海缆结构及技术参数

通光海缆国家科技部2006年度国家火炬计划项目，编号2006GH0303961.GB/T18400-2001海底光缆规范GJB4489-2002

海底光缆通用规范GJB5662-2006海底光缆接头盒规范ITU-TG.971

海底光缆系统的通用特征ITU-TG.972

海底光缆系统相关术语的定义ITU-TG.973

无中继海底光缆系统的特性ITU-TG.974

有中继海底光缆系统的特性ITU-TG.975

用于海底系统的前向纠错ITU-TG.975.1

用于高比特率DWDM海底系统的前向纠错ITU-TG.976

适用于海底光缆系统的试验方法ITU-TG.977

光放大海底光缆系统的特性ITU-TG.978

海底光缆的特性YD/T814.3-2005

光缆接头盒第3部分：浅海光缆接头盒

YD/T814.5-2011光缆接头盒第5部分：深海光缆接头盒YD5018-2004

海底光缆数字传输系统工程设计规范15.YD5056-2006

海底光缆数字传输系统工程验收规范

适用标准发展历程200120022003200420052006200720082009设备订货码头建设码头落成厂房落成设备安装调试钢管光单元无中继DA缆完成通过试验接头盒试制接头盒完成东海DA缆安装无中继DA缆和接头盒鉴定无中继SA缆开发厦门SA缆安装无中继LW缆开发东海海缆定货网通渤海海缆工程渤海海缆抢修香港72芯DA缆和接头盒交货安装无中继RA缆开发舟山RA缆安装东海海缆交货安装有中继缆和接头盒开发有中继缆和接头盒开发扩建192芯缆和接头盒开发福建DA/SA缆交货南海海缆定货和交货拓展海外市场上海DA/SA缆交货2010沿海海缆定货和交货段长100公里用于2000米海缆交货和开通厂房建设2012UQJ认证（进行中）滨海园区新通光海缆建设海缆知识产权（部分）专利类型专利名称专利号实用新型多芯光单元的光纤余长均化装置200420028000.4实用新型高效阻水的海底光缆200420054367.3实用新型海底电力复合光缆200520018399.2实用新型不等径线绞层光电复合光缆200620070142.6实用新型互锁异型线光纤复合架空地线2006201653063发明专利海底光缆的动态力学性能试验方法及装置200710132302.4实用新型精确计米装置200720129734.5实用新型光缆应变传递能力测试方法及装置200720130071.9实用新型异形导线绕包馈电式光单元200520139530.0发明金属管自动焊接生产线焊缝稳定牵引机200510069430.X发明综合海缆200510040636.X发明不等径圆单线复合绞层导线200610039513.9发明海底光缆张力扭矩试验方法及其装置200710020981.6实用新型一种综合海缆200820038097.5实用新型含有智能电子标签的可识别海缆200820038969.8发明海缆及其水下设施的耐水压和渗水性能的试验方法及装置200820038968.3实用新型多层复合金属保护管光纤单元200720043725.4实用新型多层岩石铠装海底光缆200720044720.3海缆生产：主要流程光纤检测光单元生产内铠装海缆检测LWSA/DA外铠装无内铠有内铠内护层主要生产设备光纤着色接带放带不锈钢钢管焊接Φ400内铠装Φ800外铠装Φ600外铠装Φ90内护套成品水池主要检测设备拉伸/应力应变单丝性能光学性能反复弯曲高压渗水反复冲击接头盒弯曲海光缆交货：船至工厂

出厂房

栈桥牵引栈桥传送码头牵引上船架上架牵引上船过程架上引下船舱盘缆输缆过程目前中国第一根实际投运最大长度的海光缆：无接头连续长度为100公里，敷设于海中的长度为92公里。目前中国第一根实际投运的深海光缆：水深超过2000米。目前中国最复杂的海底区域：多处海沟，最大海沟深150米，宽600米。在中国第一次成功应用“缆过渡”技术：DA-SA-DA。典型案例：跨深海复杂底质无中继海光缆海缆接头盒：外形直通接头盒：一进一出分支接头盒：一进二出从2004年至今，我们提供运行的各类海底接头盒未有一例故障投诉。海底光缆的综合性能海底光缆的定义和分类海底光缆敷设在通常肉眼不可见而又极其复杂的海洋环境中。相对于所有陆上用的光缆，其可靠性要求要高得多，而且与敷设深度有关。

海底光缆(opticalfibresubmarinecable)：采用光纤作为传输线的一种海缆。无中继海光缆(repeaterlesssubmarinecable)：为无中继应用而设计的一种水下光缆，适合浅水和深水。即使在最坏的气象条件下也能就地安装、修理，而不带来任何光学、电气、机械性能或可靠性方面的损伤。特征：缆中可不含导体，即使有的导体也仅用于检测。海底光缆系统(opticalfibresubmarinecablesystem)：将两个或多个终端站互相连结的一组设备，通常由终端设备（终端传输设备、馈电设备、维护控制器等）和水下设备（缆、中继器、分支器等）组成。有中继海光缆(repeateredsubmarinecable)：为有中继应用而设计的一种可供电的水下光缆，适合浅水和深水。即使在最坏的气象条件下也能就地安装和修理而不带来任何光学、电气、机械性能或可靠性方面的损伤。特征：缆中含有导体，馈送水下中继用的小电流（1A）高电压（10kV～20kV）。就地安装和修理指：缆可以在工作水深下施工布放（敷设或埋设）、可打捞、可重新布放。浅水(shallowwater)：有引起光缆故障危险的渔业作业或一般海上作业的深度（小于500/1000m）。深水(deepwater)：深度超过浅水极限值的水深（大于300/500/1000m）。水深(Waterdepth)：海缆敷设和工作的水下深度。海底光缆的结构主要由缆芯和外铠装层两大部分组成。在所有结构中，外铠装层几乎是相同的，主要区别在缆芯部分。

弹性体光单元

塑料骨架光单元铝管光单元海底光缆的结构：缆芯1/2

早期的缆芯示意图

中心钢丝光纤弹性体尼龙管镀锌钢丝焊接铜管绝缘护套中心FRP光纤塑料骨架尼龙管镀锌钢丝焊接铜管绝缘护套....一中心钢丝光纤PBT管铝管镀锌钢丝焊接铜管绝缘护套AT&TALCATELPIRELL经过20年的实践，目前主要流行的三种代表结构。

分裂钢管光单元铜管光单元不锈钢管光单元海底光缆的结构：缆芯2/2

OCCNSWALCATEL在中国，主要采用不锈钢管光纤单元结构。不锈钢管光纤单元:无中继海缆缆芯不含检测用铜带含有检测用铜带无内铠单内铠双内铠不锈钢管光纤单元:有中继海缆缆芯铜包钢管铜包钢丝无内铠单内铠双内铠双内铠单内铠2+1双内铠不锈钢管光纤单元:多芯层绞缆芯144～288芯96～192芯通光知识产权:内置导体的双内铠缆芯专利：含铜线双内铠海底光缆缆芯，200920233057.0海底光缆的类型陆芯海缆（MTC，MarinizedTerrestrialCable）

为无中继应用设计的一种水下光缆结构，其构造是在常规的多芯陆地光缆缆芯的基础上加上耐海洋环境的保护层，适用于环境条件不苛刻的浅水，可以进行各种维修。轻型缆（LW，lightweightcable）

在布放、回收和操作中不需要特殊保护的缆。轻型保护缆（LWP，lightweightprotectedcable）

加有附加保护层的轻型缆(注—这种缆适合于腐蚀和鱼咬危险严重的区域布放、回收和操作)。单层铠装缆（SA，singlearmouredcable）

具有单层铠装保护的缆(注—这种缆具有适当的保护适合浅水的特定区域布放、回收和操作)。双层铠装缆（DA，doublearmouredcable）

具有双层铠装保护的缆(注—这种缆具有适当的保护适合浅水的特定区域布放、回收和操作)。岩石铠装缆（RA，rockarmouredcable）

具有多层铠装保护（通常为两层）的缆，其外层以小节距绕包(注—这种缆具有适当的保护适合浅水的特定区域布放、回收和操作)。重型铠装缆（HA，heavyarmoredcable）

比DA缆具更高的强度，主要用于小于500m水深的浅海和近岸的浅水航道的浅埋敷设。这些缆均可含或不含馈电元件从而成为有中继或无中继缆。海缆铠装：适用水深Shallowwater离岸距离水深岩石型铠装

RA重型铠装HA双层铠装

DA单层铠装

SA轻型铠装

LWP/

LW50-100m 100-500m 1000-2000m ≥3000m 500-1000m 浅水深水YD/GJB：无内铠无中继海光缆LW-10SA-10DA-10LWSADACBL(kN)50200400OD(mm)172933主要用于中国的电信运营商和早期的军网LW-16LWP-16SA-16DA-16LWLWPSADACBL(kN)5555200400/600OD(mm)14.519.529.033/39HJB：双内铠无/有中继海光缆主要用于中国的军用通信网LW-16LWP-16SA-16DA-16LWLWPSADACBL(kN)6060320600OD(mm)16213641UQ：双内铠无/有中继海光缆主要用于国外工程海底光电复合缆

、

G.65x系列常规单模光纤的名称及分类代号IECITU名称IECITU名称B1.1G.652.A、B非色散位移型B4dG.655.D非零色散位移型B1.2G.654截止波长位移型B4eG.655.E非零色散位移型B1.3G.652.C、D波长段扩展的非色散位移型B5G.656宽波长段非零色散位移型B2G.653色散位移型B6a1G.657.A1接入网用弯曲损耗不敏感型B4aG.655.A非零色散位移型B6a2G.657.A2B4bG.655.B非零色散位移型B6b2G.657.B2B4cG.655.C非零色散位移型B6b3G.657.B3EX2000（康宁）和Z-PLUS（住友）具有最大的有效面积和最小的传输衰减，但色散较大，这两种光纤均是近期为高速、密集波分复用的大容量海缆系统专门设计的，其物理结构是“包层折射率下陷”的“纯硅芯”。SLA（古河）和G.654B（住友）具有较大的有效面积、损耗也较低，但色散也较大，这两种光纤是稍早期为海缆系统专门设计。EX1000（康宁）具有较低的损耗和较小的色散，但有效面积最小，主要与负色散光纤（如康宁S1000等）混合用在有中继系统的“色散管理”中而通常不单独应用。G.652D（康宁）和ULL（康宁）具有最小的色散但有效面积较小，这两类光纤互相兼容。其中，ULL是海陆两用纤，其损耗比G.652D略低。海缆系统中的光纤：海洋光纤海洋光纤：OFS海洋光纤：住友G.652D海纤G.654B海纤抗氢损筛选应变200kpsi海洋光纤：康宁为性能和可靠性最高化可客户定制的解决方案康宁海洋光纤的基本特征：高机械可靠性；高光学稳定性以及可匹配和管理的光性能；用户定做方案提供着色和接头。

高机械可靠性海光缆在敷设和从海底回收会受到很高张力，每一根海纤都经过1.38GN/m2(200kpsi)的筛选，比常规陆地光纤高一倍，确保光纤长期可靠性。

光纤的综合数据康宁Vascade光纤带有其它光纤无法比拟的丰富的测试数据，为每一盘光纤提供综合数据。全长筛选应变200kpsi接头筛选应变250kpsi接头损耗≤0.1dB海洋级光纤目前国内均还不能生产，住友公司海纤价格奇高，还对某些最终用户拒绝供应。G.652D是最成熟的光纤，商用陆地光纤的衰减值通常为0.20～0.21dB/km，海洋级G.652D衰减平均值可为0.19～0.20dB/km。虽然G.652D商用陆地光纤在国内大量生产且来源不受限制，但它并不是海纤，不宜用于大跨距的无中继系统中。即使同为G.652D，陆地光纤和海洋光纤并不等同。各大公司对海纤技术是不公开的，从外特性上至少可反映出适应海缆的主要性能：1.光纤强度-海纤能满足整长筛选应力为2%（200kpsi=1.43Gpa），陆纤为1%；-海纤能满足接头筛选应力为250kpsi，陆纤无此要求。2.老化性能-海纤能满足抗氢损老化≤0.003dB/km（25年）；-海纤能满足抗受辐射老化0.002dB/km（25年）；-这是因为海缆系统包括氢损和受辐射老化是按0.005dB/km（25年）设计的。陆地光纤和海洋光纤项目单位EX2000ULLG.652D有效面积μm2≥1128584模场直径@1550nmμm11.4～12.411.210.4衰减系数

@1550nmdB/km标称值：0.16≤0.180.20色散系数@1550nmps/nm·km≤221818色散斜率

ps/nm2·km0.050～0.0700.0920.093截止波长

nm≤1520≤1260≤1260筛选强度kpsi200100100EX2000与其他两种光纤相比：有效面积增大约30%；传输损耗降低0.02～O.O4dBkm。因Aeff较大，有相当一部分光功率在包层传输，故EX2000光纤相对其他光纤较“敏感”，关键是光缆设计、制造和应用中防止传输性能和机械性能的降低。EX2000-ULL-G652D：主要性能对比“LWcableSAcableDA

cable

SA和DA均以LW为“缆芯”LW-SA-DA:缆过渡““

项目单位LWSADA断裂荷载(CBL)kN70320600标称瞬时荷载(NTTS)kN45200360标称工作荷载(NOTS)kN30130250标称永久荷载(NPTS)kN1880150反复弯曲次505030最小弯曲半径m0.50.81.0抗冲击N·m100200400抗压kN/100mm102040外径mm163341空气中重量kg/km58032005100海水中重量kg/km3702100390050Mpa/14days,单向渗水长度m≤1000绝缘电阻，钢管与外层MΩ·km15000直流耐压Vdc/3min10000温度范围℃-20～+60℃LW-SA-DA：主要参数海光缆的主要性能性能项目单位表述机械性能断裂拉伸负荷CBL/UTSkN固定海缆两端头时的最小保证断裂负荷。短暂拉伸负荷NTTSkN累计约1h不明显降性能、寿命和可靠性时缆可以施加的最大短期负荷。工作拉伸负荷NOTSkN连续48h不明显降低性能、寿命和可靠性时缆可以施加的最大平均工作负荷。永久拉伸负荷NPTSKN不明显降低系统性能、寿命和可靠性时承受的最大永久负荷。反复弯曲次缆从工厂到船、从船到船、从船到储存点允许的弯曲次数。最小弯曲半径（有张力）m缆在敷设、保持、修复时可以允许的最小弯曲半径。冲击N·m缆可以承受的冲击强度。抗压强度（短期）kN/100mm缆可以承受的压扁负荷。物理性能外径mm结构中所有组成元件的标称直径之和。空气中重量kg/km结构中所有组成元件在空气中重量之和。海水中重量kg/km结构中所有组成元件在水中重量之和。渗水性能渗水长度m缆在指定水压或水深下的单向纵水长度。电气电能绝缘电阻MΩ·km导电体和不锈钢松套管对地的绝缘电阻。耐电压V-DC导电体和不锈钢管对地耐电压。直流电阻Ω/km缆内导体（若有）的直流电阻。环境性能工作温度范围℃可长期正常工作的温度区间。储存温度范围℃可长期储存的温度区间。运行性能非埋设位置稳定因子kg/mm.km非理设缆在海床上的位置变化。施工性能水动力常数m/s海缆自由沉降速度。应变(%)0.000.250.500.751.001.250204060光纤附加衰耗(dB)-0.200-0.1000.0000.1000.200缆应变纤应变永久张力NPTS长期张力NOTS短期张力NTTS破断张力CBL拉伸负荷(%)纤应变=0光纤生存率≥99.9%纤应变≤0.15%光纤生存率≥95%纤应变≤0.25%光纤生存率≥90%绝对安全区安全区相对安全区危险区纤损耗正常运行区间（永久）施工接续区间（24-48h）打捞回收区间（1-4h）海光缆力学性能：应力应变特性通信光缆的设计原则：缆内的光纤必须有适当的余长。.试验标准海缆的纵向渗水性能水深m水压MPa时间h试样长度m渗水长度m2002336300≤2005005336500≤200100010336500≤3002000203361000≤50050005033615000≤100080008033625000≤2000渗水长度计算L≤k×(P×10-5×t)0.5

L：渗水长度（m）

P：水压（Par）t：进水时间（day）

k：常数压力泵高压水管高压密封容器海缆试样压力表水试验装置和方法海光缆的纵向渗水性能必须满足工作水深的水压；通过纵向渗水性能的水压的海光缆并不等于可用于相应的水深。海光缆的综合性能海缆的适用水深并不唯一取决于在水压下的渗水长度，也不完全取决于缆的强度和重量。把无中继缆与“浅海缆”等同和把有中继缆与“深海缆”等同，是一种常识性的概念错误。水动力常数（H）：与缆的自由下沉速度等效，与缆直径和缆在水中重量海水密度等相关；布放张力（Ts）：与缆的水中重量和最大水深等相关，NOTS/Ts应有合适的比值；布放角（α）：与水动力常数和船速有关，布放角应合适；静态回收张力（Tstat）：与缆的水中重量、最大水深和附加回收因子（F）有关，NOTS/Tstat应有合适的比值；附加回收因子（F）：由回收角（αs）确定，是布放角的函数；回收角（αs）：回收速度等于1节时可接受的值是750；动态回收张力（Tdyn）：有波涛时船在垂直方向起伏对回收缆的附加张力，主要与缆的杨氏模量、铠装钢丝截面积、缆在空气中的重量和船在垂直方向的速度有关；最大回收张力（Tmax）：静态回收张力（Tstat）与动态回收张力（Tdyn）之和，它与缆的NTTS应有合适的比值；缆回收安全裕度：与缆的CBL和NTTS有关，CBL与NTTS的差值应与CBL保持合适的百分数。海缆的性能是相互关连的多参数权衡，除了机械、电气、环境等性能，还与施工维护参数有关。海光缆的敷设：铺设和埋设埋设(buring)：将海光缆埋于海床以下一定深度的作业。一般用于受外界影响较大（如抛锚、养殖、捕捞等）的浅海区。铺设(surfacelaying):将海光缆直接放置于海床上的作业。又称“抛设”或“非埋设”，一般用于受外界因素影响较小的深海区。敷设(laying)：埋设和铺设作业的总称铺设：定张力布缆

T=

WS×h

+WR

定张力敷设：固定布缆张力的作业，与船速无关。多用于海床较平坦的浅海区。T：敷设张力；WS

：缆的水中重量；h：水深；WR

：接头盒或中继器重量。张力匹配张力过大：光缆悬空导致长期受力、缆与海床磨擦将引起故障、缩短缆寿命。张力过小：光缆余线太多导致缆的套圈、扭结而损坏。铺设：定余量布缆

定余量敷设：固定布缆余量的作业,与水深无关而与船速有关。多用于海床有坡度的深海区。

VsVc光缆敷设速度敷设状况敷设速度海底下降斜面Vs＜Vc海底上升斜面Vs＞Vc

直接敷设法速度快，周期短、费用低、受气候的影响小，但是，因海缆暴露在海床上，经常因船舶抛锚损坏海缆，还会随时间和水流发生位置偏离。因此，有条件地适合水深大于200m的海域使用。海光缆埋设1)犁式埋设

有单刀犁式和多刀犁式两种，适宜在海底地质剪切强度50～100kPa时釆用。在布缆作业时，依靠强大的牵引力拖曳埋设犁在海底犁出沟槽，同时将海缆埋于沟内，一般适用于牵引力较大的大型海缆船。

优点：埋设速度快，效率高，适用于埋设较长的海底光缆，是目前埋设施工最主要的方法；缺点：无法进行海底光缆的浅滩作业和修复后的再埋设。2)水喷式埋设依靠喷射水流使海底泥沙流动形成沟槽，同时将海缆埋于沟底，适宜在海底地质剪切强度0～50kPa时釆用。

对船只的吨位大小和牵引力没有高要求，只需提供喷水所需的几百千瓦动力。可在布缆的同时埋设海缆，也可埋设已铺设在海底的海缆、以及故障修复段海缆。

优点：埋设深度大，适合短距离海缆埋设；缺点：埋设速度较慢，一般小于每小时1000m。3)机械挖掘式埋设适宜在海底地质剪切强度150kPa时釆用。主要有链式挖掘和石轮切割两种技术，前者用于硬质土和较软的石质，后者用于石质。缆的水动力常数又可称为“自由沉降速度”，是海光缆布放的重要参数，不同型号规格缆的水动力常数并不相同，与缆结构和海水密度有关。水动力常数决定了光缆敷设时的入水角。如入水角偏小则缆被拉紧了，可能沉不到底；如入水角偏大则表明多投入了光缆。水动力常数H=Us=(2Ws/CDρd)1/2

H：水动力常数（m/s）；Us：缆的横向下沉速度；Ws：缆在水中重量；CD

：侧面阻力系数；ρ：海水密度；d：光缆直径。光缆的入水角光缆的敷设（入水）角是由水动力常数和船速共同决定。

α=arccos［(-H2+(H4+4Vs4)1/2)/2Vs2］

α：光缆敷设角；H：水动力常数；Vs：船速。在施工过程中，是通过控制船速来控制敷设入水角的，由GPS定位系统或其他方式可以获得船速，如入水角与上述计算值相等，则光缆落底时的张力等于零。施工的基本原则：布放后海光缆应沉底且张力释放为零。修复张力控制海缆回收修复时受到的张力与敷设张力不相同。假定缆从船头回收，则船是沿着缆“拖拉”自己的，正好同敷设时情况相反。因海缆是穿过水从海底拖上来的，水阻力分量阻碍缆的提升，对缆张力作主要贡献。回收修复张力由一系列参数决定，需要确定最大敷设深度、假定典型的回收修复条件，与缆的水重和缆流体力学常数、船速和缆同水面的夹角（取决于缆操作设备的速度）相关。NTTS值是缆在1∼4小时内所允许的最大张力，对应回收修复时稳态加上动态峰值张力的控制上限；NOTS则是在完成缆的修理接头必须的时段内允许的最大负荷，是稳态回收修复张力的控制上限。VsVc不同水深、不同船速下缆的最小允许回收角：举例实际回收角应大于上图规定的最小允许回收角。不同回收角下不同水深、不同船速时缆的回收张力：举例回收角等于75°、60°和45°时SA缆在不同水深、不同船速下的静态回收张力。缆的实际张力还应该加上动态回收张力。缆型号GHSA-260kN-9