
损坏原因
尽管采用了各种保护措施,但海底光缆仍难免会遭遇损坏的情况。国际电缆保护委员会的海洋环境顾问迈克·克莱尔透露,“每年约有150到200起全球海底光缆损坏事件。但如果将其与140万公里的总长度相比,(海底光缆损坏的事件)并不是很多,而且在大多数情况下,当这种损坏发生时,可以相对较快地修复。”
如果海底光缆出现故障,通常会派遣专业维修船查找故障点并进行维修。英国广播公司介绍称,1929年加拿大纽芬兰地震造成海底电缆损坏,最后花了9个月才得以修复。但阿尔卡特海底网络公司负责海上运营的副总裁米克·麦戈文表示:“现代光缆的修复时间只需要一两周,具体取决于实际位置和当地的天气。所有这些维修船都战略性地部署在世界各地。考虑到海底光缆系统实际有多大时,维修所花费的时间就显得并不那么长。”
据介绍,由于海底光缆的全球网络已经成形,因此少数几根光缆中断,数据可以通过其他线路传递,因此大部分人日常生活中可能很难有直接感受,最多只会出现略微的网络延迟。麦戈文表示,虽然海底光缆的维修时间需要一两周,但这并不意味着整个国家的互联网都会瘫痪同样长的时间。许多国家的光缆数量和带宽都超过了最低要求(即所谓冗余设计),即便其中部分海底光缆损坏,其他线路可以弥补不足。“大多数人永远不会注意到一根海底光缆是否出现损坏——也许只是一篇文章的加载时间比正常情况多了那么一两秒钟。”不过那些对数据时间敏感性高的部分行业,海底光缆的中断问题所造成的影响就相当大了。如果出现大面积海底光缆中断,则可能导致严重的对外信息联络不畅或中断。
主营海底光缆维修的“全球海运”海底工程公司负责欧洲、中东和非洲维护主管史蒂芬·霍登表示,如今大部分海底光缆故障都与人类活动有关,如船舶抛锚或拖网渔船撒网挂住海底光缆。这些情况通常发生在距离海面200-300米的深度。他表示,全球只有10%-20%的光缆故障与自然灾害有关,常见的情况是光缆与海底岩石反复摩擦的地方出现破损。
海洋环境顾问克莱尔称,有媒体会津津乐道地介绍“鲨鱼咬穿光缆导致通信中断”,这种情况在通信电缆时代曾出现过,但如今早已不复存在,因为光缆行业已经普遍使用凯夫拉纤维来加强海底光缆的保护。
修复方案
据介绍,如今业内对于海底光缆的修复已经有非常成熟的解决方案。布设在深海海底的光缆在设计时就注意轻薄,以方便维修——从海面以下数千米处拖出沉重的光缆会给维修工作带来极大挑战。维修者通常会用专业工具定位光纤破损的具体位置,然后维修船使用水下机器人或抓钩工具,将埋在海底的光缆挖出并切掉破损部分。之后再将捞起的光缆两端固定在船上,在显微镜的帮助下将光纤逐一拼接熔焊在一起,以确保良好的连接。新的海底光缆连接完成后,还需经过反复测试,以确保通信及数据传输正常,最后再将其重新埋入海底。
为减少海底光缆损坏的情况,多国专家提议建立“光缆保护区”,以限制在海底光缆铺设地点附近的高风险活动。美国“趣味工程师”网站认为,未来海底光缆可能仍会继续承载世界上绝大多数的互联网通信,但互联网通信卫星星座可以作为必要的应急手段。
结构发展
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。中国自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,这是第一条在中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。
检验方法
主要是电性能指标和机械物理性能指标。这些指标和检验方法与地下电力电缆相同。
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: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。
包装储运
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。
相关事件
220kv光电复合海缆打破国外垄断格局,开始不需要完全依靠进口。2015年8月份,宁波某家电缆公司,国内首条220kv(全球海底电缆电压的最高等级)电缆开始装船,意味着中国也能够自行研发制造高压电缆,不再依赖国外进口。
2022年3月,据路透社报道,谷歌拥有的一条海底电缆登陆多哥,该公司表示,这是为整个非洲大陆用户提供更廉价网络接入的多年项目的最新进展。
故障事件
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%。
2023年2月21日0307时至0413时,SITC QINZHOU SHIPPING COMPANY LIMITED所属的“SITC QINZHOU”轮装载555个集装箱从越南海防开往浙江宁波途中,航行至汕头海域附近中国电信汕头国际海缆区时左锚连续钩断4条海底光缆,事故造成中国电信汕头国际海缆4条光缆通讯故障,初步估计经济损失约800万,构成一般等级水上交通事故。
发展前景
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。
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,正在准备的“太平洋高速公路”海底光缆系统,长度将达到两万五千公里,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。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。
技术参数
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
电线电缆单根燃烧测试:BS EN 60332-1-2
电线电缆烟密度测试:BS EN 61034-1/BS EN 61034-2
电线电缆毒性测试:BS EN 50305 Section 9.2
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:
1.沿海城市及岛屿市场
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。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。
2.海上石油平台用海底电缆市场
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。
3.河流湖泊等水下电缆市场
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。
4.海上风力发电及输电用海底电缆
建设海上风电场是国际新能源发展的重要方向,也将是风电产业发展的“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。
最新修订时间:2024-12-13 15:07
目录
概述
基本概况
参考资料