WO2023128506A1 - 해저 광케이블 - Google Patents

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WO2023128506A1
WO2023128506A1 PCT/KR2022/021290 KR2022021290W WO2023128506A1 WO 2023128506 A1 WO2023128506 A1 WO 2023128506A1 KR 2022021290 W KR2022021290 W KR 2022021290W WO 2023128506 A1 WO2023128506 A1 WO 2023128506A1
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WO
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optical cable
layer
armor
submarine
optical fiber
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PCT/KR2022/021290
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English (en)
French (fr)
Inventor
이만수
Original Assignee
엘에스전선 주식회사
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    • G—PHYSICS
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a submarine optical cable. More specifically, the present invention relates to a submarine optical cable with improved maintenance workability even when the cable is damaged or the like is installed in an underwater environment such as the seabed.
  • the submarine optical cable refers to an optical cable installed in a deep underwater environment such as the seabed.
  • the submarine optical cable has a relatively small diameter and weight compared to submarine power cables, so that continuous flow may occur due to currents in the submarine environment, and there is a risk of being easily damaged when dragged by a ship anchor.
  • a submarine optical cable is provided with a plurality of optical fibers, and a method in which the plurality of optical fibers are grouped with a binder or the like and accommodated has been applied.
  • the efficiency of the repair work is greatly reduced.
  • the decrease in efficiency of the maintenance work may be further aggravated as the number of fiber optic cores of the submarine optical cable increases.
  • the present invention provides a submarine optical cable. More specifically, an object of the present invention is to provide a submarine optical cable with improved maintenance workability even when the cable is damaged or the like is installed in an underwater environment such as the seabed.
  • the present invention is at least one optical fiber bundle each composed of a plurality of optical fibers; a tube member accommodating the optical fiber bundle; a sheath layer surrounding the outside of the tube member; an armor layer composed of a plurality of armor members disposed outside the sheath layer and composed of at least one layer; and a serving layer disposed outside the armor layer, wherein a conductive tube made of a metal material is further provided outside the tube member, the conductive tube has a thickness of 0.1 mm to 0.6 mm, and a resistance value per unit length is It is possible to provide a submarine optical cable characterized in that 4 ⁇ / km to 7 ⁇ / km.
  • the optical fiber bundle may be an optical fiber ribbon in which a plurality of optical fibers are bonded together.
  • the optical fiber ribbon may be a rollable optical fiber ribbon capable of being rolled in a width direction.
  • the total number of optical fibers constituting the plurality of optical fiber bundles may be 288 cores or less.
  • the tube member may be a stainless steel tube.
  • a thixotropic filler may be filled inside the tube member.
  • the sheath layer may be made of a high-density polyethylene material.
  • the armor layer may be made of a galvanized steel wire material, and may be disposed outside the sheath layer so that a plurality of steel wires circumscribe each other.
  • the diameter of the galvanized steel wire constituting the armor layer may be 3 mm to 5 mm.
  • At least one of the plurality of armor members may be a power feeding armor member including a high pitch body, and the others may be rigidity reinforcing armor members.
  • the dielectric constant of the power feeding armor member may be three times or more of the rigidity reinforcing dielectric constant.
  • the power supply armor member may be entirely composed of a high-grade body, or the rigidity-reinforcing armor member may be coated with the high-grade body, or the high-grade body may be wrapped with an insulator.
  • a binding taping layer made of a plastic material for binding the armor layer may be further provided between the armor layer and the serving layer.
  • the serving layer may be composed of a polypropylene yarn member coated with asphalt resin.
  • the conductive tube may be configured by wrapping the outside of the tube member with a tape made of metal.
  • the present invention is the above-described submarine optical cable; a signal generator connected to one end of the submarine optical cable and injecting a first signal into the conductive tube; and a signal detector connected to the other end of the submarine optical cable to detect a second signal from the conductive tube.
  • the signal detector may be located on the sea.
  • the first signal may be an alternating current (AC) electric tone signal
  • the second signal may be an electric or magnetic signal
  • the optical fiber bundle is configured in the form of at least one optical fiber ribbon, collective optical connection for each ribbon is possible in the repair work when the submarine optical cable is disconnected, and thus the workability of the repair work can be improved.
  • the optical fiber bundle is composed of a rollable optical fiber ribbon capable of rolling in the width direction, it is easy to construct a multi-core optical cable by efficiently using the space inside the tube member.
  • a conductive tube made of metal is further provided outside the tube member to be used as a communication line for detecting an accident point when the submarine optical cable is disconnected.
  • FIG. 1 shows a multi-stage stripping diagram of one embodiment of a submarine optical cable according to the present invention.
  • Figure 2 shows a cross-sectional view of the submarine optical cable according to the present invention shown in Figure 1;
  • FIG 3 shows a cross-sectional view of another embodiment of a submarine optical cable according to the present invention.
  • FIG. 1 shows a multi-stage stripped view of one embodiment of a submarine optical cable 100 according to the present invention
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the submarine optical cable 100 according to the present invention shown in FIG. 1
  • FIG. A cross-sectional view of another embodiment of the submarine optical cable according to the present invention is shown.
  • the submarine optical cable 100 has a structure designed to quickly perform maintenance work even when disconnection or damage occurs due to the continuous flow phenomenon of the submarine environment in which the cable is laid, traction by a ship anchor, etc. to be characterized
  • the submarine optical cable 100 includes at least one optical fiber bundle 10 composed of a plurality of optical fibers 11; a tube member 20 accommodating the optical fiber bundle; a sheath layer 40 surrounding the outside of the tube member; an armor layer 50 composed of a plurality of armor members disposed outside the sheath layer 40 and composed of at least one layer; and a serving layer 70 disposed outside the armor layer.
  • the optical fiber bundle 10 is accommodated in the center, and the optical fiber bundle 10 may be an optical fiber ribbon in which a plurality of optical fibers 11 are joined side by side.
  • An optical fiber ribbon may be constructed by placing optical fibers side by side and splicing adjacent optical fibers.
  • 12 optical fiber ribbons composed of 12 optical fibers 11 are provided inside the tube member 20, and a total of 144 optical fiber 11 core wires are provided. It can be.
  • 4 optical fiber ribbons composed of 12 optical fibers 11 are provided inside the tube member 20, and a total of 48 optical fiber 11 core wires are provided.
  • the total number of optical fiber core wires can be variously changed according to the installation environment of the submarine optical cable, the size of the communication network, or the cable diameter.
  • the optical fiber bundle 10 is composed of an optical fiber ribbon
  • the 12-core optical fibers 11 constituting the optical fiber ribbon can be collectively connected, so that the maintenance work of the optical cable is quick. can be done
  • identification mark is marked on the surface of the optical fiber ribbon constituting each of the optical fiber bundles 10 to identify the optical fiber bundle 10 during the maintenance work of the submarine optical cable. can be done easily
  • the optical fiber bundle 10 is not limited to being composed of an optical fiber ribbon, and the optical fiber ribbon may be composed of a rollable optical fiber ribbon capable of being rolled in the width direction. If the optical fiber ribbon is configured as a rollable optical fiber ribbon, the total number of optical fibers that can be accommodated inside the tube member of the same inner diameter is increased to configure a large-capacity optical cable so that the space inside the tube member 20 or the optical cable can be efficiently used, and the optical cable It has the effect of minimizing the overall outer diameter.
  • each optical fiber 11 may be intermittently bonded to another adjacent optical fiber in the longitudinal direction, and rolled in the width direction to form a C-shape or an O-shape to form a rollable optical fiber ribbon.
  • the optical fiber 11 constituting the optical fiber bundle 10 includes a double cylindrical structure in which a part called a cladding surrounds a part called a core in the center, and here, the core ) uses a glass optical fiber made of silica with a high refractive index, and the cladding uses glass or synthetic resin made of silica with a relatively lower refractive index than the core, so that light passing through the center is subject to total reflection It is implemented to play a role in transmitting a signal by making it happen.
  • the optical fiber 11 constituting the optical fiber bundle 10 may use a narrow optical fiber having an outer diameter of 180 micrometers to 220 micrometers ( ⁇ m) or a general optical fiber having an outer diameter of 230 micrometers to 270 micrometers ( ⁇ m).
  • the tube member 20 is made of a metal material having high rigidity to stably accommodate the optical fiber bundle 10 from the high water pressure of the harsh seabed environment, for example, the tube member 20 is made of a stainless steel tube It may be configured, and the inner diameter of the tube member 20 may be 3.3 mm to 3.5 mm.
  • a filler may be filled inside the tube member 20 .
  • the filler of the tube member 20 is a thixotropic filler, that is, when a certain amount of shear force is applied to the tube member 20, the viscosity decreases and has fluidity, and when the shear force decreases, the viscosity increases again to improve fluidity It is composed of a degrading gel or liquid filler to protect the optical fiber.
  • the filling rate of the tube member 20 may be about 80%.
  • a conductive tube made of metal is further provided outside the tube member 20, so that it can be used as a communication line for detecting an accident point when the optical cable is disconnected.
  • the conductive tube 30 may be configured by wrapping a tape made of a metal having excellent conductivity on the outside of the tube member 20 .
  • the conductive tube 30 may be attached to the outer circumferential surface of the tube member 20 by wrapping a metal adhesive tape coated with an adhesive layer made of a polymer on a metal layer or by wrapping a metal tape on the outside of a hot melt adhesive.
  • the metal layer may include a copper or aluminum material
  • the base resin of the adhesive layer and the hot melt may be ethylene acrylic acid (EAA), ethylene vinyl acetate (EVA), or ethylene butyl acrylate (EBA).
  • an optical cable can check connection loss by using an OTDR (Optical time domain reflectometer) method and detect damage by measuring its length. Since information changes in real time, the OTDR method using length information has limitations in smoothly detecting whether or not an optical cable is damaged.
  • OTDR Optical time domain reflectometer
  • the submarine optical cable 100 uses an electrode toning signal from the conductive tube 30 to detect stress and damage locations applied to the optical cable. there is.
  • a first signal which is an alternating current (AC) tone signal generated by a signal generator (not shown) is injected through the conductive tube 30 at one end of the submarine cable located on the ground
  • a signal detector (not shown) connected to the other end of the submarine cable located on the laying ship of the signal receives a second signal, which is an electric or magnetic signal by the AC tone signal, to detect stress and damage points applied to the optical cable.
  • the stress applied to the optical cable is detected when the optical cable is sunk to the sea floor or raised to the sea during installation or repair work of the optical cable.
  • the resistance value of the conductive tube 30 may be 4 ⁇ /km to 7 ⁇ /km. If the resistance value of the conductive tube 30 is less than 4 ⁇ /km, it becomes difficult to perform the detection function due to test signal attenuation in the long-lined submarine cable, and if the resistance value is greater than 7 ⁇ /km, the conductive tube 30 ) increases, which leads to an increase in the outer diameter and weight of the cable, which can become a constraint that hinders smooth operation during installation, operation, and maintenance of submarine optical cables.
  • a preferred thickness of the conductive tube 30 satisfying this requirement may be 0.1 mm to 0.6 mm.
  • the sheath layer 40 is provided to surround the outside of the conductive tube 30, and the sheath layer 40 In order to prevent damage to the optical fiber 11 even when friction occurs due to algae, it may be made of a polymer material having high hardness, for example, a high-density polyethylene material.
  • the sheath layer 40 may have a thickness of 3.0 mm to 3.5 mm.
  • the sheath layer 40 may also serve as an insulating layer.
  • An armor layer 50 is disposed on the outside of the sheath layer 40, and the armor layer 50 improves the overall mechanical strength, tensile force and weight of the optical cable to form an internal structure such as an optical fiber bundle and a tube member in a harsh environment on the seabed. It plays a role in stably protecting the elements.
  • the armor layer 50 may be composed of a plurality of armor members, and the plurality of armor members may be composed of a single layer outside the sheath layer 40 or may be composed of two or more layers.
  • the submarine optical cable 100 of the present invention shown in FIG. 2 shows an embodiment in which the armor layer 50 is formed of a single layer outside the sheath layer 40.
  • the submarine optical cable having the armor layer 50 as a single layer can provide a sufficient armor function when laid in a submarine environment with a water depth of 1,000 meters (m) to 3,000 meters (m).
  • the submarine optical cable 100 of the present invention in which the armor layer 50 shown in FIG. 2 is composed of a single layer may have a total outer diameter of 20 mm to 23 mm.
  • the total weight per unit meter (m) of the optical cable may be 1.0 kg/m to 1.5 kg/m, and the breaking load of the optical cable may be 140 kN to 180 kN.
  • the thickness of the armor layer 50 needs to be increased because the risk of damage to the optical cable by a ship's anchor, fishing net, or fishing boat increases as the water depth of the seafloor is shallow.
  • the submarine optical cable 100 of the present invention shown in FIG. 3 shows another embodiment in which the armor layer 50 on the outside of the sheath layer 40 is composed of two layers.
  • the two armor layers 50 include a first armor layer 50a in which 12 armor members are disposed on the outside of the sheath layer 40 and 18 armor members are disposed on the outside of the first armor layer. It may be composed of the second armor layer 50b.
  • the submarine optical cable in which the armor layer 50 is provided in two layers can be laid in a submarine environment with a water depth of 100 meters (m) or less.
  • the submarine optical cable 100 of the present invention in which the armor layer 50 shown in FIG. 3 is composed of two layers may have a total outer diameter of 25 mm to 30 mm.
  • the total weight per unit meter (m) of the optical cable may be 2.4 kg/m to 2.8 kg/m, and the breaking load of the optical cable may be 400 kN to 420 kN.
  • the plurality of armor members constituting the armor layer 50 may be made of a metal material that is resistant to corrosion, for example, steel, galvanized steel, copper, brass, bronze, etc., and preferably, the armor layer 50
  • the constituting armor member may be made of a galvanized steel wire material having a thickness of 3 mm to a diameter of 5 mm.
  • the galvanized steel wire constituting the armor layer 50 is illustrated as having a circular cross section, the armor layer 50 includes a galvanized steel wire having a circular or flat cross section on the outer side of the sheath layer 40. It can be configured by crossing over.
  • the plurality of galvanized steel wires constituting the armor layer 50 are disposed outside the sheath layer 40 so as to circumscribe each other to minimize the overall outer diameter of the optical cable and minimize the empty space between the plurality of galvanized steel wires. This can prevent metal corrosion.
  • a highly viscous semi-solid material such as asphalt is used to prevent penetration of moisture and hydrogen and corrosion of the armor layer 50. can be distributed.
  • At least one of the plurality of armor members constituting the armor layer 50 may be an armor member for power supply made of a high-level material containing copper or the like, and the remaining armor members may be armor members for rigidity reinforcement.
  • the armor member for power supply may be entirely composed of a high-grade body, or an armor member for rigidity reinforcement may be coated with the high-grade body, or the high-grade body may be wrapped with an insulator.
  • the armor member for power supply constituting the armor layer 50 provides a function of detecting stress and breakage points applied to the optical cable in the same way as the function of the conductive tube 30, or repeater power for optical communication signal amplification It can be used as a power supply medium.
  • the power supply armor member may have a conductivity three times higher than that of the other rigidity reinforcing armor members.
  • a binding taping layer 60 made of plastic for binding the armor layer 50 may be further provided between the armor layer 50 and the serving layer 70 .
  • the serving layer 70 and the armor layer 50 may be coated with asphalt or the like, but when the submarine optical cable 100 is laid on the sea floor for a long period of time, the coated asphalt or the like is dissolved in seawater or lost. Therefore, the binding taping layer 60 may be additionally provided between the serving layer 70 and the armor layer 50 to improve waterproof performance.
  • the armor layer 50 constituting the submarine optical cable 100 according to the present invention when provided as a single layer outside the sheath layer 40, the outside of the armor layer 50 A binding taping layer 60 may be provided.
  • the binding taping layer 60 Two may be provided to protect each armor layer.
  • the first binding taping layer 60 is provided between the first armor layer 60a and the second armor layer 60b
  • the second binding taping layer 60b is the second armor layer ( It may be provided between 60b) and the serving layer 70.
  • One or more serving layers 70 may be provided on the outer side of the armor layer 50 as an exterior of an optical cable.
  • the serving layer 70 may be composed of a yarn member made of polypropylene, and asphalt resin may be applied to the surface of the propylene yarn to further improve adhesion and water-repellent properties.
  • the serving layer 70 includes a first serving layer 71 composed of polypropylene yarn members of a first color and a second serving layer 73 composed of polypropylene yarn members of a second color, It is possible to secure the visibility of the laid optical cable.
  • the submarine optical cable 1000 includes at least one armor layer 50 and a serving layer 70 provided outside the armor layer 50, so that resistance to twisting, bending resistance, twisting resistance, tensile strength, etc. improves the physical properties of the submarine optical cable, and at the same time, it has excellent long-term reliability of the optical cable by preventing corrosion and hydrogen permeation caused by moisture.

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Abstract

본 발명은 해저 등의 수중 환경에 설치되어 케이블의 손상 등이 발생되는 경우에도 유지 보수 작업성을 향상시키기 위해, 복수 개의 광섬유로 각각 구성된 적어도 하나의 광섬유 번들, 상기 광섬유 번들을 수용하는 튜브부재, 상기 튜브부재 외측을 감싸는 쉬스층, 상기 쉬스층 외측에 배치되는 복수 개의 아머부재로 구성되며 적어도 1층 이상으로 구성되는 아머층, 및 상기 아머층 외측에 배치되는 써빙층을 포함하고, 상기 튜브부재 외측에 금속 재질로 구성된 도전튜브가 더 구비되고, 상기 도전튜브의 두께는 0.1mm 내지 0.6mm 이며, 단위 길이당 저항값은 4Ω/km 내지 7Ω/km인 구성을 가지는 해저 광케이블에 관한 것이다.

Description

해저 광케이블
본 발명은 해저 광케이블에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 해저 등의 수중 환경에 설치되어 케이블의 손상 등이 발생되는 경우에도 유지 보수 작업성이 향상된 해저 광케이블에 관한 것이다.
최근, 국가간 또는 육지와 도서지역을 연결하는 대용량 광통신망의 보급이 확대됨에 따라 해저 광케이블의 수요가 증가하고 있다. 해저 광케이블은 해저 등의 깊은 수중 환경에 포설되는 광케이블을 의미한다.
해저 광케이블은 해저 전력 케이블에 비해 직경과 무게가 비교적 작아 해저 환경에서 조류 등에 의하여 지속적인 유동이 발생될 수 있고, 선박 닻 등에 걸려 끌리는 경우 쉽게 파손될 수 있는 위험성이 있다.
한편, 해저 광케이블에 단선이 발생되는 경우 해저 케이블을 선박 등에서 끌어올려 파손 부위를 보수하기 위한 보수 작업이 수행되어야 한다.
종래, 해저 광케이블은 다수의 광섬유가 구비되고, 다수의 광섬유가 바인더 등으로 그룹화 되어 수용되는 방식이 적용되었다. 그러나 해저 광케이블의 단선이 발생되는 보수 작업 과정에서 각각의 광섬유는 광섬유 별로 접속이 되어야 하므로 보수 작업의 효율성이 크게 저하되는 문제가 발생한다. 이러한 보수 작업의 효율성 저하는 해저 광케이블의 광섬유 심선이 증가할수록 더욱 악화될 수 있다.
따라서, 종래와 같이 다수의 광섬유를 구비 가능하면서도, 해저 등의 수중 환경에 설치되어 케이블의 손상 등이 발생되는 경우 유지 보수 작업성이 향상된 해저 광케이블에 관한 요구가 증가하고 있다.
본 발명은 해저 광케이블을 제공한다. 보다 상세하게, 본 발명은 해저 등의 수중 환경에 설치되어 케이블의 손상 등이 발생되는 경우에도 유지 보수 작업성이 향상된 해저 광케이블을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 복수 개의 광섬유로 각각 구성된 적어도 하나의 광섬유 번들; 상기 광섬유 번들을 수용하는 튜브부재; 상기 튜브부재 외측을 감싸는 쉬스층; 상기 쉬스층 외측에 배치되는 복수 개의 아머부재로 구성되며 적어도 1층 이상으로 구성되는 아머층; 및 상기 아머층 외측에 배치되는 써빙층;을 포함하고, 상기 튜브부재 외측에 금속 재질로 구성된 도전튜브가 더 구비되고, 상기 도전튜브의 두께는 0.1 mm 내지 0.6 mm 이며, 단위 길이당 저항값은 4 Ω/km 내지 7 Ω/km 인 것을 특징으로 하는 해저 광케이블을 제공할 수 있다.
또한, 상기 광섬유 번들은 복수 개의 광섬유를 접합한 광섬유 리본일 수 있다.
그리고, 상기 광섬유 리본은 폭방향 롤링이 가능한 롤러블 광섬유 리본일 수 있다.
여기서, 복수 개의 광섬유 번들을 구성하는 광섬유는 총 288심 이하일 수 있다.
이 경우, 상기 튜브부재는 스테인리스 스틸 튜브일 수 있다.
그리고, 상기 튜브부재 내측에 틱소트로픽(Thixotropic) 충진재가 충진될 수 있다.
또한, 상기 쉬스층은 고밀도 폴리에틸렌 재질로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 아머층은 아연도금 스틸 와이어 재질로 구성되며, 복수 개의 스틸 와이어가 상호 외접하도록 상기 쉬스층 외측에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 아머층을 구성하는 아연도금 스틸 와이어의 직경은 3 mm 내지 5 mm일 수 있다.
이 경우, 상기 복수 개의 아머부재 중 적어도 하나는 고도전체를 포함하는 급전 아머부재이고, 나머지는 강성보강 아머부재일 수 있다.
그리고, 상기 급전 아머부재의 유전율은 강성보강 유전율의 3배 이상일 수 있다.
또한, 상기 급전 아머부재는 전체가 고도전체로 구성되거나, 상기 강성보강 아머부재가 상기 고도전체로 코팅되거나 또는 상기 고도전체를 절연체로 감싼 형태일 수 있다.
그리고, 상기 아머층과 상기 써빙층 사이에 상기 아머층을 바인딩하기 위한 플라스틱 재질의 바인딩 테이핑층이 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 써빙층은 아스팔트 수지가 도포된 폴리프로필렌 재질의 얀 부재로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 도전튜브는 금속 재질의 테이프로 튜브부재 외측을 랩핑하는 방법으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전술한 해저 광케이블; 상기 해저 광케이블의 일단에 연결되어 상기 도전튜브에 제1 신호를 주입하는 신호 생성기; 및 상기 해저 광케이블의 타단에 연결되어 상기 도전튜브로부터 제2 신호를 검출하는 신호 검출기;를 포함하는 해저 케이블 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 신호 검출기는 해상에 위치할 수 있다.
그리고, 상기 제1 신호는 교류(AC) 전기 톤 신호이고, 상기 제2 신호는 전기 또는 자기 신호일 수 있다.
본 발명에 따른 해저 광케이블에 의하면, 광섬유 번들이 적어도 하나의 광섬유 리본 형태로 구성되어, 상기 해저 광케이블의 단선 시 보수 작업에서 리본별 일괄 광 접속이 가능하게 되어 보수 작업의 작업성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 해저 광케이블에 의하면, 광섬유 번들이 폭방향 롤링이 가능한 롤러블 광섬유 리본으로 구성되어, 튜브부재 내부 공간을 효율적으로 사용하여 다심 광케이블을 구성하기 용이하다.
또한, 본 발명에 따른 해저 광케이블에 의하면, 튜브부재 외측에 금속재질의 도전튜브가 더 구비되어 상기 해저 광케이블 단선시 사고지점 검출을 위한 통신라인으로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 해저 광케이블의 하나의 실시예의 다단 탈피도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 해저 광케이블의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 해저 광케이블의 다른 실시예의 단면도를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 해저 광케이블(100)의 하나의 실시예의 다단 탈피도를 도시하고, 도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 해저 광케이블(100)의 단면도를 도시하고, 도 3은 본 발명에 따른 해저 광케이블의 다른 실시예의 단면도를 도시한다.
본 발명에 따른 해저 광케이블(100)은 케이블의 포설되는 해저 환경의 지속적인 유동 현상, 선박 닻 등에 의한 견인 등에 의해 단선이나 파손이 발생되는 경우에도 유지 보수 작업성이 신속하게 이루어지도록 설계된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 해저 광케이블(100)은 복수 개의 광섬유(11)로 구성된 적어도 하나의 광섬유 번들(10); 상기 광섬유 번들을 수용하는 튜브부재(20); 상기 튜브부재 외측을 감싸는 쉬스층(40); 상기 쉬스층(40) 외측에 배치되는 복수 개의 아머부재로 구성되며 적어도 1층 이상으로 구성되는 아머층(50); 및 상기 아머층 외측에 배치되는 써빙층(70);을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 해저 광케이블(100)은 중심부에 적어도 하나의 광섬유 번들(10)이 수용되고, 상기 광섬유 번들(10)은 복수 개의 광섬유(11)를 나란하게 접합한 광섬유 리본일 수 있다. 광섬유 리본은 광섬유를 나란히 배치하고 인접한 광섬유를 접합하여 구성할 수 있다.
일 실시예로, 도 2에 도시된 해저 광케이블(100)은 상기 튜브부재(20) 내부에 12개의 광섬유(11)로 구성되는 광섬유 리본이 12개가 구비되어 총 144개의 광섬유(11) 심선이 구비될 수 있다. 다른 실시예로, 도 3에 도시된 해저 광케이블(100)은 상기 튜브부재(20) 내부에 12개의 광섬유(11)로 구성되는 광섬유 리본이 4개가 구비되어 총 48개 광섬유(11) 심선이 구비되는 실시예를 도시하나, 해저 광케이블의 포설 환경, 통신망 규모 또는 케이블 직경에 따라 전체 광섬유 심선의 수는 다양하게 변경 가능하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 해저 광케이블(100)은 상기 광섬유 번들(10)을 광섬유 리본으로 구성함에 따라 상기 광섬유 리본을 구성하는 12심 광섬유(11)를 일괄 접속 가능하여 광케이블을 유지 보수 작업이 신속하게 이루어질 수 있다.
그리고, 유지 또는 보수 작업의 작업 효율을 위하여, 각각의 상기 광섬유 번들(10)을 구성하는 광섬유 리본은 표면 상에 식별 표시를 마킹 처리하여 해저 광케이블의 유지 보수 작업시 광섬유 번들(10)의 식별을 용이하게 할 수 있다.
더 나아가, 상기 광섬유 번들(10)은 광섬유 리본으로 구성됨에 그치지 않고, 광섬유 리본은 폭방향 롤링이 가능한 롤러블(rollable) 광섬유 리본으로 구성될 수 있다. 광섬유 리본을 롤러블 광섬유 리본으로 구성하면 동일한 내경의 튜브부재 내부에 수용될 수 있는 전체 광섬유의 수를 증가시켜 대용량 광케이블을 구성하여 튜브부재(20) 또는 광케이블 내부 공간을 효율적으로 사용할 수 있고, 광케이블 전체 외경을 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
상기 롤러블 광섬유 리본은 각각의 광섬유(11)는 인접한 다른 광섬유와 길이방향으로 간헐적으로 접합하고, C자형 또는 O자형이 되도록 폭방향으로 말아 롤러블 광섬유 리본을 구성할 수 있다.
그리고 상기 광섬유 번들(10)을 구성하는 광섬유(11)는 통상 중앙의 코어(core)라고 하는 부분을 주변에서 클래딩(cladding)이라고 하는 부분이 감싸고 있는 이중 원기둥 구조를 포함하고, 여기서 상기 코어(core)는 굴절률이 높은 실리카 재질의 유리 광섬유를 사용하고, 상기 클래딩(cladding)은 상기 코어(core) 보다 상대적으로 굴절률이 낮은 실리카 재질의 유리 또는 합성수지 등을 사용함으로써, 중심부를 통과하는 빛이 전반사가 일어나도록 하여 신호를 전송하는 역할을 하도록 구현한다.
상기 광섬유 번들(10)을 구성하는 상기 광섬유(11)는 외경이 180 마이크로미터 내지 220 마이크로미터(㎛)인 세경 광섬유 또는 230 마이크로미터 내지 270 마이크로미터(㎛)인 일반 광섬유를 사용할 수 있다.
상기 튜브부재(20)는 가혹한 해저 환경의 높은 수압으로부터 상기 광섬유 번들(10)을 안정적으로 수용하기 위하여 강성이 높은 금속 재질, 예를 들면 상기 튜브부재(20)는 스테인레스 스틸(stainless steel) 재질 튜브로 구성될 수 있고, 상기 튜브부재(20)의 내경은 3.3 mm 내지 3.5 mm일 수 있다.
또한, 상기 튜브부재(20)는 내부에 충진제가 충진될 수 있다. 상기 튜브부재(20)의 충진재는 틱소트로픽(thixotropic) 충진재, 즉 상기 튜브부재(20)로 일정 크기의 전단력이 가해지면 점성도가 감소하여 유동성을 지니고, 전단력이 감소하면 점성도가 다시 증가하여 유동성이 저하되는 겔 또는 액체 상태의 충진재로 구성되어 광섬유를 보호할 수 있다. 상기 튜브부재(20)의 충진율은 약 80%일 수 있다.
본 발명에 따른 해저 광케이블(100)은 튜브부재(20) 외측에 금속재질의 도전튜브가 더 구비되어 광케이블 단선시 사고지점 검출을 위한 통신라인으로 활용할 수도 있다.
상기 도전튜브(30)는 도전율이 우수한 금속 재질의 테이프를 상기 튜브부재(20) 외측에 랩핑하여 구성할 수 있다. 일 실시예로, 상기 도전튜브(30)는 금속층에 폴리머로 이루어지는 접착제층이 코팅된 금속 접착 테이프를 랩핑하거나, 핫멜트 접착제 외측에 금속 테이프를 랩핑하여 상기 튜브부재(20) 외주면에 접착될 수 있다. 이때 상기 금속층은 구리, 알루미늄 재질을 포함할 수 있고, 상기 접착제층, 핫멜트의 베이스 수지는 에틸렌 아크릴산(EAA), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 부틸 아크릴레이트(EBA) 일 수 있다.
일반적으로, 광케이블은 OTDR(Optical time domain reflectometer) 방법으로 접속 손실을 확인하고 길이를 측정하여 손상 여부를 검출할 수 있으나, 본 발명과 같이 해저에 포설되는 해저 광케이블(100)의 경우 해류에 의해 신호 정보가 실시간으로 변동하므로 길이 정보를 이용하는 OTDR 방법으로는 광케이블의 손상 여부를 원활하게 검출할 수 없는 한계가 있다.
따라서, 본 발명에 따른 해저 광케이블(100)은 상기와 같은 문제를 해결하고자, 상기 도전튜브(30)에서 전극 톤 신호(electrode toning signal)를 이용하여 광케이블에 가해지는 스트레스 및 파손 위치를 검출할 수 있다.
해저 광케이블의 해상 포설 또는 수리 작업시 지상에 위치한 상기 해저 케이블의 일단에서 상기 도전튜브(30)를 통해 신호 생성기(미도시)에서 생성된 교류(AC) 톤 신호인 제1 신호를 주입하고, 해상의 포설선에 위치한 상기 해저 케이블의 타단에 연결된 신호 검출기(미도시)에서 상기 교류 톤 신호에 의한 전기 또는 자기 신호인 제2 신호를 수신하여 광케이블에 가해지는 스트레스 및 파손 지점을 검출할 수 있게 된다.
특히 광케이블에 가해지는 스트레스 검출은 상기 광케이블의 설치 또는 수리 작업시 상기 광케이블을 해저로 가라앉히거나 해상으로 끌어올릴 때 상기 광케이블이 적정한 인장력(NTTS, Nominal Transient Tensile Strength) 범위 내에서 작업할 수 있는 데이터로 활용될 수 있다.
상기 도전튜브(30)의 저항값은 4 Ω/km 내지 7 Ω/km 일 수 있다. 상기 도전튜브(30)의 저항값이 4 Ω/km 보다 작으면 장선화된 해저 케이블에서 테스트 신호 감쇄로 인한 상기 검출 기능을 수행하기 어렵게 되고, 저항값이 7 Ω/km 보다 크면 상기 도전튜브(30)의 두께가 증가되고 이는 케이블 외경 및 무게의 증가로 이어져 해저 광케이블의 설치, 운영 및 유지보수 시 원활한 작업을 방해하는 제약 사항이 될 수 있다. 이를 만족하는 바람직한 상기 도전튜브(30)의 두께는 0.1 mm 내지 0.6 mm 일 수 있다.상기 쉬스층(40)은 상기 도전튜브(30)의 외측을 감싸도록 구비되며, 상기 쉬스층(40)은 조류 등에 의한 마찰 발생 시에도 상기 광섬유(11)의 손상을 방지하기 위하여 경도가 높은 고분자 재질, 예를 들면 고밀도 폴리에틸렌 재질로 구성될 수 있다. 상기 쉬스층(40)의 두께는 3.0 mm 내지 3.5 mm일 수 있다.
상기 튜브부재(20) 외측에 케이블 단선 위치 파악을 위한 도전튜브(30)가 구비되는 경우 상기 쉬스층(40)는 절연층으로서도 역할할 수 있다.
상기 쉬스층(40) 외측에는 아머층(50)이 배치되고, 상기 아머층(50)은 광케이블의 기계적 강도, 인장력 및 중량을 전체적으로 향상시켜 해저의 거친 환경에서 광섬유 번들과 튜브부재 등의 내부 구성요소들을 안정적으로 보호하는 역할을 수행한다.
상기 아머층(50)은 복수 개의 아머부재로 구성될 수 있고, 상기 복수 개의 아머부재는 쉬스층(40) 외측에 단일 층으로 구성되거나 2층 이상으로 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 본 발명의 해저 광케이블(100)은 상기 쉬스층(40) 외측에 상기 아머층(50)이 단일 층으로 구성된 실시예를 도시한다. 상기 아머층(50)이 단일 층으로 구비되는 상기 해저 광케이블은 수심이 1,000미터(m) 내지 3,000미터(m)인 해저 환경에 포설되는 경우 충분한 아머 기능을 제공할 수 있다.
도 2에 도시된 상기 아머층(50)이 단일 층으로 구성되는 본 발명의 해저 광케이블(100)은 전체 외경이 20 mm 내지 23 mm일 수 있다. 또한, 상기 광케이블의 단위 미터(m) 당 전체 중량은 1.0 kg/m 내지 1.5 kg/m 이고, 상기 광케이블의 파단 하중(breaking load)는 140kN 내지 180kN일 수 있다.
한편, 해저 광케이블은 포설되는 해저의 수심이 얕을수록 선박의 닻, 어망 또는 어선 등에 의하여 광케이블이 손상될 위험이 증가하기 때문에, 상기 아머층(50)의 두께가 증가될 필요가 있다.
도 3에 도시된 본 발명의 해저 광케이블(100)은 상기 쉬스층(40) 외측에 상기 아머층(50)이 2개 층으로 구성된 다른 실시예를 도시한다. 예를 들면, 상기 2개의 아머층(50)은 상기 쉬스층(40) 외측에 12개의 아머부재가 배치되는 제1 아머층(50a) 및 상기 제1 아머층 외측에 18개의 아머부재가 배치되는 제2 아머층(50b)으로 구성될 수 있다.
이와 같이, 상기 아머층(50)이 2개 층으로 구비되는 상기 해저 광케이블은 수심이 100 미터(m) 이하인 해저 환경에 포설될 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 상기 아머층(50)이 2개 층으로 구성되는 본 발명의 해저 광케이블(100)은 전체 외경이 25 mm 내지 30 mm일 수 있다. 또한, 상기 광케이블의 단위 미터(m) 당 전체 중량은 2.4 kg/m 내지 2.8 kg/m일 수 있고, 상기 광케이블의 파단 하중(breaking load)는 400kN 내지 420kN일 수 있다.
상기 아머층(50)을 구성하는 복수 개의 아머부재는 부식에 강한 금속 재질, 예를 들면 강철, 아연도금, 구리, 황동, 청동 등으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는, 상기 아머층(50)을 구성하는 아머부재는 두께가 직경은 3 mm 내지 5 mm인 아연도금 스틸 와이어 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 아머층(50)을 구성하는 아연도금 스틸 와이어는 그 단면이 원형인 것으로 도시되었으나 상기 아머층(50)은 단면이 원형 또는 평각형 등인 아연도금 스틸 와이어를 상기 쉬스층(40) 외측에 횡권하여 구성할 수 있다.
상기 아머층(50)을 구성하는 복수 개의 아연도금 스틸 와이어가 상호 외접하도록 상기 쉬스층(40) 외측에 배치되어 광케이블의 전체 외경을 최소화하고, 상기 복수 개의 아연도금 스틸 와이어 사이의 빈 공간을 최소화하여 금속 부식 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 아머층(50)을 구성하는 복수 개의 아머부재 사이의 빈 공간은 수분 및 수소의 침투 현상과 상기 아머층(50)의 부식 현상을 방지하기 위하여 아스팔트 등과 같이 점성이 매우 높은 반고체 물질을 도포할 수 있다.
한편, 상기 아머층(50)을 구성하는 복수 개의 아머부재 중 적어도 하나는 구리 등을 포함하는 고도전체로 이루어진 급전용 아머부재이고, 나머지 아머부재는 강성 보강용 아머부재일 수 있다. 상기 급전용 아머부재는 전체가 고도전체로 구성되거나, 강성보강용 아머부재가 상기 고도전체로 코팅 되거나, 또는 상기 고도전체를 절연체로 감싼 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 아머층(50)을 구성하는 급전용 아머부재는 상기 도전튜브(30)의 기능과 동일하게 광케이블에 가해지는 스트레스 및 파손 지점을 검출하는 기능을 제공하거나 광통신 신호 증폭을 위한 중계기 전력 급전용 매체로 사용할 수 있다.
상기 급전용 아머부재는 나머지 강성보강용 아머부재 대비 3배 이상의 도전율을 가질 수 있다.
그리고, 상기 아머층(50)과 상기 써빙층(70) 사이에는 상기 아머층(50)을 바인딩 하기 위한 플라스틱 재질의 바인딩 테이핑층(60)이 더 구비될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 써빙층(70) 및 상기 아머층(50)은 아스팔트 등으로 도포될 수 있으나, 상기 해저 광케이블(100)이 장기간 해저에 포설되는 경우 도포된 아스팔트 등이 해수에 용해되거나 유실될 수 있으므로, 상기 바인딩 테이핑층(60)을 상기 써빙층(70)과 상기 아머층(50) 사이에 추가로 구비하여 방수 성능을 향상시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 해저 광케이블(100)을 구성하는 상기 아머층(50)이 상기 쉬스층(40) 외부에 단일 층으로 구비되는 경우, 상기 아머층(50) 외측에 바인딩 테이핑층(60)이 구비될 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 해저 광케이블(100)의 아머층(50)이 상기 쉬스층(40) 외부에 2개 층으로 구비되는 경우, 상기 바인딩 테이핑층(60)은 각각의 아머층을 보호하기 위하여 2개가 구비될 수 있다. 예를 들면, 제1 바인딩 테이핑층(60)은 상기 제1 아머층(60a)과 상기 제2 아머층(60b) 사이에 구비되고, 제2 바인딩 테이핑층(60b)은 상기 제2 아머층(60b)과 상기 써빙층(70) 사이에 구비될 수 있다.
상기 아머층(50)의 외측에 광케이블의 외장으로써 써빙층(70)이 1층 이상으로 구비될 수 있다. 상기 써빙층(70)은 폴리프로필렌(polypropylene) 재질의 얀 부재로 구성될 수 있으며, 상기 프로프로필렌 얀 표면에는 아스팔트 수지가 도포되어 접착력과 차수성을 추가로 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 써빙층(70)은 제1 색상의 폴리프로필렌 얀 부재로 구성되는 제1 써빙층(71) 및 제2 색상의 폴리프로필렌 얀 부재로 구성되는 제2 써빙층(73)을 포함하여 해저에서 포설된 광케이블의 가시성을 확보할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 해저 광케이블(1000)은 하나 이상의 아머층(50)과 상기 아머층(50) 외측에 구비되는 써빙층(70)을 포함함으로써 비틀림 저항성, 굴곡 저항성, 비틀림 저항성, 인장력 등의 물성이 향상하여 전체적으로 해저 광케이블의 포설성이 우수함과 동시에 수분에 의한 부식 현상 및 수소 침투를 방지하여 광케이블의 장기 신뢰성이 우수한 효과를 갖는다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

Claims (18)

  1. 복수 개의 광섬유로 각각 구성된 적어도 하나의 광섬유 번들;
    상기 광섬유 번들을 수용하는 튜브부재;
    상기 튜브부재 외측을 감싸는 쉬스층;
    상기 쉬스층 외측에 배치되는 복수 개의 아머부재로 구성되며 적어도 1층 이상으로 구성되는 아머층; 및
    상기 아머층 외측에 배치되는 써빙층;을 포함하고
    상기 튜브부재 외측에 금속 재질로 구성된 도전튜브가 더 구비되고,
    상기 도전튜브의 두께는 0.1 mm 내지 0.6 mm 이며, 단위 길이당 저항값은 4 Ω/km 내지 7 Ω/km 인 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유 번들은 복수 개의 광섬유를 접합한 광섬유 리본인 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광섬유 리본은 폭방향 롤링이 가능한 롤러블 광섬유 리본인 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  4. 제2항에 있어서,
    복수 개의 광섬유 번들을 구성하는 광섬유는 총 288심 이하인 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 튜브부재는 스테인리스 스틸 튜브인 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 튜브부재 내측에 틱소트로픽(Thixotropic) 충진재가 충진되는 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 쉬스층은 고밀도 폴리에틸렌 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 아머층은 아연도금 스틸 와이어 재질로 구성되며, 복수 개의 스틸 와이어가 상호 외접하도록 상기 쉬스층 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 아머층을 구성하는 아연도금 스틸 와이어의 직경은 3 mm 내지 5 mm 인 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 아머부재 중 적어도 하나는 고도전체를 포함하는 급전 아머부재이고, 나머지는 강성보강 아머부재인 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 급전 아머부재의 유전율은 강성보강 유전율의 3배 이상인 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 급전 아머부재는 전체가 고도전체로 구성되거나, 상기 강성보강 아머부재가 상기 고도전체로 코팅되거나 또는 상기 고도전체를 절연체로 감싼 형태인 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 아머층과 상기 써빙층 사이에 상기 아머층을 바인딩하기 위한 플라스틱 재질의 바인딩 테이핑층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 써빙층은 아스팔트 수지가 도포된 폴리프로필렌 재질의 얀 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 도전튜브는 금속 재질의 테이프로 튜브부재 외측을 랩핑하는 방법으로 구성되는 것을 특징으로 하는 해저 광케이블.
  16. 제1항의 해저 광케이블;
    상기 해저 광케이블의 일단에 연결되어 상기 도전튜브에 제1 신호를 주입하는 신호 생성기; 및
    상기 해저 광케이블의 타단에 연결되어 상기 도전튜브로부터 제2 신호를 검출하는 신호 검출기;를 포함하는 해저 케이블 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 신호 검출기는 해상에 위치하는 것을 특징으로 하는 해저 케이블 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 신호는 교류(AC) 전기 톤 신호이고, 상기 제2 신호는 전기 또는 자기 신호인 것을 특징으로 하는 해저 케이블 시스템.
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