2.10. Подводные оптические кабели связи

Принципиально новый, качественный скачок в технике подводных линий связи произошел при появлении оптических кабелей. В первой половине 1980-х годов осуществилась прокладка ОК для регулярной эксплуатации линий длиной от 300 до 10000 км на глубине до 7500 м [35]. Коэффициент затухания кабелей с одномодовыми волокнами на длине волны 1,3 мкм составлял 1 дБ/км, длина регенерационного уча­стка - 35 км.

В 1985 г. был проложен первый глубоководный оптический кабель связи большой емкости между двумя Канарскими островами {ОК пер­вого поколения).

Эта глубоководная система содержала несколько регенераторов, скорость передачи составляла 280 Мбит/с на 2 ОВ, передача осуще­ствлялась на длине волны 1,3 мкм.

В настоящее время подводные волоконно-оптические кабели име­ют протяженность более 300000 км и обеспечивают связь между 90 странами. Запущенная в 1988 г. Трансатлантическая линия ТАТ-8 ме­жду США, Францией и Англией, работала также на длине волны 1,3 мкм и обеспечивала емкость 280 Мбит/с на 2 ОВ. До этого момента 65% всех международных каналов между США и Европой обеспечи­валось с помощью спутников. В настоящее время более 75% всех ка­налов обеспечивается с помощью ОК. Через несколько месяцев после введение ТАТ-8 была запущена Транстихоокеанская линия ТРС-3, со­единяющая США и Японию.

Второе поколение ОК также использовало регенераторы, но уже работало на длине волны 1,55 мкм и на скорости передачи 560 Мбит/с на 2 ОВ. К этому поколению относятся ТАТ-9 (США - Канада - Англия, Франция - Испания), ТАТ-10 (США - Германия), ТАТ-11 (США - Анг­лия - Франция) и ТРС-4 (США - Канада - Япония). ТАТ-9 обеспечива­ло электронное мультиплексирование и демультиплексирование в подводной части системы.

Третье поколение ОК (1995 г.) обеспечивало начальный сегмент первой трансокеанской кольцевой системы ТАТ-12, ТАТ-13 и ТРС-5. На пару ОВ обеспечивалась скорость 5 Гбит/с синхронной цифровой иерархии, использовались эрбиевые усилители оптических сигналов и длина волны 1,55 мкм.

Четвертое поколение ОК позволило использовать системы, кото­рые обеспечивают прямое усиление оптических сигналов.

Прогноз роста объемов передачи информации дальней связи от­мечает, что пропускная способность и скорость передачи удваива­ется каждые два года.

Подводные ОК должны обладать повышенной прочностью на раз­рыв и выдерживать давление воды - до 75 МПа. При конструировании подводных ОК приходится учитывать такие требования, как гибкость, устойчивость к шторму, необходимые при прокладке на дне и извлечении непосредственно со дна и из траншеи, подвеске к бонам при ремонте; простоту и быстроту ремонта. Необходимо учитывать, что стоимость самого ОК составляет значительную часть от стоимости всей системы.

Конструкция кабеля для подводной системы зависит от места их прокладки. Существуют: глубоководные кабели с защитой от значи­тельного гидростатического давления, кабели для прокладки в мелко­водных местах с защитой от сетей и якорей; кабели для прибрежной прокладки с повышенной механической защитой и кабели для про­кладки в земле, траншеях к распределительному пункту для присое­динения к наземной сети.

При изготовлении кабеля необходимо добиваться минимума оста­точных напряжений в ОВ. В настоящее время в лучших образцах она составляет 0,05% от допустимой. ОВ очень чувствительны к воздейст­вию морской воды [35]. При ремонте линии необходимо удалить куски ОК, в которых обнаружены следы воды. При наличии постоянного гид­ростатического давления скорость проникновения воды вдоль кабеля постоянна, но может быть уменьшена за счет применения гидрофоб­ного заполнения. Структура заполнителя должна быть такой, чтобы он проникал во все пустоты внутри ОК, не оказывая влияния на ОВ и эффективно герметизируя кабель в продольном направлении.

Другая проблема заключается в появлении внутри кабеля водоро­да, который отрицательно действует на ОВ. Водород может выде­ляться вследствие взаимодействия материалов, из которых изготов­лен ОК, с морской водой. Недавние исследования показали, что наи­меньшего влияния водорода на ОВ достигают за счет металлизации поверхности волокна. Начаты исследования триаксиальной конструк­ции ОВ, которая также повышает его стойкость к воздействию водоро­да.

Уменьшить влияние гидростатического давления на ОВ можно за счет использования в конструкции кабеля полой трубки, которая мо­жет быть выполнена из металла и несет на себе функции токопроводящей жилы. Сечение трубки и ее размеры часто определяет не дав­ление, а требование по передаваемой электрической мощности. Труб­ку довольно часто выполняют из меди или алюминия.

Кроме этого способа защиту от гидростатического давления можно осуществлять путем применения скрутки стальными проволоками, ко­торые образуют прочную конструкцию. Армирующие стальные эле­менты должны обеспечить прочность не только при воздействии ста­тических, но и динамических нагрузок. При двухслойном расположе­нии проволок (направление скрутки проволок в слоях противополож­ное) добиваются нейтрализации крутящих моментов и исключают возможность возникновения петель.

В [35] приведенные конструкции и характеристики подводных ОК для различных условий эксплуатации и глубины водоемов зарубежных фирм и ЗАО «Севкабель-оптик», г. Санкт-Петербург. Следует отме­тить, что выпуск глубоководных ОК начинает осуществляться на оте­чественных заводах. Так, специалистами ЗАО «Севкабель-оптик» раз­работаны оптические кабели для подводной морской прокладки на глубину до 400 м и до 10ОО м.

Кабель представляет собой аксиальную конструкцию, в центре ко­торой расположен оптический модуль в виде герметичной трубки, из­готовленной из нержавеющей стали со свободно расположенными оптическими волокнами. Поверх модуля располагается повив медных проводников дистанционного электропитания. Далее следуют проме­жуточная полиэтиленовая оболочка и внешние покровы, состоящие из бронеповива стальных проволок и наружной полиэтиленовой оболоч­ки.

На рисунке 2.15 представлена конструкция подводного ОК для про­кладки на глубину до 400 м марки ПОК-400.

Рис. 2.15. Конструкция подводного ОК марки ПОК-400 производства ЗАО «Севкабель-Оптик»

с медными жилами для дистанционного пи­тания: 1 - центральная трубка из полимерных

композиций со свободно уложенным оптическим волокном или пучками волокон,

заполненная гидрофобным компаундом; 2 - медная проволока (токопроводящая

жила дистанционного электропитания); 3 - водоблокирующая лента; 4 - медная лента;

5 - промежуточная оболочка из полиэтилена высокой плотности; 6 – круглая

стальная оцинкованная проволока; 7 - гидро­фобный компаунд; 8 - наружная

оболочка из полиэтилена высокой плотности

Основные технические характеристики подводного кабеля марки

ПОК-400:

Количество оптических волокон в кабеле 2—48

Диаметр кабеля, мм 21,5

Масса кабеля,мм

- в воздухе; не более 972

- в воде не более 625

Радиус изгиба, мм не менее 322

Стойкость к продольному растяжению, кН не менее 50

Стойкость к раздавливающим усилиям, кН/см не менее 1,5

Стойкость к радиальному гидростатическому не менее 4,0

давлению, МПа

0

Температурный диапазон эксплуатации, С от минус 40

до плюс 40

Электрическое сопротивление токонесущего

элемента дистанционного питания (совокупности

медных проволок), Ом/км не более 1,0

Максимальная строительная длина кабеля, км

при поставке на барабане; 8

при отгрузке на судно-кабелеукладчик 50

В стадии разработки и испытаний находятся и более мощные под­водные оптические кабели.

Уникальное географическое положение ЗАО «Севкабель-оптик» -цех по производству оптических кабелей расположен на берегу залива и имеет собственный глубоководный причал - позволяет существенно модернизировать процесс подготовки подводного кабеля к прокладке. Предприятие, обладая тенксами - емкостями для хранения больших строительных длин подводного кабеля, готово проводить комплексные работы по созданию будущих подводных ВОСП, включая монтаж муфт и оптических усилителей, накладку и тестирование линейного тракта. Причем эти работы возможно проводить в пределах кабельной секции на берегу в заводских условиях с последующей перегрузкой участка линии на борт судна - кабелеукладчика.