ما الذي يجعل الكابلات البحرية ذات الجهد المتوسط ​​مختلفة عن الأنواع الأخرى؟

 

تم تصميم الكابلات البحرية ذات الجهد المتوسط ​​خصيصًا لنقل الطاقة تحت الماء. بالمقارنة مع الكابلات الأرضية القياسية، يجب أن تتحمل الكابلات البحرية الضغط الهيدروستاتيكي والتآكل والتأثير الميكانيكي والتعرض للرطوبة على المدى الطويل.

 

عادةً ما يتم تصميم الكابلات البحرية ذات الجهد المتوسط ​​إما في بناء أحادي النواة أو ثلاثي النواة اعتمادًا على متطلبات التثبيت وظروف المشروع.

 

الخصائص الهيكلية الرئيسية

تشتمل الكابلات البحرية ذات الجهد المتوسط ​​عادة على الطبقات التالية:

 

• الموصل (النحاس أو الألومنيوم، الفئة 2 أو الموصل المضغوط وفقًا للمواصفة IEC 60228)

• شاشة الموصل

• عزل XLPE (نوع مثبط شجرة الماء)

• شاشة العزل

• شاشة معدنية (أسلاك نحاسية أو شريط نحاسي)

• طبقات طولية مانعة للماء

• حاجز الماء الشعاعي (غمد الرصاص أو غمد الألومنيوم المموج)

• طبقة الفراش

• تدريع أسلاك الفولاذ مفردة أو مزدوجة

• طبقة التقديم الخارجية (PE أو PP)

 

تخدم كل طبقة غرضًا تقنيًا محددًا، مما يضمن الموثوقية الكهربائية والحماية الميكانيكية في ظل ظروف الغواصات.

 

تصميم ثلاثي النواة مقابل تصميم أحادي النواة

تُستخدم الكابلات البحرية ثلاثية النواة بشكل شائع لأنظمة التوزيع ثلاثية الطور ذات الجهد المتوسط. يقلل هذا التكوين من تعقيد التثبيت وهو مناسب لتطبيقات الطرق القريبة أو الأقصر.

 

للحصول على تصنيفات تيار أعلى أو مسافات نقل أطول، غالبًا ما تُفضل الكابلات البحرية أحادية النواة المثبتة في شكل ثلاثي الفصوص بسبب التبديد الحراري الأفضل وانخفاض التفاعل الكهرومغناطيسي.

 

اختيار العزل

إن مادة XLPE المثبطة لشجرة المياه هي المادة العازلة الأكثر استخدامًا للكابلات البحرية ذات الجهد المتوسط. وهو يقدم:

 

• قوة عازلة عالية

• أداء حراري ممتاز

• عمر خدمة طويل

• مقاومة جيدة لشيخوخة شجرة الماء

 

يمكن استخدام عزل EPR عندما تكون هناك حاجة إلى مرونة أعلى، ولكن يظل XLPE هو الخيار السائد لمعظم تطبيقات الطاقة البحرية.

 

نظام حماية المياه

على عكس الكابلات الأرضية، تتطلب الكابلات البحرية حماية مائية متعددة الطبقات:

 

• حجب الماء الطولي (أشرطة أو مسحوق تورم الماء)

• حاجز الماء الشعاعي (غمد الرصاص أو غمد الألومنيوم المموج)

• الخدمة الخارجية لحماية البيئة الإضافية

 

يمنع هذا الهيكل اختراق الرطوبة ويضمن الموثوقية التشغيلية على المدى الطويل.

 

الحماية الميكانيكية

يوفر التسليح بالأسلاك الفولاذية قوة شد لعمليات التمديد ويحمي من الأضرار الميكانيكية الخارجية مثل المراسي أو معدات الصيد أو تآكل قاع البحر.

 

غالبًا ما يستخدم التدريع المزدوج في المياه الضحلة أو المناطق عالية الخطورة.

 

مقارنة العزل: TR-XLPE مقابل EPR

تستخدم الكابلات البحرية ذات الجهد المتوسط ​​في المقام الأول نظامين للعزل: TR-XLPE (البولي إيثيلين المتشابك المقاوم للأشجار) وEPR (مطاط الإيثيلين البروبيلين).

كلتا المادتين مناسبتان للبيئات البحرية عند دمجهما مع أنظمة منع الماء المناسبة.

نوع العزل	المزايا	اعتبارات
TR-XLPE	خسائر عازلة منخفضة، قوة عازلة عالية، أداء حراري ممتاز، مقاومة قوية لشيخوخة شجرة الماء	مرونة أقل قليلاً مقارنة بـ EPR
إي بي آر	مرونة أعلى، مقاومة جيدة للإجهاد الميكانيكي، أداء عازل جيد	خسائر عازلة أعلى مقارنة بـ XLPE

في التصميم الحديث للكابل البحري MV، تم اعتماد TR-XLPE على نطاق واسع نظرًا لانخفاض خسائر العزل الكهربائي وأداء التقادم الممتاز على المدى الطويل.

من المهم ملاحظة أن الحماية من دخول المياه يتم تحقيقها من خلال أنظمة مخصصة لمنع تسرب المياه والأغلفة المعدنية بدلاً من المواد العازلة وحدها.

---

المواد الموصلة

 

يمكن أن تستخدم الكابلات البحرية ذات الجهد المتوسط ​​موصلات من النحاس أو الألومنيوم، حسب متطلبات المشروع.

 

الموصلات النحاسية

• الموصلية الكهربائية العالية

• مقطع عرضي أصغر للموصل لنفس التصنيف الحالي

• قوة الشد أعلى

• مناسبة للتطبيقات ذات التيار العالي

 

الموصلات الألومنيوم

• كثافة أقل (وزن أخف)

• فعالة من حيث التكلفة لنقل لمسافات طويلة

• يشيع استخدامها في تصدير مزارع الرياح البحرية وكابلات الصفيف

 

يعتمد الاختيار بين النحاس والألومنيوم على:

 

• التصنيف الحالي

• شروط التثبيت

• قيود وزن الكابل

• اعتبارات الميزانية

• المواصفات الفنية للمشروع

 

يضمن تصميم الموصل المناسب وممارسات التثبيت أداءً موثوقًا لكلا النوعين من الموصلات.

نظام منع المياه والتسليح

 

تتطلب الكابلات البحرية حماية شاملة للمياه لضمان الموثوقية على المدى الطويل تحت الضغط الهيدروستاتيكي.

 

يتم عادةً تحقيق حماية المياه في الكابلات البحرية ذات الجهد المتوسط ​​من خلال:

 

حجب المياه الطولي

 

يمنع هجرة المياه على طول محور الكابل في حالة تلف الغلاف.

 

تشمل الطرق الشائعة ما يلي:

 

• أشرطة قابلة للانتفاخ بالماء

• مسحوق مانع للماء

• خيوط قابلة للانتفاخ بالماء

• تورم الحبال

 

تتوسع هذه المواد عند ملامستها للماء وتغلق المنطقة المتضررة.

 

حاجز الماء الشعاعي

 

يمنع تسرب الماء من الخارج إلى داخل الكابل.

تتكون حواجز المياه الشعاعية عادةً من:

 

• غمد الرصاص

• غمد الألومنيوم المموج

 

توفر هذه الطبقات المعدنية مقاومة كاملة للماء ومقاومة للتآكل.

 

نظام التدريع

 

يوفر التدريع القوة الميكانيكية والحماية الخارجية.

 

تشمل الوظائف ما يلي:

• قوة الشد أثناء عمليات التمديد

• مقاومة التآكل في قاع البحر

• الحماية ضد أنشطة الصيد والمراسي

• مقاومة التأثير والسحق

 

أنواع التدريع:

• تدريع سلك واحد (SWA)

• تدريع الأسلاك المزدوجة (DWA)

 

يُستخدم التدريع المزدوج بشكل شائع في المياه الضحلة أو المناطق عالية الخطورة.

---

بناء الكابلات البحرية (MV)

الكابلات البحرية ذات الجهد المتوسط ​​هي أنظمة هندسية متعددة الطبقات. تؤدي كل طبقة وظيفة كهربائية أو ميكانيكية محددة.

طبقة	الوظيفة الفنية
موصل	يحمل موصل النحاس أو الألومنيوم (IEC 60228) تيارًا مقننًا
شاشة الموصل	طبقة شبه موصلة تتحكم في توزيع المجال الكهربائي وتزيل تركيز الإجهاد
العزل	يوفر عزل TR-XLPE أو EPR قوة عازلة وقدرة على تحمل الجهد
شاشة العزل	طبقة شبه موصلة تضمن مجالًا كهربائيًا موحدًا وواجهة للشاشة المعدنية
شاشة معدنية	توفر الأسلاك النحاسية أو الشريط النحاسي مسار تيار الخلل والدرع الكهرومغناطيسي
طبقة حجب المياه	يمنع هجرة المياه الطولية
حاجز الماء الشعاعي	غمد الرصاص أو غمد الألومنيوم المموج يضمن مقاومة الماء الشعاعي
طبقة الفراش	يوفر الفصل الميكانيكي والحماية قبل التدريع
التدريع	توفر دروع الأسلاك الفولاذية قوة الشد والحماية الميكانيكية
التقديم الخارجي	الطبقة الخارجية HDPE أو PP لحماية البيئة

 

 

اعتبارات هيكلية إضافية

تشتمل الكابلات البحرية عادة على طبقات هيكلية ووقائية إضافية مقارنة بالكابلات الأرضية من أجل تحمل:

• الضغط الهيدروستاتيكي

• التأثير الميكانيكي

• تآكل قاع البحر

• قوى الشد التثبيت

في بعض المشاريع، قد تقوم كابلات الطاقة البحرية بدمج وحدات الألياف الضوئية لأغراض الاتصالات والمراقبة.

تختلف الأقطار الخارجية للكابل وفقًا لمستوى الجهد وحجم الموصل ونوع الدرع، وقد تتجاوز 50 مم لتطبيقات الجهد المتوسط.

---

عناصر الحماية في الكابلات البحرية ذات الجهد المتوسط

تتطلب الكابلات البحرية أنظمة حماية شاملة لضمان عمر خدمة طويل في البيئات البحرية.

عنصر الحماية	الوظيفة الفنية
نظام العزل	يوفر TR-XLPE أو EPR قوة عازلة وأداء حراري
شاشة معدنية	يوفر مسار التيار الخاطئ والدرع الكهرومغناطيسي
حجب المياه الطولي	يمنع هجرة المياه على طول الكابل
حاجز الماء الشعاعي	غمد الرصاص أو غمد الألومنيوم المموج يضمن مقاومة الماء الشعاعي
طبقة الفراش	الفصل الميكانيكي قبل التسليح
التدريع	توفر دروع الأسلاك الفولاذية قوة الشد والحماية الميكانيكية الخارجية
التقديم الخارجي	طبقة خارجية من البولي إيثيلين عالي الكثافة توفر الحماية البيئية والتآكل

تعتبر حماية الكابلات البحرية أكثر قوة بكثير من بناء الكابلات الأرضية القياسية بسبب البيئة البحرية القاسية.

---

تكنولوجيا التصنيع والربط

يتم تصنيع الكابلات البحرية باستخدام عمليات البثق والربط المتقاطع لضمان جودة عزل موحدة.

يتم استخدام وصلات المصنع (FJ) أو وصلات المصنع المفلكنة (FVJ) لتوصيل أطوال الإنتاج الطويلة. تحافظ هذه المفاصل على:

• السلامة الكهربائية

• القوة الميكانيكية

• ضيق الماء

تتضمن إجراءات الربط عادةً ما يلي:

• لحام موصل

• إعادة بناء شاشة الموصل

• إعادة تشابك عزل XLPE

• استعادة شاشة العزل

• إعادة تطبيق الغلاف المعدني والحواجز المائية

• الاختبار الروتيني الكهربائي وفقًا لمعايير IEC

مراقبة الجودة والاختبار

يعد ضمان الجودة أمرًا بالغ الأهمية في تصنيع الكابلات البحرية. يتبع الإنتاج إجراءات فحص واختبار صارمة وفقًا لمعايير IEC مثل IEC 60502-2 (للكابلات ذات الجهد المتوسط).

يتضمن الاختبار عادةً ما يلي:

• قياس مقاومة الموصل

• اختبار التفريغ الجزئي (PD).

• اختبار تحمل جهد التيار المتردد

• اختبار سلامة الغمد

• فحص الأبعاد

• الفحص بالأشعة السينية للأغلفة المعدنية الملحومة أو وصلات المصنع

تخضع الكابلات البحرية لضوابط جودة أكثر صرامة مقارنة بالكابلات الأرضية بسبب محدودية إمكانية الوصول إليها بعد التثبيت.

---

المقارنة: الغواصة مقابل الكابلات الأرضية

وجه	الكابلات البحرية	الكابلات الأرضية
بيئة التصميم	مصممة للظروف البحرية وتحت الماء	مصممة للتركيب الأرضي
عملية الإنتاج	تشتمل على أنظمة منع الماء، وأغماد معدنية، وتدريع ثقيل	عادة لا يوجد حاجز مائي شعاعي
القوة الميكانيكية	مصممة لأحمال الشد العالية أثناء التمديد	متطلبات الشد محدودة
تثبيت	يتم وضعها بواسطة سفن مد الكابلات مع التحكم في التوتر	المثبتة في الخنادق أو القنوات
التدريع	تدريع أسلاك فولاذية مفردة أو مزدوجة حسب ظروف قاع البحر	غالبًا ما تكون غير مدرعة أو مدرعة بشكل خفيف

---

متطلبات الأداء في البيئات الغواصة

الضغط الهيدروستاتيكي والعمق

يزداد الضغط الهيدروستاتيكي بحوالي 0.1 ميجا باسكال لكل 10 أمتار من عمق الماء. يجب أن تحافظ الكابلات البحرية على السلامة الهيكلية والأداء الكهربائي تحت هذه الضغوط الخارجية.

تضمن حواجز المياه الشعاعية والدروع القوية موثوقية طويلة المدى حتى في الأعماق الكبيرة.

---

المرونة والقوة الميكانيكية

يجب أن توازن الكابلات البحرية بين المرونة والقوة الميكانيكية لتحمل:

• ثني التثبيت أثناء التثبيت

• مخالفات قاع البحر

• التمدد الحراري أثناء التشغيل

• العدوان الميكانيكي الخارجي

يضمن التصميم المناسب للكابل التوافق مع الحد الأدنى من نصف قطر الانحناء والحد الأقصى لمتطلبات حمل الشد المسموح به.

---

المقاومة البيئية

تعرض البيئات البحرية الكابلات إلى:

• التآكل الملحي

• التآكل من مواد قاع البحر

• التأثير الخارجي من معدات الصيد أو المراسي

 

تعمل الخدمة الخارجية HDPE والدروع المقاومة للتآكل على حماية نظام الكابلات على مدار عمر الخدمة الطويل.

الحماية من التآكل للكابلات البحرية

تعمل كابلات الطاقة المغمورة في بيئات بحرية عدوانية حيث يمكن أن تؤثر المياه المالحة والضغط الهيدروستاتيكي والتأثير الميكانيكي بشدة على عمر الخدمة. لذلك، تعتبر الحماية من التآكل وتصميم منع الماء أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق الموثوقية على المدى الطويل.

 

يشتمل كابل الطاقة البحري النموذجي على العناصر الوقائية التالية:

1. حاجز الماء المعدني

عادة ما تكون الكابلات البحرية مجهزة بحاجز مائي معدني مستمر، مثل:

• غمد الرصاص

• غمد النحاس المموج

• غمد الألومنيوم المموج

توفر هذه الطبقة:

• ضيق المياه شعاعي

• الحماية ضد دخول الرطوبة

• التعزيز الميكانيكي

 

على عكس طبقات تقديم النسيج، فإن الغلاف المعدني هو الحاجز الأساسي الذي يمنع تغلغل الماء في نظام العزل.

2. حجب المياه الشعاعي والطولي

لمنع انتقال المياه على طول الكابل في حالة حدوث ضرر خارجي، تتضمن الكابلات البحرية ما يلي:

• أشرطة تورم المياه

• مركبات مانعة للماء

• هياكل الختم الطولية

وهذا يضمن أن أي ضرر محلي لا يؤدي إلى فشل تدريجي على طول الكابل.

 

3. الغمد الخارجي

يتكون الغلاف الخارجي عادةً من البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) أو مواد بحرية مماثلة. وهو يوفر:

• مقاومة ممتازة للتآكل بمياه البحر

• قوة ميكانيكية عالية

• مقاومة التآكل أثناء التمديد والاتصال بقاع البحر

 

يمكن استخدام خيوط البولي بروبيلين كطبقة حماية إضافية، ولكنها ليست حاجز التآكل الأساسي.

4. تسليح الأسلاك الفولاذية

يوفر تسليح الأسلاك الفولاذية المجلفنة ما يلي:

• قوة الشد للتثبيت

• الحماية الميكانيكية ضد التأثير وأنشطة الصيد

• مقاومة الإجهاد الميكانيكي الخارجي

اعتمادًا على عمق التثبيت وظروف قاع البحر، قد تستخدم الكابلات:

• تدريع سلك واحد (SWA)

• تدريع مزدوج الأسلاك (DWA)

في تطبيقات المياه العميقة، تم تحسين تصميم الدروع لتحقيق التوازن بين الوزن وأداء الشد.

 

5. الحماية الكاثودية (خاصة بالمشروع)

 

تُستخدم أنظمة الحماية الكاثودية بشكل عام لخطوط الأنابيب البحرية والهياكل الفولاذية الكبيرة.

بالنسبة للكابلات البحرية، يتم تحقيق مقاومة التآكل في المقام الأول من خلال:

• الدروع المجلفنة

• الغلاف الخارجي الواقي

• حاجز مائي معدني

يمكن أخذ الحماية الكاثودية في الاعتبار في تصميمات مشاريع محددة، ولكنها ليست ميزة قياسية لجميع الكابلات البحرية.

 

بفضل التصميم الهيكلي المناسب والمواد عالية الجودة وطرق التثبيت الصحيحة، يمكن لكابلات الطاقة البحرية أن تحقق عمر خدمة يتراوح بين 25 إلى 40 عامًا أو أكثر في البيئات البحرية القاسية.

تطبيقات الكابلات البحرية

تُستخدم كابلات الطاقة البحرية عندما لا يكون من الممكن استخدام الخطوط الهوائية أو الكابلات الأرضية تحت الأرض.

يتم تطبيقها على نطاق واسع في:

• اتصالات شبكة مزرعة الرياح البحرية

• نقل الطاقة بين الجزر

• مشاريع الربط عبر البحار

• منصات النفط والغاز البحرية

• البنية التحتية البحرية والمرافق تحت سطح البحر

تم تصميم هذه الكابلات لتعمل تحت:

• ارتفاع الضغط الهيدروستاتيكي

• تيارات المحيط القوية

• حركة قاع البحر

• التعرض للمياه المالحة على المدى الطويل

يعد مسح الطريق المناسب وتقييم عمق الدفن وتصميم الحماية أمرًا ضروريًا لضمان موثوقية النظام على المدى الطويل.

أهمية الالتزام بالمعايير الدولية

يضمن الامتثال لمعايير IEC المعترف بها دوليًا أن كابلات الطاقة البحرية تلبي المتطلبات الصارمة للأداء الكهربائي والقوة الميكانيكية والموثوقية على المدى الطويل.

يلعب كل معيار دورًا محددًا:

• تضمن المواصفة IEC 60228 جودة الموصل والكفاءة الكهربائية.

• تحدد المواصفة القياسية IEC 60502 / 60840 / 62067 بنية العزل واختبار النوع ومتطلبات أداء الجهد.

• تضمن المواصفة IEC 60229 سلامة الغلاف الخارجي وحمايته من دخول الرطوبة.

• تضمن المواصفة IEC 60287 إجراء حسابات دقيقة لتصنيف التيار لمنع ارتفاع درجة الحرارة.

• تحدد المواصفة IEC 60853 الأداء في ظل ظروف التحميل الدورية والطارئة.

• تدعم المواصفة القياسية IEC 60092 الامتثال للمتطلبات الكهربائية البحرية والبحرية.

•        ومن خلال الالتزام بهذه المعايير، تحقق أنظمة الكابلات البحرية ما يلي:

• تعزيز السلامة التشغيلية

• عمر خدمة ممتد

• انخفاض تكاليف الصيانة

• تحسين الموافقة على المشروع والأهلية المصرفية

• أداء موثوق في البيئات البحرية القاسية

التعليمات

ما الذي يجعل الكابلات البحرية مختلفة عن الكابلات الأرضية؟

تحتوي الكابلات البحرية على طبقات أكثر من الكابلات الأرضية. تعمل هذه الطبقات على إبقاء الماء خارجًا وتمنع الحيوانات البحرية من إيذاء الكابل. كما أنها تحمي الكابل من الضغط القوي تحت سطح البحر. ولا تحتاج الكابلات الأرضية إلى كل هذه الطبقات. تستخدم الكابلات البحرية مواد خاصة لمنع الصدأ والتلف.

هل يمكن استخدام كابلات الجهد المتوسط ​​العادية تحت الماء؟

لا، لا يمكنك استخدام الكابلات العادية تحت الماء. الكابلات العادية لا تحجب الماء ولا تحتوي على درع قوي. سوف يفطرون إذا تم وضعهم تحت الماء. اختر دائمًا الكابلات المخصصة للاستخدام في الغواصات.

ما هي مدة صلاحية الكابلات البحرية ذات الجهد المتوسط؟

تدوم معظم الكابلات البحرية ما بين 25 إلى 40 عامًا. التثبيت الجيد يساعدهم على الاستمرار لفترة أطول. كما أن المواد القوية تجعلها تدوم لسنوات أطول. يجب عليك فحص الكابل كثيرًا للحفاظ عليه آمنًا.

لماذا تستخدم بعض الكابلات البحرية الألمنيوم بدلاً من النحاس؟

الألومنيوم يجعل الكابل أخف من النحاس. وهذا يساعد عند وضع الكابلات في المياه العميقة. النحاس أفضل لنقل الكهرباء، لكنه أثقل وتكلفة أعلى.