海底光缆的结构设计与选材
结构
中心管式海底光缆的主体结构分三部分，分别为缆芯、护套和铠装及外披层。
海底光缆由于长期浸泡在波度高的海水中，其腐蚀速率是很高的。如果让钢丝直接与海水接触，一般的6mm粗镀锌钢丝在南海的寿命不超过8年，在北海的寿命也不会超过12年。
为了提高钢丝的抗腐寿命，从光缆的结构上，应当避免钢丝直接与海水接触。因此在钢丝铠装层中的间隙中及钢丝的外层必须填充经过改性的沥青，这种沥青与钢丝的粘结强度高、高温不沾粘、低温不发脆。因此铠装层中的间隙内缓冲层及双层外被层聚丙稀绳子必须过盈填充沥青。这样钢丝就不会与海水直接接触，能提高其抗腐寿命。
万一光缆被船锚钩挂，光缆的外被层及沥青保护层将受到一定程度的破坏，光缆局部区段会有钢丝与海水直接接触的可能，因此，铠装钢丝的材料选择也是十分重要的。
目前的钢丝，一种是国产的合金镀层钢丝，其镀层成份是锌、铝、镁三种金属的合金，其抗腐寿命比普通镀锌钢丝提高约3.5倍，受到普遍欢迎。另一种进口的海缆钢丝，其抗腐寿命也能在三十年以上，所以海底光缆的材质选择也是提高其寿命极重要的一环。
（1）缆芯结构
通光海底光缆的缆芯，由不锈钢带纵包焊接，钢管内填充不析氢的阻水纤膏，并使光纤在钢管内有理想的余长，为了能保证光缆在断开后，在高的水压下有良好的阻水性能。钢管一是为了检验其焊缝的焊接质量。二是为了获得理想的设计余长，海底光缆的单根制造段长，内填充的纤膏其填充率要求在98%以上。钢管经焊接之后，要连续对其冷拔，冷拔的作用，在一定程度上决定于钢管的生产段长。
（2）护套结构与材料
海缆的护套，指不锈钢管外的保护层，一般应采用进口的高密度聚乙烯材料。为了使钢管与护套粘结牢靠，可以有两种方案。一是对钢管进行予热后挤制；二是在护套与钢管间挤一层热熔胶，护套的厚度通常为3mm或更厚些。
（3）铠装及外披层
内层的护套及缆芯，使其提高抗冲击抗侧压性能。海光缆的铠装层，有两个作用，第一个作用是提供高的抗张力指标。第二个作用是保护
为了获取高的机械抗张力，铠装钢线通常用强度较高的中碳镀锌钢丝，要求钢线在水中能耐腐蚀。外披层通常是聚丙烯绳绕扎达到紧固钢丝的目的，外披层中包含大量沥青以对钢丝缝隙进行填充，使钢丝不与海水接触。从而提高钢丝在海水中的抗腐寿命。沥青要求在高温时不过份软化或滴流，在低温时不发脆。通常选用进口的沥青较好。根据海光缆的铠装钢丝的粗度及层数，外披层可以选用单层聚丙烯绳绕扎，也可选用双层聚丙烯绳绕扎。
中碳钢丝绕绞后，尽管对其采取了予变形措施，但由于其硬度较低碳钢线高，所以绕绞后，会存在一定的扭绞应力，这一应力易使光纤产生附加损耗，为了减小这种应力对缆芯的影响，通常在钢丝与缆芯间，设置必要的缓冲层是一种很好的办法。
根据以上分析，适用于500m水深以内的无中继浅海光缆的结构见图1和图2。
有中继的浅海光缆，需在不锈钢松套管外纵包有缝紫铜管，紫铜管的截面积，需根据实际工程远供电流的大小进行设计。适用于500m水深以内的有中继浅海光缆的结构见图3和图4。
3.2海底光缆的性能特点
（1）段长要求
海底光缆在水下，要求线路的可靠性高。敷设施工技术复杂。光缆在水下要求全线路径向密封，且纵向具有一定的抗渗水性能。就此意义来看，接头盒越少越好，光缆的段长越大越好。
海底光缆必须由专门敷缆船装运，而我国现有敷设船，最大排水量1200吨左右，实际有效载运量约400吨。。。按双层粗钢丝铠装的浅海光缆计，每公里在空气中的自重约3.9十分方便，而且由于线路的接头少，可靠性也提高了，价格昂贵的海底光缆的接头盒用得也吨/km，一般最多一船只能装运100km。如果将100km长的光缆只做一段，当然，敷设施工省了。但是反过来，超大长度的海底光缆，给制造商带来巨大的风险和难度，而且给生产这种产品的设备、水电供应等提出许多新的问题。所以，海底光缆的适宜制造段长一般在25-50km之间较为合适。
考虑到诸多方面的综合因素，通光的海底光缆设定的标准段长暂定为50公里/段。当光缆路由的长度在50公里以内，中间可以不带任何接头盒，但这一情况，必须是敷缆船能直达的海域。如果是在内陆水域，则无法使用敷缆船装运光缆，运输和施工将限制了光缆的长度，海底光缆的风险和难度，可以说主要是由超大长度引起的。因此，对段长问题不宜作太这样制造时，可以先尽可能先做长段的，万一第一根做到30公里断了，第二根仍可以按50死的规定。比如有一段线路总长有120公里，允许采用三根光缆或中间接头点不多于二个，公里，第三根仍按平均数40公里进行，这样，风险度相应降低了，如果都定40公里逐一进行，则第一段就无法交付使用。 海底光缆进行机械性能试验时，光纤的附加衰减不应大于0.05dB（断裂拉伸负荷除外），试验后光纤不应有附加衰减（测量值不大于0.03dB，判为无附加衰减）。海底光缆进行工作拉伸负荷时，光纤不应有应变，应变不大于0.005%时，判为无应变。海底光缆进行短暂拉伸负荷时，光纤的伸长量不应大于0.15%。
（3）物理性能要求 详见表2
（4）电气性能要求
(5) 光学性能与传输性能要求
海底光缆的光学性能与传输性能与陆地上的常规光缆类同。
3.3 海底光缆光纤芯数，钢管直径及余长
海底光缆光纤芯数、钢管直径（实际与内径有关），决定光纤在焊接时的一次余长的最大允许值，如果超过这一允许的最大值，光纤在钢管中的SZ空间螺旋线的宏弯曲可能会引起光纤的附加损耗。而且这一宏弯曲的量值对G652与G655光纤来说，应该是不一样的，因为G655光纤的模场直径较G652光纤粗，根据经验和理论上计算，它们之间的关系示为表4。
4. 海底光缆损坏的主要原因及防护措施
海底光缆损坏的主要原因是渔船、网具、船锚的钩挂拖拉，吨位较大的运输船有时遇上风浪抛锚，其破坏光缆力有时可达数十吨。事实上，造成光缆损坏的力主要是由拖拉力引起的侧压力，侧压力的大小与拉力成正比，而与锚爪的半径R 成反比，即： 
大家假设拖拉力为120kN，光缆承受张力为1/2，锚爪的半径为4cm，则接触船锚处造成的侧压力为15kN/cm，相当于150kN/10cm。因此，光缆在该点很容易被局部压扁，缆芯（不锈钢管）、铠装钢丝很容易造成局部损坏，而真正被拉力拉断的现象是很少发生的。
鉴于上述分析，所以海底光缆最有效的防护办法是采取在浅海中的深埋技术。一般来讲，埋得越深，可靠性越高，而如果光靠提高光缆的机械强度来提高线路的可靠性是一种较被动，同时又要大幅度增加光缆成本的笨办法。只有当路由埋设十分困难的区段，可设计光缆加粗加重，同时增加机械强度的措施来对付可能遭到的人为损坏。
3.2海底光缆的性能特点
（1）段长要求
海底光缆在水下，要求线路的可靠性高。敷设施工技术复杂。光缆在水下要求全线路径向密封，且纵向具有一定的抗渗水性能。就此意义来看，接头盒越少越好，光缆的段长越大越好。
海底光缆必须由专门敷缆船装运，而我国现有敷设船，最大排水量1200吨左右，实际有效载运量约400吨。。。按双层粗钢丝铠装的浅海光缆计，每公里在空气中的自重约3.9十分方便，而且由于线路的接头少，可靠性也提高了，价格昂贵的海底光缆的接头盒用得也吨/km，一般最多一船只能装运100km。如果将100km长的光缆只做一段，当然，敷设施工省了。但是反过来，超大长度的海底光缆，给制造商带来巨大的风险和难度，而且给生产这种产品的设备、水电供应等提出许多新的问题。所以，海底光缆的适宜制造段长一般在25-50km之间较为合适。
考虑到诸多方面的综合因素，通光的海底光缆设定的标准段长暂定为50公里/段。当光缆路由的长度在50公里以内，中间可以不带任何接头盒，但这一情况，必须是敷缆船能直达的海域。如果是在内陆水域，则无法使用敷缆船装运光缆，运输和施工将限制了光缆的长度，海底光缆的风险和难度，可以说主要是由超大长度引起的。因此，对段长问题不宜作太这样制造时，可以先尽可能先做长段的，万一第一根做到30公里断了，第二根仍可以按50死的规定。比如有一段线路总长有120公里，允许采用三根光缆或中间接头点不多于二个，公里，第三根仍按平均数40公里进行，这样，风险度相应降低了，如果都定40公里逐一进行，则第一段就无法交付使用。 海底光缆进行机械性能试验时，光纤的附加衰减不应大于0.05dB（断裂拉伸负荷除外），试验后光纤不应有附加衰减（测量值不大于0.03dB，判为无附加衰减）。海底光缆进行工作拉伸负荷时，光纤不应有应变，应变不大于0.005%时，判为无应变。海底光缆进行短暂拉伸负荷时，光纤的伸长量不应大于0.15%。
（3）物理性能要求 详见表2
（4）电气性能要求
(5) 光学性能与传输性能要求
海底光缆的光学性能与传输性能与陆地上的常规光缆类同。
3.3 海底光缆光纤芯数，钢管直径及余长
海底光缆光纤芯数、钢管直径（实际与内径有关），决定光纤在焊接时的一次余长的最大允许值，如果超过这一允许的最大值，光纤在钢管中的SZ空间螺旋线的宏弯曲可能会引起光纤的附加损耗。而且这一宏弯曲的量值对G652与G655光纤来说，应该是不一样的，因为G655光纤的模场直径较G652光纤粗，根据经验和理论上计算，它们之间的关系示为表4。
4. 海底光缆损坏的主要原因及防护措施
海底光缆损坏的主要原因是渔船、网具、船锚的钩挂拖拉，吨位较大的运输船有时遇上风浪抛锚，其破坏光缆力有时可达数十吨。事实上，造成光缆损坏的力主要是由拖拉力引起的侧压力，侧压力的大小与拉力成正比，而与锚爪的半径R 成反比，即：
大家假设拖拉力为120kN，光缆承受张力为1/2，锚爪的半径为4cm，则接触船锚处造成的侧压力为15kN/cm，相当于150kN/10cm。因此，光缆在该点很容易被局部压扁，缆芯（不锈钢管）、铠装钢丝很容易造成局部损坏，而真正被拉力拉断的现象是很少发生的。
鉴于上述分析，所以海底光缆最有效的防护办法是采取在浅海中的深埋技术。一般来讲，埋得越深，可靠性越高，而如果光靠提高光缆的机械强度来提高线路的可靠性是一种较被动，同时又要大幅度增加光缆成本的笨办法。只有当路由埋设十分困难的区段，可设计光缆加粗加重，同时增加机械强度的措施来对付可能遭到的人为损坏。
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发表于 2012-1-18 08:59:22
