DE3883045T2 - Elektrisches Energiekabel mit Übertragung optischer Signale. - Google Patents

Elektrisches Energiekabel mit Übertragung optischer Signale.

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
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    • G02B6/4415—Cables for special applications
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kabel zum Transportieren elektrischer Energie, welches optische Fasern aufweist, die optische Signale übertragen sollen.
  • Als Folge der immer zunehmenden Entwicklung der Fernübertragungseinrichtungen, die von optischen Fasern Gebrauch machen, wird das Einführen der letzteren in elektrische Kabel mehr und mehr nützlich, um mittels eines einzigen Kabels und nur eines Verlegevorganges den doppelten Effekt des Transportierens von elektrischer Energie und des Übertragens von optischen Signalen zu erzielen.
  • Hängende elektrische Kabel, die optische Fasern aufweisen, beispielsweise das Kabel, welches in dem französischen Patent Nr. 2 239 742 beschrieben ist, sind bereits bekannt.
  • In diesen Kabeln sind die optischen Fasern in dem mittleren Teil des Kabels eingeschlossen.
  • Offensichtlich würde es sehr zweckmäßig sein, das Übertragen optischer Signale auch mittels anderer Arten von Kabeln zum Transportieren elektrischer Energie durchzuführen, beispielsweise mittels Seekabeln oder Erdkabeln, jedoch zeigt in solchen Fällen die übliche Lösung gewisse Nachteile wie beispielsweise im Fall des Kabels, welches in der EP-A-0 203 249 beschrieben ist.
  • Tatsächlich erfordert es die Verwendung eines Kanals in dem mittleren Teil des Kabels mit einer sich daraus ergebenden Vergrößerung des Kabeldurchmessers.
  • Dies führt zu einer schwierigeren Handhabung des Kabels und zu einer Erhöhung seiner Herstellungskosten, da beim unveränderten Beibehalten der Isolierungen und der Schutzausführungen oder Schutzelemente eine größere Materialmenge erforderlich ist.
  • Andere Kabel, beispielsweise solche, die in der EP-A-0 123 216 und in der EP-A-0 203 538 beschrieben sind, besitzen optische Fasern und elektrische Leiter, jedoch ist die Übertragung elektrischer Energie nicht vorgesehen und ist mit diesen Kabeln nicht in Betracht gezogen als Folge von deren Struktur.
  • Daher bezweckt die vorliegende Erfindung, die oben genannten Nachteile zu beseitigen und ein Kabel zu schaffen, welches in der Lage ist, elektrische Energie zu transportieren und optische Signale zu übertragen, wobei das Kabel gute Handhabungscharakteristiken beibehält und Herstellungskosten hat, die im wesentlichen gleich denjenigen der Kabel sind, die lediglich dazu verwendet werden, elektrische Energie zu transportieren.
  • Demgemäß ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Unterwasserkabel zum Transportieren von elektrischer Energie und zum Übertragen optischer Signale, umfassend eine optische Faser, wenigstens einen elektrischen Leiter, eine Isolierung, welche die radial äußerste Fläche irgendwelcher Leiter in dem Kabel umgibt, einen metallenen Kabelmantel nahe der radial äußersten Fläche der Isolierung, eine äußere Schutzlage neben der radial äußersten Fläche des metallenen Kabelmantels, und eine äußere Bewehrung, welche die äußere Schutzlage umgibt, wobei das Kabel dadurch gekennzeichnet ist, daß die äußere Schutzlage dargestellt ist durch eine radial innere extrudierte erste Lage und eine radial äußere zweite Lage, die aus Bandwindungen gebildet ist, wenigstens ein Rohr oder ein Schlauch, das bzw. der wenigstens eine der optischen Fasern lose aufnimmt, in die zweite Lage eingebettet ist, wobei die zweite Lage eine Dicke im Bereich des 2-fachen bis 4-fachen der Abmessung des Rohres oder Schlauches entlang eines Kabelradius hat, und die Dicke der zweiten Lage derart ist, daß verhindert wird, daß das Rohr oder der Schlauch während der Verlegung des Kabels durch die äußere Bewehrung zusammengedrückt wird und daß die Kompaktheit der äußeren Bewehrung aufrechterhalten wird.
  • Weitere Zwecke und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser ersichtlich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, gegeben lediglich als ein nicht beschränkendes Beispiel, in welcher:
  • Figur 1 einen Querschnitt eines Kabels gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt, und
  • Figur 2 im teilweise weggebrochenen Querschnitt eine Besonderheit der Figur 1 zeigt.
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 weist ein Kabel 21 einen mittleren Leiter 2, eine erste halbleitende Lage 3, eine Isolierlage 4, eine zweite halbleitende Lage 5, einen Metallmantel 6 und eine mögliche Verstärkungslage 7 auf.
  • Das Kabel 21, welches in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, ist an seinem Mantel 6 oder an der möglichen Verstärkungslage 7 weiterhin mit einer ersten extrudierten Schutzlage 22, beispielsweise aus Polyäthylen, einer zweiten Schutzlage 23, die eine Dicke "s" hat und aus Bandwindungen beispielsweise aus Juteband gebildet ist, und einer äußeren Metallbewehrung 24 versehen, die durch eine Mehrzahl von widerstandsfähigen Drähten 25 gebildet ist.
  • Bei diesem Kabel, welches eine äußere Bewehrung hat, ist eine Längsausnehmung bzw. ein Schlauch oder ein Rohr, welche bzw. welcher bzw. welches eine oder mehrere optische Fasern lose aufnimmt, in der zweiten Schutzlage 23 erhalten, wie es in Figur 2 dargestellt ist.
  • Eine Mehrzahl von Längsausnehmungen oder solchen Rohren oder Schläuchen kann entlang des gleichen Umfangs des Kabelquerschnitts angeordnet sein.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Längsausnehmung bzw. das Rohr ein Rohr 26 aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser "d", wobei das Rohr in die Juteschutzlage 23 eingesetzt ist.
  • Bei der letzteren Lösung besteht jedoch das Problem, den Durchmesser "d" des Rohres 26 aus rostfreiem Stahl mit Bezug auf die Dicke "s" der Jutelage 23 richtig zu dimensionieren.
  • Tatsächlich, wenn die Dicke "s" der Jutelage 23 gleich oder größer als der Durchmesser "d" des Rohres 26 ist, würde das letztere zusammen mit den darin enthaltenen optischen Fasern während der Kabelverlegungsvorgänge mit Sicherheit beschädigt oder zerstört werden.
  • Tatsächlich ist es bekannt, daß während dieser Vorgänge die Unterwasserkabel sehr starken axialen Beanspruchungen und Längsbeanspruchungen unterworfen werden.
  • Die Drähte 25 der äußeren Bewehrung 24, die Zugspannung unterworfen sind, haben das Bestreben, sich in Richtung zur Innenseite des Kabels abzulenken bzw. in dieser Richtung auszuweichen und sie können das Rohr 26 zusammenquetschen oder in irgendeiner Weise schädliche Beanspruchungen auf es übertragen.
  • Wenn, um diese Gefahr zu vermeiden, die Dicke "s" der Jutelage 23 vergrößert wird bis zu einem Wert, bei welchem sie viel größer als der Durchmesser "d" des Rohres 26 ist, würde die Jutelage zu weich werden und während der Kabelverlegungsvorgänge würden gewisse Drähte 25 der äußeren Bewehrung 24 mit Bezug auf die anderen verschoben werden, wodurch die Bewehrung ungeordnet wird und das Kabel dauerhaft beschädigt.
  • Es ist gefunden worden, daß die optimale Abmessung, die unter allen Betriebsbedingungen und Benutzungsbedingungen des Kabels die Kompaktheit der Bewehrung gewährleistet und gleichzeitig das Rohr 26 und die darin enthaltenen optischen Fasern nicht beschädigt, eine Abmessung ist, bei welcher die Dicke "s" der Jutelage 23 im Bereich zwischen dem dreifachen und dem vierfachen des Durchmessers "d" des Rohres oder Schlauches 26 liegt.
  • Die äußere Bewehrung 24 kann durch Stangen oder Stäben, Streifen oder Bänder, oder verschlußblockförmige Drähte (Keystone- Drähte) gebildet sein und es besteht keine Begrenzung hinsichtlich der Position des Rohres 26. Das Rohr oder die analogen Rohre oder Schläuche, die auf dem gleichen Umfang des Kabelquerschnitts liegen, können an irgendeinem Kabelradius angeordnet sein und sie können sich in Längsrichtung des Kabels auf einem geradlinigen oder schraubenlinienförmigen Weg (geschlossene oder offene Wendel) und mit einer Steigung erstrecken, die unterschiedlich sein kann gegenüber der Steigung des Helicoids, entlang von welchem die Stangen oder Stäbe, Bänder oder Streifen oder Keystone-Drähte der äußeren Bewehrung 24 gewickelt sind.
  • Bei einer bevorzugten Lösung liegt, wenn die Bewehrung durch Stangen 25 gebildet ist, der Durchmesser des Rohres oder Schlauches 26 auf einem Radius des Kabels, der durch den Tangentenpunkt zwischen zwei Stangen 25 hindurchgeht.
  • Weiterhin erstreckt sich das Rohr 26 in Längsrichtung des Kabels auf einem schraubenlinienförmigen Weg und mit einer Steigung, die im wesentlichen gleich der Steigung des Helicoids der Stangen 25 ist. Dies tritt auf, weil die Kompressionsbeanspruchung oder Druckbeanspruchung, die von den Stangen 25 auf die Jutelage 23 ausgeübt wird, entlang der Erzeugenden der Tangentialität zwischen den Stangen und der Lage maximal, und im Bereich der Tangentialität zwischen zwei benachbarten Stangen 25 minimal ist, das heißt entlang der Kabelradien, die durch die Tangentenpunkte der benachbarten Stangen 25 hindurchgehen.
  • Mittels dieser bevorzugten Lösung kann die Dicke der Jutelage 23 weiter verringert werden, und zwar auf das zwei- bis dreifache des Durchmessers des Rohres 26.
  • Die Erfindung wurde beschrieben lediglich mit Bezug auf ein Rohr, welches aus rostfreiem Stahl gebildet ist und einen kreisförmigen Querschnitt hat, es ist jedoch zu verstehen, daß zwei oder mehr Rohre oder Schläuche vorgesehen sein können, die in gleichem Abstand voneinander liegen, um in der äußeren Schutzlage einen Kreisring zu bilden, wobei weiterhin die Rohre oder Schläuche irgendeinen Querschnitt, einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt usw. haben können, und daß die Rohre oder Schläuche auch aus Kunststoffmaterial oder aus irgendeiner Metallegierung gebildet sein können, die gegenüber Korrosion beständig ist und einen Young'schen Elastizitätsmodul haben von nicht kleiner als 186,4 x 10&sup9; Pa (19.000 kg/mm²) und eine Grenze des elastischen Nachgebens von 0,8.
  • Aus der obigen Beschreibung ist klar, daß die Längsausnehmungen, welche die optischen Fasern enthalten, in den Schutzlagen gebildet sind, die in den Kabeln bereits vorhanden sind, die lediglich dazu verwendet werden, elektrische Energie zu transportieren, so daß Kabel, welche elektrische Energie transportieren und optische Signale übertragen, erzielt sind, die im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie Kabel haben, die lediglich zum Transportieren von elektrischer Energie verwendet werden.
  • Demgemäß sind die Kabel gemäß der Erfindung, die dazu verwendet werden, elektrische Energie zu transportieren und optische Signale zu übertragen, bequem zu handhaben und haben im wesentlichen die gleichen Herstellungskosten wie die Kabel, die lediglich zum Transportieren von elektrischer Energie verwendet werden sollen.
  • Es ist ersichtlich, daß weitere abgewandelte Ausführungsformen der Kabel, die beispielsweise beschrieben worden sind, ausgeführt werden können durch den Fachmann des hier in Rede stehenden Gebietes, ohne in irgendeiner Weise vom Bereich der erfinderischen Idee abzuweichen.

Claims (9)

1. Unterwasserkabel (21) zum Transportieren von elektrischer Energie und zum Übertragen optischer Signale, umfassend eine optische Faser (10), wenigstens einen elektrischen Leiter (2), eine Isolierung (4), welche die radial äußerste Fläche irgendwelcher Leiter (2) in dem Kabel umgibt, einen metallenen Kabelmantel (6) nahe der radial äußersten Fläche der Isolierung, eine äußere Schutzlage (22,23) neben der radial äußersten Fläche des metallenen Kabelmantels, und eine äußere Bewehrung (24), welche die äußere Schutzlage umgibt, wobei das Kabel (21) dadurch gekennzeichnet ist, daß die äußere Schutzlage dargestellt ist durch eine radial innere extrudierte erste Lage (22) und eine radial äußere zweite Lage (23), die aus Bandwindungen gebildet ist, wenigstens ein Rohr oder ein Schlauch (26), das bzw. der wenigstens eine der optischen Fasern lose aufnimmt, in die zweite Lage (23) eingebettet ist, wobei die zweite Lage eine Dicke im Bereich des 2-fachen bis 4-fachen der Abmessung (d) des Rohres oder Schlauches (26) entlang eines Kabelradius hat, und die Dicke der zweiten Lage derart ist, daß verhindert wird, daß das Rohr oder der Schlauch während der Verlegung des Kabels durch die äußere Bewehrung zusammengedrückt wird und daß die Kompaktheit der äußeren Bewehrung aufrechterhalten wird.
2. Unterwasserkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder, aus denen die radial äußere zweite Lage gebildet ist, Jutebänder sind, und die Dicke der zweiten Lage gebildet ist durch Jutebänder im Bereich zwischen dem 2- fachen und dem 3-fachen der Abmessung (d) des Rohres oder Schlauches (26) entlang eines Kabelradius.
3. Unterwasserkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr oder der Schlauch (26) aus rostfreiem Stahl gebildet ist.
4. Unterwasserkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr oder der Schlauch (26) aus Kunststoffmaterial gebildet ist.
5. Unterwasserkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr oder der Schlauch (26) aus einer Metalllegierung gebildet ist, die einen Young'schen Elastizitätsmodul von nicht kleiner als 186,4x10&sup9;Pa (19.000 Kg/mm²) und eine Grenze des elastischen Nachgebens von 0,8 hat.
6. Unterwasserkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Bewehrung (24) aus wenigstens einem Kreisring aus mechanisch widerstandsfähigen langgestreckten Elementen (25) gebildet ist, die kreisförmigen Querschnitt haben.
7. Unterwasserkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Bewehrung (24) aus wenigstens einem Kreisring aus mechanisch widerstandsfähigen langgestreckten Elementen gebildet ist, deren Querschnitt als ein Streifen oder ein Keilstein gestaltet ist.
8. Unterwasserkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr oder der Schlauch (26) derart positioniert ist, daß eine seiner Querachsen im wesentlichen auf einem Radius des Kabels liegt, der durch den gemeinsamen Tangentenpunkt zweier benachbarter Elemente der mechanisch widerstandsfähigen langgestreckten Elemente (25) hindurchgeht, die kreisförmigen Querschnitt haben.
9. Unterwasserkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr oder der Schlauch (26) sich entlang des Kabels schraubenlinienförmig mit einer Steigung erstreckt, die im wesentlichen gleich der Steigung der Wendel ist, die von den mechanisch widerstandsfähigen langgestreckten Elementen (25) mit kreisförmigem Querschnitt beschrieben ist.
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