DK169751B1 - Undersøisk optisk fiberkabel til telekommunikation - Google Patents

Description

i DK 169751 B1

Den foreliggende opfindelse angår et undersøisk kabel til fiberoptiske telekommunikationer, som er særlig egnet til at lægges og drives selv på dybe havniveauer.

Undersøiske optiske fiberkabler til telekommunikation er udsat 5 for høje mekaniske belastninger, men på grund af deres skrøbelighed skal de optiske fibre, som er beliggende inden i dem, beskyttes mod at underkastes selv de svageste påvirkninger.

Ikke kun kan optiske fibre let knække, men selv de allermindste mekaniske påvirkninger, som de udsættes for, kan forårsage en 10 dæmpning af de udsendte signaler.

Hvis nogen af de ovennævnte hændelser finder sted, vil det betyde, at kablet sættes ud af drift.

Hovedfaktorerne, som forårsager mekaniske belastninger i undersøiske kabler, der anvendes til fiberoptiske telekommunikatio-15 ner, er følgende:

Milieuet, hvori kablet drives, og som giver anledning til belastninger i dem på grund af det hydrostatiske tryk, der udøves af vandet. Belastningerne på kablet på grund af denne faktor bliver forøget, når læggedybden for kablet forøges.

20 Læggeoperationerne, som udsætter kablet for trækspændinger.

Disse spændinger vokser, når læggedybden bliver forøget på grund af den større vægt af kabelstrækningen under denne operation.

De termiske variationer, som kablet kan udsættes for under sin transport fra fabrikken til placeringsstedet, hvor det skal lægges, 25 og som forårsager, at mekaniske spændinger opstår i kappen på grund af den større termiske udvidelse af kabel kernen i forhold til den termiske udvidelse af kappen som følge af forskellene i materialerne, hvoraf de nævnte elementer i de kendte kabler er fremstillet.

For at beskytte disse optiske fibre har de kendte undersøiske 30 fiberoptiske telekommunikationskabler en struktur, som omfatter en metal kappe og et mekanisk modstandsdygtigt styrkeorgan (hvis dimensioner vokser i afhængighed af læggedybden), som placeres omkring en kerne, hvori de optiske fibre er beliggende.

Kendte undersøiske fiberoptiske telekommunikationskabler er 35 f.eks. dem, der er beskrevet i GB patentskrift nr. 2.021.282, australsk patentansøgning nr. 74.368/81 og FR-A-2.435.051.

I kendte undersøiske fiberoptiske telekommunikationskabler bevirker tilstedeværelsen af en metal kappe og af et mekanisk modstandsdygtigt styrkeorgan, som er anbragt således, at det omgiver DK 169751 B1 2 kabelkernen, at disse elementer næsten ikke er bøjelige, hvilket yderligere komplicerer læggeoperationerne, da disse elementer i sig selv er stive, ligesom de ligger i afstand fra kabelaksen, som repræsenterer den neutrale bøjningsakse.

5 Når dybden, hvori kablet skal lægges, vokser, aftager selve bøjeligheden af kablet endvidere også betydeligt, fordi dimensionerne af det mekaniske modstandsdygtige styrkeorgan forøges på grund af de større tilførte påvirkninger, såvel som fordi dimensionerne af styrkeorganet forøges, fordi de tilvejebringes ved placering af 10 mekanisk modstandsdygtigt materiale uden om kablet og følgelig på et sted, som ligger endnu længere væk fra den neutrale bøjningsakse.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at gøre fiberoptiske telekommunikationskabler egnede til lægning selv på store dybder, f.eks. på over 1000 meter, samtidig med at de har en større 15 bøjelighed sammenlignet med kendte kabler og endvidere med en reduceret vægt pr. længdeenhed, og samtidig med at de ikke udsættes for beskadigelser, hvis de udsættes for temperaturvariationer under deres transport fra fabrikken til udlægningsstedet.

Den foreliggende opfindelse angår således et undersøisk fiber-20 optisk telekommunikationskabel, som omfatter et styrkeorgan, der udgøres af et tov, som er dannet af et antal trådformede elementer, der er anbragt i den radialt inderste position af kablet, hvor tovets akse er sammenfaldende med kabel aksen, og hvor et antal rør, hvori de optiske fibre er løst beliggende, er viklet skrueliniefor-25 met omkring tovet, hvilke rør er fyldt med en i det væsentlige usammentrykkelig væske, og med mindst én vandtæt kappe omkring rørene og tovet, og det for kablet ifølge opfindelsen ejendommelige er, at rørene og tovet er fuldstændigt indlejret i kappen eller kapperne, at en i det væsentlige usammentrykkelig væske udfylder 30 alle rummene mellem de trådformede elementer, at tovet er et sno- 2 ningsbalanceret tov med en tværsnit, der ikke er mindre end 50 mm og er det eneste mekanisk modstandsdygtige styrkeorgan i kablet, og at kappen eller kapperne er fremstillet af plastmateriale.

Det kompakte snoningsbalancerede tov omfattende styrkeorganet i 35 et undersøisk kabel ifølge opfindelsen er indrettet i det væsentlige til fuldstændigt at modstå trækspændinger under læggeoperationen, og endvidere er tværsnittet af tovet ikke under 50 mm^.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, der viser et perspektivisk billede af et kabelstykke DK 169751 B1 3 ifølge opfindelsen, idet dele er fjernet for bedre at vise kabelstrukturen.

Som vist i figuren har kablet en kerne omfattende et styrkeorgan 1, hvis akse er sammenfaldende med kablets længdeakse 2, og et 5 antal små rør 3, som løst rummer optiske fibre 4, og som er viklet skruelinieformet og i direkte kontakt med styrkeorganet 1, som forklaret nærmere nedenfor.

De små rør 3, der f.eks. er fremstillet af plast eller andre materialer, er fyldt med en praktisk taget usammentrykkelig væske, 10 som f.eks. en vaseline eller et silikonefedt eller lignende.

Styrkeorganet 1, som optager den radialt inderste zone af kablet, er bestemt og følgelig dimensioneret til fuldstændigt at modstå trækspændinger, som tilføres kablet under læggeoperationen. Styrkeorganet 1 består af et kompakt snoningsbalanceret tov, hvis 15 tværsnit ikke er under 50 mm , og den er dannet af et antal tråd-formige elementer 5 fremstillet af et materiale med en meget høj mekanisk modstand mod trækkræfter, som f.eks. stål, aromatiske polyamider, carbonfibre og lignende. Mellemrummene 6, som findes mellem de trådformige elementer 5, er fyldt med en praktisk taget 20 usammentrykkelig væske, såsom de tidligere nævnte.

De trådformige elementer 5 er anbragt skruelinieformet i koaksiale indbyrdes overlappende lag, og viklingsretningen for de trådformige elementer i det ene lag er fortrinsvis modsat viklingsretningen for de trådformige elementer i de hosliggende lag.

25 Med en sådan anbringelse af de trådformige elementer 5 vil tovet, når det udsættes for trækkræfter, ikke undergå nogen snoning, og følgelig frembyder det en god bøjelighed.

Som tidligere angivet er rørene 3 viklet skruelinieformet i direkte kontakt på styrkeorganet 1 bestående af det tidligere 30 beskrevne kompakte snoningsbalancerede tov.

Den skruel inieformede vikling af de små rør 3 kan specielt være som en lukket skruelinie eller en åben skruelinie, hvilket sidste betyder, at forløbet af hvert lille rør består af skiftevise S-for-mede og Z-formede længder. .

35 Over kabel kernen, som udgøres af styrkeorganet 1 og rørene 3 tilsammen, er der anbragt en plastkappe 7, der f.eks. er fremstillet ved extrudering, og som omslutter rørene 3, hvilken kappe over sin radialt inderste overflade passer efter den yderste overflade af enheden bestående af styrkeorganet 1 og rørene 3.

DK 169751 B1 4 På denne måde har den radialt inderste overflade af plastkappen 7 en form, som egner sig til at komplementere den ydre overflade af enheden af styrkeorganet 1 og rørene 3, og som følge heraf findes der ingen hulrum i materialet mellem pi astkappen og denne enhed.

5 Til dannelse af kappen 7 kan der f.eks. anvendes polyolefiner, såsom polyethylen og polypropylen, aliphatiske polyaminer og lignende. Fortrinsvis er kappen 7 fremstillet af en aliphatisk polyamid, fordi dette materiale bevirker, at kappen bliver radialt mindre kontraktil under indvirkning af hydrostatisk tryk. På denne 10 måde forhindres langs kablet eventuelle resulterende minimale variationer i de diametrale dimensioner af rørene og de langsgående bevægelser af den usammentrykkelige væske, som fylder rørene, hvilke variationer hidrører herfra.

Over plastkappen 7 kan der findes andre elementer (ikke vist i 15 figuren), som f.eks. beskyttelser af i og for sig kendt type mod pæleorm, ved eventuel bevikling med godt elektrisk ledende metalbånd enten isoleret eller ikke. Men i praksis bør ingen af disse elementer ved deres tilstedeværelse danne enten en kontinuerlig vandtæt metal kappe eller et mekanisk modstandsdygtigt styrkeorgan for 20 kablet.

På denne måde er et kabel ifølge opfindelsen uden nogen som helst kontinuerlig vandtæt metal kappe og uden noget som helst styrkeorgan, der er mekanisk modstandsdygtig overfor spændinger, og som er anbragt radialt udenfor kabel kernen og omgiver den zone, 25 hvori de optiske fibre er beliggende.

Som en alternativ ikke vist variation af et kabel ifølge opfindelsen sen er styrkeorganet beklædt med et plastbeklædningslag, som hænger tæt ved den uden at muliggøre nogen mellemrum, og som f.eks. består af en polyolefin, såsom polyethylen, polypropylen, af 30 en aliphatisk polyamid og lignende.

Rørene bliver, når de er fyldt med en usammentrykkelig væske, hvori de optiske fibre er løst beliggende, viklet i direkte kontakt med det ovenfor nævnte beklædningslag.

I dette tilfælde har den radialt inderste overflade af kablets 35 plastkappe en form, som komplementerer den ydre overflade af enheden bestående af beklædningslaget og rørene.

I henhold til en anden alternativ udføre!sesform for kablet ifølge opfindelsen omfatter styrkeorganet, som udgøres af et kompakt snoningsbalanceret tov, et langsgående metal element med en høj DK 169751 B1 5 elektrisk konduktivitet for således at danne en elektrisk leder, der tillader fødning af de optoelektroniske forstærkere for signalerne, som overføres af de optiske fibre, hvilke forstærkere er anbragt langs kablet.

5 Eksempelvis består det langsgående metal element med en høj elektrisk konduktivitet af mindst én kombineret kobbertråd, f.eks. indlagt i eller viklet omkring det kompakte snoningsbalancerede tov.

Returlederen kan være havet.

Som et alternativ kan returlederen bestå af en kombination af 10 havet og af et godt elektrisk ledende metal bånd, som er viklet omkring kappen, eller af et metalbånd, som er indlejret i denne.

I henhold til en yderligere variation, der gælder for det tilfælde, hvor der ikke er noget langsgående metal element med en høj elektrisk konduktivitet, som er forbundet med kabelstyrkeorganet, 15 kan fødningen af de optoelektroniske forstærkere tilvejebringes ved hjælp af et elektrisk kredsløb omfattende et godt elektrisk ledende isoleret metal bånd, som er viklet omkring kappen, med anvendelse af havet som returleder.

Det vil imidlertid forstås, at uanset konfigurationen af de 20 godt elektrisk ledende metal bånd anbragt omkring eller inden i kappen må de hverken danne en vandtæt metal kappe eller et mekanisk modstandsdygtigt styrkeorgan for kablet.

Af den foregående beskrivelse og af de følgende betragtninger vil det forstås, at de tilsigtede mål opnås ved hjælp af kablet 25 ifølge opfindelsen.

I de undersøiske fiberoptiske telekommunikationskabler ifølge opfindelsen findes der ikke nogen metalliske mekanisk modstandsdygtige elementer omkring kernen, hvori de optiske fibre er anbragt.

Det mekanisk modstandsdygtige styrkeorgan er nemlig .anbragt i 30 den inderste zone af kablet i nærheden af dets akse, og kappen er fremstillet af en plast og ikke af et metallisk materiale, som findes i de kendte undersøiske kabler.

Som følge heraf viser bøjeligheden af kablet ifølge opfindelsen sig at være større end i de. kendte kabler, både fordi det mekanisk 35 modstandsdygtige styrkeorgan er anbragt alene i nærheden af den langsgående akse i kablet, som er den neutrale bøjningsakse, og også fordi plastkappen er mere bøjelig end en metal kappe.

På denne måde opnås en reduktion i vægt pr. længdeenhed af kablet i forhold til kendte kabler.

DK 169751 B1 6

Selv i fravær af en vandtæt kappe og et mekanisk modstandsdygtigt styrkeorgan omkring kappen, hvori de optiske fibre er anbragt, er der endvidere ikke nogen risiko at frygte, for at kabel strukturen klapper sammen under indvirkning af hydrostatisk 5 tryk selv ved store havdybder.

Modstanden mod hydrostatisk tryk i kablerne ifølge den foreliggende opfindelse er til sikret ved, at der ikke er nogen mellemrum uden materiale i kabel strukturen, idet både mellemrummene, som findes mellem de trådformige elementer i tovet, der danner det meka-10 niske modstandsdygtige styrkeorgan, såvel som rørene, som indeholder de optiske fibre, alle er fyldt med en praktisk taget usammentryk-kelig væske. Endvidere fastholdes den radialt inderste overflade af plastkappen perfekt til kabel kernen uden at efterlade nogen mellemrum.

15 Desuden eliminerer fraværet af et mekanisk modstandsdygtigt styrkeorgan omkring kabel kernen den fare, som findes i de kendte kabler, idet det kan udføre sammentrykninger på kabel kernen og dermed forårsage spændinger i de optiske fibre, når styrkeorganet under læggeoperationen har tilbøjelighed til at gribe kernen som følge af 20 de virkninger af trækspændingerne, som udøves på den.

I kablet ifølge opfindelsen er kappen fremstillet af plast og ikke af et metallisk materiale, som det er tilfældet i de kendte undersøiske fiberoptiske kabler.

I disse sidstnævnte er det hidtil blevet anset for uundgåeligt 25 at have en kontinuerlig vandtæt metal kappe, som omgiver den zone, der optages af de optiske fibre, for at forhindre blot minimale spor af vand i at trænge ind i kablet og nå de optiske fibre med deraf følgende dæmpninger af de overførte signaler såvel som skørheder.

I kablet ifølge opfindelsen er der til trods for tilstedevæ-30 reisen af en plastkappe, der ikke kan sikre samme uigennemtrængelighed som en vandtæt metal kappe, ikke i praksis konstateret nogen af de frygtede ulemper for de optiske fibre.

I kablet ifølge opfindelsen bevirker udeladelsen af metal kappen, som er erstattet af en. plast kappe, at kablerne er fri for den 35 risiko, som hidrører fra temperaturvariationer, som et kabel kan udsættes for under dets transport fra fremstillingszonen til kabellæggeområdet.

I virkeligheden har en plastkappe sammenlignet med en metalkappe en større mulighed for udvidelse. Som følge af denne 7 DK 169751 B1 udvidelsesmulighed for en plastkappe er der derfor ikke nogen fare for brud eller revnedannelser, som kan konstateres ved metal kapperne, når de termiske udvidelser af elementerne, som er indesluttet i kappen, bevirkes ved en eller anden mulig temperaturforøgelse, der 5 kan finde sted ved, at kablerne direkte udsættes for solen.

10 15 20 25 30 35

Claims (5)

1. Undersøisk optisk fiberkabel til telekommunikation omfattende et styrkeorgan, der udgøres af et tov (1), som er dannet af et 5 antal trådformede elementer (5), der er anbragt i den radialt inderste position af kablet, hvor tovets (1) akse (2) er sammenfaldende med kabelaksen, og hvor et antal rør (3), hvori de optiske fibre (4) er løst beliggende, er viklet skruel inieformet omkring tovet (1), hvilke rør (3) er fyldt med en i det væsentlige usammen-10 trykkelig væske, og med mindst én vandtæt kappe (7) omkring rørene (3) og tovet (1), kendetegnet ved, at rørene (3) og tovet (1) er fuldstændigt indlejret i kappen eller kapperne, at en i det væsentlige usammentrykkel ig væske udfylder alle rummene (6) mellem de trådformede elementer (5), at tovet (1) er et snoningsbalanceret 15 tov med et tværsnit, der ikke er mindre end 50 mm og er det eneste mekanisk modstandsdygtige styrkeorgan i kablet, og at kappen eller kapperne (7) er fremstillet af plastmateriale.

2. Undersøisk optisk fiberkabel til telekommunikation ifølge krav 1, kendetegnet ved, at tovet (1) er beklædt med en 20 første kappe, der hænger tæt ved tovet uden at tillade noget tomrum eller mellemrum mellem den første kappe og tovet, og at kablet har en anden kappe (7), hvis radialt inderste overflade har en sådan form, at den komplementerer den ydre overflade af rørene og af den første kappe.

3. Undersøisk optisk fiberkabel ifølge krav 1 og 2, kende tegnet ved, at kablets plastkappe (7) er af et plastmateriale, der er udvalgt blandt grupperne af polyolefiner og aliphatiske polyamider.

4. Undersøisk optisk fiberkabel ifølge krav 1, kendete g-30 n e t ved, at tovet (1) omfatter et langsgående metal element med en høj elektrisk konduktivitet.

5. Undersøisk optisk fiberkabel ifølge krav 4, kendetegnet ved, at det langsgående metal element med en høj elektrisk konduktivitet udgøres af mindst én kobertråd, der er indlejret i 35 tovet.