چه چیزی کابل های زیردریایی ولتاژ متوسط ​​را از انواع دیگر متفاوت می کند

 

کابل های ولتاژ متوسط ​​زیردریایی به طور ویژه برای انتقال نیروی زیر آب طراحی شده اند. در مقایسه با کابل های زمینی استاندارد، کابل های زیردریایی باید در برابر فشار هیدرواستاتیک، خوردگی، ضربه مکانیکی و قرار گرفتن طولانی مدت در معرض رطوبت مقاومت کنند.

 

کابل های زیردریایی MV به طور معمول در ساخت تک هسته ای یا سه هسته ای بسته به نیازهای نصب و شرایط پروژه طراحی می شوند.

 

ویژگی های ساختاری کلیدی

کابل های فشار متوسط ​​زیردریایی معمولاً شامل لایه های زیر هستند:

 

• هادی (مس یا آلومینیوم، کلاس 2 یا رسانای فشرده بر اساس IEC 60228)

• صفحه نمایش هادی

• عایق XLPE (نوع مقاوم در برابر آب)

• صفحه عایق

• صفحه فلزی (سیم های مسی یا نوار مسی)

• لایه های طولی مسدود کننده آب

• مانع آب شعاعی (غلاف سربی یا غلاف آلومینیومی موجدار)

• لایه روتختی

• زره فولادی تک یا دوتایی

• لایه سرو بیرونی (PE یا PP)

 

هر لایه یک هدف فنی خاص را انجام می دهد و از قابلیت اطمینان الکتریکی و حفاظت مکانیکی در شرایط زیردریایی اطمینان می دهد.

 

طراحی سه هسته ای در مقابل طراحی تک هسته ای

کابل های زیردریایی سه هسته ای معمولا برای سیستم های توزیع سه فاز ولتاژ متوسط ​​استفاده می شود. این پیکربندی پیچیدگی نصب را کاهش می‌دهد و برای برنامه‌های نزدیک ساحل یا مسیرهای کوتاه‌تر مناسب است.

 

برای جریان بالاتر یا فواصل انتقال طولانی تر، کابل های زیردریایی تک هسته ای نصب شده در تشکیل سه فویل اغلب به دلیل اتلاف حرارتی بهتر و کاهش تعامل الکترومغناطیسی ترجیح داده می شوند.

 

انتخاب عایق

مقاوم‌کننده درخت آب XLPE رایج‌ترین ماده عایق مورد استفاده برای کابل‌های زیردریایی MV است. ارائه می دهد:

 

• قدرت دی الکتریک بالا

• عملکرد حرارتی عالی

• عمر طولانی

• مقاومت خوب در برابر پیری درخت آب

 

عایق EPR ممکن است در جاهایی که انعطاف پذیری بالاتری مورد نیاز است استفاده شود، اما XLPE انتخاب غالب برای اکثر کاربردهای برق زیردریایی است.

 

سیستم حفاظت از آب

برخلاف کابل های زمینی، کابل های زیردریایی نیاز به حفاظت چند لایه آب دارند:

 

• مسدود کردن طولی آب (نوار یا پودر متورم کننده آب)

• مانع آب شعاعی (غلاف سربی یا غلاف آلومینیومی موجدار)

• سرویس بیرونی برای حفاظت بیشتر از محیط زیست

 

این ساختار از نفوذ رطوبت جلوگیری می کند و قابلیت اطمینان عملیاتی طولانی مدت را تضمین می کند.

 

حفاظت مکانیکی

زره سیم فولادی استحکام کششی را برای عملیات تخمگذار فراهم می کند و از آسیب های مکانیکی خارجی مانند لنگرها، وسایل ماهیگیری یا سایش بستر محافظت می کند.

 

زره دوبل اغلب در آب های کم عمق یا مناطق پرخطر استفاده می شود.

 

مقایسه عایق: TR-XLPE در مقابل EPR

کابل‌های زیردریایی ولتاژ متوسط ​​عمدتاً از دو سیستم عایق استفاده می‌کنند: TR-XLPE (پلی‌اتیلن متقاطع پیونددار مقاوم در برابر درخت) و EPR (لاستیک اتیلن پروپیلن).

هر دو ماده برای محیط های زیردریایی زمانی که با سیستم های مسدود کننده آب مناسب ترکیب شوند مناسب هستند.

نوع عایق	مزایا	ملاحظات
TR-XLPE	تلفات دی الکتریک کم، قدرت دی الکتریک بالا، عملکرد حرارتی عالی، مقاومت قوی در برابر پیری درختان آب	انعطاف پذیری کمی در مقایسه با EPR
EPR	انعطاف پذیری بالاتر، مقاومت خوب در برابر استرس مکانیکی، عملکرد دی الکتریک خوب	تلفات دی الکتریک بالاتر در مقایسه با XLPE

در طراحی مدرن کابل زیردریایی MV، TR-XLPE به دلیل تلفات دی الکتریک کمتر و عملکرد عالی درازمدت پیری به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد.

توجه به این نکته حائز اهمیت است که حفاظت از نفوذ آب از طریق سیستم های مخصوص مسدود کننده آب و غلاف های فلزی به جای مواد عایق به تنهایی حاصل می شود.

---

مواد هادی

 

کابل های زیردریایی ولتاژ متوسط ​​بسته به نیاز پروژه می توانند از هادی های مسی یا آلومینیومی استفاده کنند.

 

هادی های مسی

• هدایت الکتریکی بالاتر

• سطح مقطع هادی کوچکتر برای جریان یکسان

• استحکام کششی بالاتر

• مناسب برای برنامه های با جریان بالا

 

هادی های آلومینیومی

• چگالی کمتر (وزن سبک تر)

• مقرون به صرفه برای انتقال از راه دور

• معمولا در صادرات مزرعه بادی دریایی و کابل های آرایه استفاده می شود

 

انتخاب بین مس و آلومینیوم به موارد زیر بستگی دارد:

 

• رتبه بندی فعلی

• شرایط نصب

• محدودیت وزن کابل

• ملاحظات بودجه

• مشخصات فنی پروژه

 

طراحی و نصب کانکتور مناسب عملکرد قابل اعتماد را برای هر دو نوع هادی تضمین می کند.

سیستم ضد آب و زره پوش

 

کابل‌های زیردریایی برای اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی‌مدت تحت فشار هیدرواستاتیک، به حفاظت کامل آب نیاز دارند.

 

حفاظت از آب در کابل های زیردریایی MV معمولاً از طریق موارد زیر حاصل می شود:

 

انسداد طولی آب

 

از مهاجرت آب در امتداد محور کابل در صورت آسیب دیدن غلاف جلوگیری می کند.

 

روش های رایج عبارتند از:

 

• نوارهای متورم آب

• پودر ضد آب

• نخ های متورم آب

• طناب های متورم

 

این مواد در تماس با آب منبسط می شوند و ناحیه آسیب دیده را می بندند.

 

سد آب شعاعی

 

از نفوذ آب از بیرون به داخل کابل جلوگیری می کند.

موانع آب شعاعی معمولاً شامل موارد زیر است:

 

• غلاف سربی

• غلاف آلومینیومی راه راه

 

این لایه های فلزی آب بندی کامل شعاعی و مقاومت در برابر خوردگی را فراهم می کنند.

 

سیستم زره پوش

 

زره پوش استحکام مکانیکی و محافظت خارجی را فراهم می کند.

 

توابع عبارتند از:

• استحکام کششی در طول عملیات تخمگذار

• مقاومت در برابر سایش بستر دریا

• محافظت در برابر فعالیت های ماهیگیری و لنگرها

• مقاومت در برابر ضربه و خرد شدن

 

انواع زره پوش:

• زره یک سیم (SWA)

• زره دو سیم (DWA)

 

زره دوبل معمولاً در آب های کم عمق یا مناطق پرخطر استفاده می شود.

---

ساخت کابل زیردریایی (MV)

کابل های ولتاژ متوسط ​​زیردریایی سیستم های مهندسی چند لایه هستند. هر لایه عملکرد الکتریکی یا مکانیکی خاصی را انجام می دهد.

لایه	عملکرد فنی
هادی	هادی مسی یا آلومینیومی (IEC 60228)، جریان نامی را حمل می کند
صفحه نمایش هادی	لایه نیمه رسانا کنترل کننده توزیع میدان الکتریکی و حذف تمرکز تنش
عایق	عایق TR-XLPE یا EPR که قدرت دی الکتریک و قابلیت مقاومت در برابر ولتاژ را ارائه می دهد
صفحه عایق	لایه نیمه رسانا که میدان الکتریکی یکنواخت و رابط را با صفحه فلزی تضمین می کند
صفحه نمایش فلزی	سیم های مسی یا نوار مسی مسیر جریان خطا و محافظ الکترومغناطیسی را فراهم می کند
لایه مسدود کننده آب	از مهاجرت طولی آب جلوگیری می کند
سد آب شعاعی	غلاف سربی یا غلاف آلومینیومی موجدار که آب‌بندی شعاعی را تضمین می‌کند
لایه رختخواب	جداسازی مکانیکی و محافظت قبل از زره پوش را فراهم می کند
زره پوش	زره فولادی که استحکام کششی و حفاظت مکانیکی را فراهم می کند
سرویس بیرونی	لایه بیرونی HDPE یا PP برای حفاظت از محیط زیست

 

 

ملاحظات ساختاری اضافی

کابل‌های زیردریایی معمولاً لایه‌های ساختاری و محافظ بیشتری را در مقایسه با کابل‌های زمینی به منظور مقاومت در برابر:

• فشار هیدرواستاتیک

• ضربه مکانیکی

• سایش بستر دریا

• نیروهای کششی نصب

در برخی پروژه‌ها، کابل‌های برق زیردریایی ممکن است واحدهای فیبر نوری را برای اهداف ارتباطی و نظارتی یکپارچه کنند.

قطر خارجی کابل بسته به سطح ولتاژ، اندازه هادی و نوع زره متفاوت است و ممکن است برای کاربردهای MV از 50 میلی متر تجاوز کند.

---

عناصر حفاظتی در کابل های زیردریایی MV

کابل های زیردریایی برای تضمین عمر طولانی در محیط های دریایی به سیستم های حفاظتی جامع نیاز دارند.

عنصر محافظ	عملکرد فنی
سیستم عایق	TR-XLPE یا EPR استحکام دی الکتریک و عملکرد حرارتی را ارائه می دهد
صفحه نمایش فلزی	مسیر جریان خطا و محافظ الکترومغناطیسی را فراهم می کند
انسداد طولی آب	از مهاجرت آب در طول کابل جلوگیری می کند
سد آب شعاعی	غلاف سربی یا غلاف آلومینیومی موجدار که آب‌بندی شعاعی را تضمین می‌کند
لایه رختخواب	جداسازی مکانیکی قبل از زره پوش
زره پوش	زره فولادی که استحکام کششی و حفاظت مکانیکی خارجی را فراهم می کند
خدمات بیرونی	لایه بیرونی HDPE محافظت از محیط زیست و سایش را فراهم می کند

حفاظت از کابل های زیردریایی به دلیل محیط سخت دریایی به طور قابل توجهی قوی تر از ساخت کابل های زمینی استاندارد است.

---

فناوری ساخت و اتصال

کابل های زیردریایی با استفاده از فرآیندهای اکستروژن کنترل شده و پیوند متقابل برای اطمینان از کیفیت عایق یکنواخت تولید می شوند.

اتصالات کارخانه (FJ) یا اتصالات ولکانیزه کارخانه (FVJ) برای اتصال طول های تولید طولانی استفاده می شود. این مفاصل حفظ می کنند:

• یکپارچگی الکتریکی

• استحکام مکانیکی

• آب بند بودن

رویه های مشترک معمولاً عبارتند از:

• جوش هادی

• بازسازی صفحه هادی

• اتصال مجدد عایق XLPE

• بازسازی صفحه عایق

• استفاده مجدد از غلاف فلزی و موانع آب

• تست معمول برق مطابق با استانداردهای IEC

کنترل کیفیت و تست

تضمین کیفیت در تولید کابل زیردریایی بسیار مهم است. تولید از روش های بازرسی و آزمایش دقیق مطابق با استانداردهای IEC مانند IEC 60502-2 (برای کابل های MV) پیروی می کند.

آزمایش معمولاً شامل موارد زیر است:

• اندازه گیری مقاومت هادی

• آزمایش تخلیه جزئی (PD).

• تست مقاومت ولتاژ AC

• تست یکپارچگی غلاف

• بازرسی ابعادی

• بازرسی اشعه ایکس برای غلاف های فلزی جوش داده شده یا اتصالات کارخانه

کابل های زیردریایی به دلیل دسترسی محدود پس از نصب در مقایسه با کابل های زمینی تحت کنترل های کیفی دقیق تری قرار می گیرند.

---

مقایسه: زیردریایی در مقابل کابل های زمینی

جنبه	کابل های زیردریایی	کابل های زمینی
محیط طراحی	برای شرایط دریایی و زیر آب طراحی شده است	برای نصب زمینی طراحی شده است
فرآیند تولید	شامل سیستم های مسدود کننده آب، غلاف فلزی، زره های سنگین	معمولاً مانع آب شعاعی نیست
استحکام مکانیکی	برای بارهای کششی بالا در طول تخمگذار طراحی شده است	الزامات کششی محدود
نصب و راه اندازی	توسط کشتی های کابل گذاری با کشش کنترل شده گذاشته می شود	در ترانشه ها یا کانال ها نصب می شود
زره پوش	زره فولادی تک یا دوتایی بسته به شرایط بستر دریا	اغلب بدون زره یا زره سبک

---

الزامات عملکرد در محیط های زیردریایی

فشار و عمق هیدرواستاتیک

فشار هیدرواستاتیک تقریباً 0.1 مگاپاسکال در هر 10 متر عمق آب افزایش می یابد. کابل های زیردریایی باید یکپارچگی ساختاری و عملکرد الکتریکی را تحت این فشارهای خارجی حفظ کنند.

موانع آب شعاعی و زره های مقاوم، قابلیت اطمینان طولانی مدت را حتی در اعماق قابل توجه تضمین می کند.

---

انعطاف پذیری و استحکام مکانیکی

کابل‌های زیردریایی باید انعطاف‌پذیری و استحکام مکانیکی را متعادل کنند تا مقاومت کنند:

• خم شدن نصب در حین تخمگذار

• بی نظمی بستر دریا

• انبساط حرارتی در حین کار

• تهاجم مکانیکی خارجی

طراحی مناسب کابل انطباق با حداقل شعاع خمشی و حداکثر بار کششی مجاز را تضمین می کند.

---

مقاومت محیطی

محیط های دریایی کابل ها را در معرض موارد زیر قرار می دهند:

• خوردگی نمکی

• سایش از مواد بستر دریا

• تاثیر خارجی وسایل ماهیگیری یا لنگرها

 

سرویس خارجی HDPE و زره مقاوم در برابر خوردگی از سیستم کابل در طول عمر طولانی محافظت می کند.

حفاظت در برابر خوردگی کابل های زیردریایی

کابل‌های برق زیردریایی در محیط‌های دریایی تهاجمی کار می‌کنند که در آن آب شور، فشار هیدرواستاتیک و ضربه‌های مکانیکی می‌تواند به شدت بر عمر مفید تأثیر بگذارد. بنابراین، طراحی حفاظت در برابر خوردگی و مسدود کردن آب برای قابلیت اطمینان طولانی مدت بسیار مهم است.

 

یک کابل برق معمولی زیردریایی شامل عناصر حفاظتی زیر است:

1. مانع آب فلزی

کابل های زیردریایی معمولاً به یک مانع آب فلزی پیوسته مجهز می شوند، مانند:

• غلاف سربی

• غلاف مس راه راه

• غلاف آلومینیومی راه راه

این لایه ارائه می دهد:

• آب بندی شعاعی

• محافظت در برابر نفوذ رطوبت

• تقویت مکانیکی

 

برخلاف لایه‌های سرویس نساجی، غلاف فلزی مانع اصلی است که از نفوذ آب به سیستم عایق جلوگیری می‌کند.

2. انسداد شعاعی و طولی آب

برای جلوگیری از مهاجرت آب در طول کابل در صورت آسیب خارجی، کابل های زیردریایی شامل موارد زیر است:

• نوارهای متورم کننده آب

• ترکیبات مسدود کننده آب

• سازه های آب بندی طولی

این تضمین می کند که هر گونه آسیب محلی منجر به خرابی تدریجی در طول کابل نمی شود.

 

3. غلاف بیرونی

غلاف بیرونی معمولاً از پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) یا مواد مشابه دریایی ساخته شده است. فراهم می کند:

• مقاومت عالی در برابر خوردگی آب دریا

• استحکام مکانیکی بالا

• مقاومت در برابر سایش در هنگام تخمگذار و تماس با بستر دریا

 

سرویس نخ پلی پروپیلن ممکن است به عنوان یک لایه محافظ اضافی اعمال شود، اما مانع خوردگی اولیه نیست.

4. سیم فولادی زره ​​پوش

زره فولادی گالوانیزه ارائه می دهد:

• استحکام کششی برای نصب

• حفاظت مکانیکی در برابر ضربه و فعالیت های ماهیگیری

• مقاومت در برابر استرس مکانیکی خارجی

بسته به عمق نصب و شرایط بستر دریا، کابل ها ممکن است از موارد زیر استفاده کنند:

• زره یک سیم (SWA)

• زره دو سیم (DWA)

در کاربردهای عمیق آب، طراحی زره ​​برای متعادل کردن وزن و عملکرد کششی بهینه شده است.

 

5. حفاظت کاتدی (مخصوص پروژه)

 

سیستم های حفاظت کاتدی معمولا برای خطوط لوله دریایی و سازه های فولادی بزرگ استفاده می شود.

برای کابل های زیردریایی، مقاومت در برابر خوردگی عمدتاً از طریق موارد زیر حاصل می شود:

• زره گالوانیزه

• غلاف بیرونی محافظ

• مانع آب فلزی

حفاظت کاتدی ممکن است در طرح های پروژه خاص در نظر گرفته شود، اما این ویژگی استاندارد همه کابل های زیردریایی نیست.

 

با طراحی ساختاری مناسب، مواد با کیفیت بالا و روش‌های نصب صحیح، کابل‌های برق زیردریایی می‌توانند در محیط‌های سخت دریایی به عمر مفید 25 تا 40 سال یا بیشتر دست یابند.

کاربردهای کابل زیردریایی

کابل های برق زیردریایی در مواردی استفاده می شود که خطوط هوایی یا کابل های زمینی زیرزمینی امکان پذیر نباشد.

آنها به طور گسترده در موارد زیر کاربرد دارند:

• اتصالات شبکه نیروگاه بادی فراساحلی

• انتقال برق بین جزیره ای

• پروژه های اتصال متقابل بین دریا

• سکوهای نفت و گاز فراساحلی

• زیرساخت های دریایی و تاسیسات زیردریایی

این کابل ها طوری طراحی شده اند که تحت شرایط زیر کار کنند:

• فشار هیدرواستاتیک بالا

• جریان های قوی اقیانوسی

• حرکت بستر دریا

• قرار گرفتن طولانی مدت در معرض آب شور

بررسی مسیر مناسب، ارزیابی عمق دفن و طراحی حفاظتی برای اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی مدت سیستم ضروری است.

اهمیت انطباق با استانداردهای بین المللی

مطابقت با استانداردهای بین المللی شناخته شده IEC تضمین می کند که کابل های برق زیردریایی الزامات سختگیرانه ای را برای عملکرد الکتریکی، استحکام مکانیکی و قابلیت اطمینان طولانی مدت برآورده می کند.

هر استاندارد نقش خاصی را ایفا می کند:

• IEC 60228 کیفیت هادی و راندمان الکتریکی را تضمین می کند.

• IEC 60502 / 60840 / 62067 ساختار عایق، آزمایش نوع و الزامات عملکرد ولتاژ را تعریف می کند.

• IEC 60229 یکپارچگی غلاف بیرونی و محافظت در برابر نفوذ رطوبت را تضمین می کند.

• IEC 60287 محاسبات دقیق رتبه جریان را برای جلوگیری از گرمای بیش از حد تضمین می کند.

• IEC 60853 عملکرد را در شرایط بارگذاری چرخه ای و اضطراری تعریف می کند.

• IEC 60092 از انطباق با الزامات الکتریکی دریایی و دریایی پشتیبانی می کند.

•        با رعایت این استانداردها، سیستم های کابلی زیردریایی به موارد زیر دست می یابند:

• ایمنی عملیاتی افزایش یافته است

• عمر سرویس طولانی تر

• کاهش هزینه های نگهداری

• بهبود تایید پروژه و قابلیت بانکداری

• عملکرد قابل اعتماد در محیط های سخت دریایی

سوالات متداول

چه چیزی کابل های زیردریایی را با کابل های زمینی متفاوت می کند؟

کابل های زیردریایی لایه های بیشتری نسبت به کابل های زمینی دارند. این لایه ها آب را خارج می کنند و حیوانات دریایی را از آسیب رساندن به کابل جلوگیری می کند. آنها همچنین کابل را از فشار شدید زیر دریا محافظت می کنند. کابل های زمینی به همه این لایه ها نیاز ندارند. کابل های زیردریایی از مواد خاصی برای جلوگیری از زنگ زدگی و آسیب استفاده می کنند.

آیا می توان از کابل های فشار متوسط ​​معمولی زیر آب استفاده کرد؟

خیر، نمی توانید از کابل های معمولی زیر آب استفاده کنید. کابل های معمولی آب را مسدود نمی کنند و زره قوی ندارند. اگر در زیر آب قرار بگیرند سریع می شکنند. همیشه کابل های ساخته شده برای استفاده در زیردریایی را انتخاب کنید.

کابل های فشار متوسط ​​زیردریایی چقدر عمر می کنند؟

بیشتر کابل های زیردریایی بین 25 تا 40 سال عمر می کنند. نصب خوب به دوام بیشتر آنها کمک می کند. مواد مستحکم نیز باعث می شود سال های بیشتری دوام بیاورند. برای ایمن نگه داشتن کابل باید اغلب آن را چک کنید.

چرا در برخی از کابل های زیردریایی به جای مس از آلومینیوم استفاده می شود؟

آلومینیوم باعث می شود کابل سبک تر از مس باشد. این به هنگام قرار دادن کابل ها در عمق آب کمک می کند. مس برای حمل برق بهتر است، اما سنگین تر است و هزینه بیشتری دارد.