海底電纜:用絕緣材料包裹的導線-中文百科頻道

産品簡介

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，用于電信傳輸。現代的海底電纜都是使用光纖作為材料，傳輸電話和互聯網信号。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，一條是福州川石島與台灣滬尾（淡水）之間，長177海裡；另一條由台南安平通往澎湖，長53海裡。

海纜分海底通信電纜和海底電力電纜。海底通信電纜主要用于通訊業務，費用昂貴，但保密程度高。海底電力電纜主要用于水下傳輸大功率電能，與地下電力電纜的作用等同，隻不過應用的場合和敷設的方式不同。由于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、制造和安裝，都應用複雜技術，因而海底電纜的制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，這些國家除制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，甯波某家電纜公司，國内首條220kv（目前全球海底電纜電壓的最高等級）電纜開始裝船，意味着中國也能夠自行研發制造高壓電纜，不再依賴國外進口！

産品曆史

1858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接英美兩國的海底電纜。

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；二是除了登陸地段以外，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産活動的幹擾，所以，電纜安全穩定，抗幹擾能力強，保密性能好。

1876年，貝爾發明電話後，海底電纜加入了新的内容，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。

1906年，世界上第一台激光器問世，人們開始利用激光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絡，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年在上海南彙又建設了一條天下無難事光纜（FLAG），連接全球20個國家，可開通12萬條電話電路。現在我國開始建設中美、亞歐兩條光纜，總通信能力将猛增到132萬路。

産品用途

海底通信電纜主要用于長距離通訊網、通常用于遠距離島嶼之間、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，主要用于陸島之間、橫越江河或港灣、從陸上連接鑽井平台或鑽井平台間的互相連接等。在一般情況下,應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，在近海地區應用好處更多。在島嶼和河流較多的國家，此種電纜應用較廣泛。

應用範圍

浸漬紙包電纜-适用于不大于45kV交流電及不大于400kV直流電的線路，隻限安裝于水深500m以内的水域;自容式充油電纜-适用于高達750kV的直流電或交流電線路。由于電纜為充油式，故可以毫無困難地敷設于水深達500m的海域;擠壓式絕緣(交聯聚乙烯絕緣、乙丙橡膠絕緣)電纜-适用于高達200kV交流電壓。乙丙橡膠較聚乙烯更能防止樹枝現象及局部洩電,使海底電纜更有效地發揮功能；“油壓”管電纜-隻适用于數公裡長的電纜系統，因為要把極長的電纜拉進管道内,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适合于較長的海底電纜網，但由于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，一般限于水深為300m以内。

制作材料

海底光纜的核心是由細如毛發的高純度光纖制作，通過内反射來引導光沿着光纖的路徑前進。海底電纜要能夠承受水下8公裡處的巨大壓力，相當于把一頭大象放在人的拇指所承受的重量。NEC公司所制造的深海電纜采用輕量的聚乙烯制作，整條電纜僅有17毫米的厚度。

制造過程

海底電力電纜的整個制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，并要求電纜長度盡量延長。下面簡述浸漬紙電纜和擠壓式絕緣電纜的制造過程。浸漬紙電纜首先用絕緣紙繞包線芯，而後真空幹燥、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，屬于極為重要的步驟，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，管内注有除氣油，以反方向流向導線芯，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(倘若電纜屬于充油式或充氣式，則可以另行添加适量的金屬補強料),再予電纜包上聚乙烯護套(擠壓聚乙烯護套也屬于連續性的作業)，最後裹以二層鍍鋅鋼線的铠裝，外複油麻浸漬物。在最後生産的過程中，須在适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産過程，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制造過程相近，但不使用鉛護套。

産品分類

浸漬紙包電纜，适用于不大于45kV交流電及不大于400kV直流電的線路。目前隻限安裝于水深500m以内的水域。

自容式充油電纜，适用于高達750kV的直流電或交流電線路。由于電纜為充油式，故可以毫無困難地敷設于水深達500m的海域。

擠壓式絕緣（交聯聚乙烯絕緣、乙丙橡膠絕緣）電纜，适用于高達200kV交流電壓。乙丙橡膠較聚乙烯更能防止樹枝現象及局部洩電，使海底電纜更有效地發揮功能。

“油壓”管電纜，隻适用于數公裡長的電纜系統，因為要把極長的電纜拉進管道内，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适合于較長的海底電纜網，但由于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，一般限于水深為300m以内。

中國現在能生産海底電力電纜的廠家有沈陽電纜廠、上海電纜廠等。中國應用的海底電力電纜仍然需要進口。

操作方法

敷設方式

海纜敷設主要包括電纜路由勘查清理、海纜敷設和沖埋保護三個階段。電纜敷設時要通過控制敷設船的航行速度、電纜釋放速度來控制電纜的入水角度以及敷設張力，避免由于彎曲半徑過小或張力過大而損傷電纜。其中，在淺灘段（南嶺側）敷設時，電纜敷設船停在距離海岸4．5千米的地方，通過岸上的牽引機牽引，将放置在浮包上的電纜牽引上岸，電纜上岸後拆除浮包，使電纜下沉至海底。深海段敷設時，電纜敷設船釋放出電纜，使用水下監視器、水下遙控車不斷地進行監視和調整，控制敷設船的前進速度、方向和敷設電纜的速度，以繞開凹凸不平的地方和岩石避免損傷電纜。

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，用高壓沖水産生一條約2米深的溝槽，将電纜埋入其中，旁邊的沙土将其覆蓋；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闆等硬質物體實施保護。

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公裡。

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公裡。這是第一條跨越大西洋的通信海底光纜，标志着海底光纜時代的到來。1989年，跨越太平洋的海底光纜(全長13200公裡)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，适用于海底長距離的通信。用于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、制造長度長，光纜的中繼距離長，一般都在50公裡以上，在光纖的傳輸性能方面要求在25年以内不會變化。在海底光纜的結構方面：要求能經受強大的壓力和拉力，特别是深海光纜(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态應力，在如此大的負荷條件下，光纜的應變要限制在0.7～0.8%之内；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産生氫氣，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内部産生氫氣，同時還要防止氫氣從外部滲入光纜。為此，在90年代初期，研制開發出一種塗碳或塗钛層的光纖，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将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(用鋼絲制成)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形槽塑料骨架中，槽内填滿油膏或彈性塑料體形成纖芯。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并焊接搭縫，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鲨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，要靠登陸局遠程供電工作。海底光纜用的數字中繼器功能多，比海底電纜的模拟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。因此在有鲨魚出沒的地區，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陸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，分别在中國青島和韓國泰安登陸、全長549公裡；1997年11月，中國參與建設的球海底光纜系統(FLAG)建成并投入運營，這是第一條在我國登陸的洲際光纜系統，分别在英國、埃及、印度、泰國、日本等12個國家和地區登陸，全長27000多公裡，其中中國段為622公裡；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，該系統連接亞洲、歐洲和大洋洲，在33個國家和地區登陸，全長達38000公裡，是世界上最長的海底光纜，采用先進的8波長波分複用技術，主幹路由的設計容量高達40Gb／s，在中國上海、汕頭兩地登陸，1999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。

性能檢驗

主要是電性能指标和機械物理性能指标。這些指标和檢驗方法與地下電力電纜相同。

電性能指标：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。

機械物理性能指标：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:中國主要采用國際電工委員會推薦标準,有IEC60502、IEC540和IEC60141-1～IEC60141-4等，世界各國生産電纜的廠家大都有自己的标準，主要有日本JIS，英國BS，加拿大CSA等。

包裝及儲運

由于海底電纜希望制造的較長些,以減少接頭，所以能在沿海生産為最好。其包裝應不同于其它電纜。一般是将電纜盤繞于一個儲纜盤或回轉台上，以備裝運到敷纜船,由敷纜船将電纜運到敷設地區。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。