מה מייחד כבלים תת ימיים במתח בינוני מסוגים אחרים
כבלים תת ימיים במתח בינוני תוכננו במיוחד להעברת כוח תת ימי. בהשוואה לכבלים יבשתיים סטנדרטיים, כבלים תת ימיים חייבים לעמוד בלחץ הידרוסטטי, קורוזיה, השפעה מכנית וחשיפה ארוכת טווח ללחות.
כבלים תת ימיים מסוג MV מתוכננים בדרך כלל במבנה חד ליבה או תלת ליבה בהתאם לדרישות ההתקנה ותנאי הפרויקט.
מאפיינים מבניים מרכזיים
כבלים תת ימיים במתח בינוני כוללים בדרך כלל את השכבות הבאות:
מוליך (נחושת או אלומיניום, מחלקה 2 או מוליך דחוס לפי IEC 60228)
מסך מנצח
בידוד XLPE (סוג מעכב עצי מים)
מסך בידוד
מסך מתכתי (חוטי נחושת או סרט נחושת)
שכבות חוסמות מים אורכיות
מחסום מים רדיאלי (מעטפת עופרת או מעטפת אלומיניום גלי)
שכבת מצעים
שריון תיל פלדה יחיד או כפול
שכבת הגשה חיצונית (PE או PP)
כל שכבה משרתת מטרה טכנית ספציפית, המבטיחה אמינות חשמלית והגנה מכנית בתנאי צוללת.
עיצוב שלוש ליבות מול יחיד ליבה
כבלים תת ימיים תלת ליביים משמשים בדרך כלל למערכות הפצה תלת פאזיות במתח בינוני. תצורה זו מפחיתה את מורכבות ההתקנה ומתאימה ליישומים קרובים לחוף או במסלול קצר יותר.
עבור דירוגי זרם גבוהים יותר או מרחקי שידור ארוכים יותר, כבלים תת-ימיים חד-ליביים המותקנים בצורת משולש מועדפים לעתים קרובות בשל פיזור תרמי טוב יותר ואינטראקציה אלקטרומגנטית מופחתת.
בחירת בידוד
מעכב עצי מים XLPE הוא חומר הבידוד הנפוץ ביותר עבור כבלים תת ימיים MV. הוא מציע:
ניתן להשתמש בבידוד EPR כאשר נדרשת גמישות גבוהה יותר, אך XLPE נותרה הבחירה הדומיננטית עבור רוב יישומי הכוח הצוללים.
מערכת הגנת מים
בניגוד לכבלים יבשתיים, כבלים תת ימיים דורשים הגנה על מים רב-שכבתית:
חסימת מים אורכית (סרטי התפיחות מים או אבקה)
מחסום מים רדיאלי (מעטפת עופרת או מעטפת אלומיניום גלי)
הגשה חיצונית לשמירה על איכות הסביבה נוספת
מבנה זה מונע חדירת לחות ומבטיח אמינות תפעולית לטווח ארוך.
הגנה מכנית
שריון תיל פלדה מספק חוזק מתיחה לפעולות הנחת ומגן מפני נזק מכני חיצוני כגון עוגנים, ציוד דיג או שחיקה בקרקעית הים.
שריון כפול משמש לעתים קרובות במים רדודים או באזורי סיכון גבוה.
השוואת בידוד: TR-XLPE לעומת EPR
כבלים תת ימיים במתח בינוני משתמשים בעיקר בשתי מערכות בידוד: TR-XLPE (פוליאתילן צולב מעכב עצים) ו-EPR (אתילן פרופילן גומי).
שני החומרים מתאימים לסביבות צוללות בשילוב עם מערכות חוסמות מים מתאימות.
סוג בידוד |
יתרונות |
שיקולים |
TR-XLPE |
הפסדים דיאלקטריים נמוכים, חוזק דיאלקטרי גבוה, ביצועים תרמיים מצוינים, עמידות חזקה בפני הזדקנות עצי מים |
גמישות מעט נמוכה יותר בהשוואה ל-EPR |
EPR |
גמישות גבוהה יותר, עמידות טובה ללחץ מכני, ביצועים דיאלקטריים טובים |
הפסדים דיאלקטריים גבוהים יותר בהשוואה ל-XLPE |
בתכנון כבל תת ימי MV מודרני, TR-XLPE מאומץ באופן נרחב בשל הפסדים דיאלקטריים נמוכים יותר וביצועי ההזדקנות המצוינים לטווח ארוך.
חשוב לציין שהגנה מפני חדירת מים מושגת באמצעות מערכות ייעודיות לחסימת מים ומעטיפות מתכתיות ולא על ידי חומר הבידוד בלבד.
חומרים למנצח
כבלים תת ימיים במתח בינוני יכולים להשתמש במוליכי נחושת או אלומיניום, בהתאם לדרישות הפרויקט.
מוליכים נחושת
מוליכות חשמלית גבוהה יותר
חתך מוליך קטן יותר עבור אותו דירוג זרם
חוזק מתיחה גבוה יותר
מתאים ליישומים עם זרם גבוה
מוליכים מאלומיניום
צפיפות נמוכה יותר (משקל קל יותר)
חסכוני עבור שידור למרחקים ארוכים
בשימוש נפוץ בייצוא חוות רוח בים ובכבלים מערך
הבחירה בין נחושת לאלומיניום תלויה ב:
דירוג נוכחי
תנאי התקנה
מגבלות משקל כבל
שיקולי תקציב
מפרט טכני של הפרויקט
תכנון והתקנה נכונים של מחברים מבטיחים ביצועים אמינים עבור שני סוגי המוליכים.
מערכת חסימת מים ושריון
כבלים תת ימיים דורשים הגנה מקיפה על מים כדי להבטיח אמינות ארוכת טווח בלחץ הידרוסטטי.
הגנת מים בכבלים תת ימיים MV מושגת בדרך כלל באמצעות:
חסימת מים אורכית
מונע נדידת מים לאורך ציר הכבל במקרה של נזק למעטפת.
השיטות הנפוצות כוללות:
סרטים מתנפחים במים
אבקה חוסמת מים
חוטים מתנפחים במים
חוטי נפיחות
חומרים אלו מתרחבים במגע עם מים ואוטמים את האזור הפגוע.
מחסום מים רדיאלי
מונע חדירת מים מבחוץ לפנים הכבל.
מחסומי מים רדיאליים מורכבים בדרך כלל מ:
נדן עופרת
מעטפת אלומיניום גלי
שכבות מתכת אלו מספקות אטימות רדיאלית מלאה למים ועמידות בפני קורוזיה.
מערכת שריון
שריון מספק חוזק מכני והגנה חיצונית.
הפונקציות כוללות:
חוזק מתיחה במהלך פעולות הנחת
עמידות בפני שחיקה בקרקעית הים
הגנה מפני פעילויות דיג ועוגנים
עמידות בפני פגיעה וריסוק
סוגי שריון:
שריון חוט יחיד (SWA)
שריון חוט כפול (DWA)
שריון כפול משמש בדרך כלל במים רדודים או באזורי סיכון גבוה.
בניית כבלים תת ימיים (MV)
כבלים תת ימיים במתח בינוני הם מערכות מהונדסות רב-שכבתיות. כל שכבה מבצעת פונקציה חשמלית או מכנית ספציפית.
שִׁכבָה |
פונקציה טכנית |
מְנַצֵחַ |
מוליך נחושת או אלומיניום (IEC 60228), נושא זרם נקוב |
מסך מנצח |
שכבה מוליכה למחצה השולטת בחלוקת השדה החשמלי ומבטלת ריכוז מתח |
בִּדוּד |
בידוד TR-XLPE או EPR המספק חוזק דיאלקטרי ויכולת עמידה במתח |
מסך בידוד |
שכבה מוליכה למחצה המבטיחה שדה חשמלי אחיד וממשק למסך מתכתי |
מסך מתכתי |
חוטי נחושת או סרט נחושת המספקים נתיב זרם תקלה ומיגון אלקטרומגנטי |
שכבה חוסמת מים |
מונע נדידת מים אורכית |
מחסום מים רדיאלי |
מעטפת עופרת או גלית אלומיניום המבטיחה אטימות רדיאלית למים |
שכבת מצעים |
מספק הפרדה מכנית והגנה לפני שריון |
שִׁריוּן |
שריון תיל פלדה המספק חוזק מתיחה והגנה מכנית |
הגשה חיצונית |
שכבה חיצונית HDPE או PP להגנה על הסביבה |
שיקולים מבניים נוספים
כבלים תת ימיים כוללים בדרך כלל שכבות מבניות והגנה נוספות בהשוואה לכבלים יבשתיים על מנת לעמוד בפני:
לחץ הידרוסטטי
השפעה מכנית
שחיקה בקרקעית הים
כוחות מתיחה בהתקנה
בחלק מהפרויקטים, כבלי חשמל תת ימיים עשויים לשלב יחידות סיבים אופטיים למטרות תקשורת וניטור.
קטרים חיצוניים של כבל משתנים בהתאם לרמת המתח, גודל המוליך וסוג השריון, ועשויים לעלות על 50 מ'מ עבור יישומי MV.
אלמנטים מגן בכבלים תת ימיים MV
כבלים תת ימיים דורשים מערכות הגנה מקיפות כדי להבטיח חיי שירות ארוכים בסביבות ימיות.
אלמנט מגן |
פונקציה טכנית |
מערכת בידוד |
TR-XLPE או EPR מספקים חוזק דיאלקטרי וביצועים תרמיים |
מסך מתכתי |
מספק נתיב זרם תקלה ומיגון אלקטרומגנטי |
חסימת מים אורכית |
מונע נדידת מים לאורך הכבל |
מחסום מים רדיאלי |
מעטפת עופרת או גלית אלומיניום המבטיחה אטימות רדיאלית למים |
שכבת מצעים |
הפרדה מכנית לפני שריון |
שִׁריוּן |
שריון תיל פלדה המספק חוזק מתיחה והגנה מכנית חיצונית |
הגשה חיצונית |
שכבה חיצונית HDPE מספקת הגנה סביבתית ושחיקה |
הגנת כבלים תת ימיים חזקה משמעותית מבנייה רגילה של כבל יבשתי בשל הסביבה הימית הקשה.
טכנולוגיית ייצור וחיבורים
כבלים תת ימיים מיוצרים תוך שימוש בתהליכי אקסטרוזיה וחיבור צולב מבוקרים על מנת להבטיח איכות בידוד אחידה.
מפרקי מפעל (FJ) או Factory Vulcanized Joints (FVJ) משמשים לחיבור אורכי ייצור ארוכים. מפרקים אלה שומרים על:
שלמות חשמלית
חוזק מכני
אטימות למים
הליכי הצטרפות כוללים בדרך כלל:
בקרת איכות ובדיקות
אבטחת איכות היא קריטית בייצור כבלים תת ימיים. הייצור פועל לפי נוהלי בדיקה ובדיקה קפדניים בהתאם לתקני IEC כגון IEC 60502-2 (עבור כבלי MV).
הבדיקה כוללת בדרך כלל:
כבלים תת ימיים עוברים בקרת איכות מחמירה יותר בהשוואה לכבלים יבשתיים בשל נגישותם המוגבלת לאחר ההתקנה.
השוואה: צוללת מול כבלים יבשתיים
אַספֶּקט |
כבלים תת ימיים |
כבלי ארץ |
סביבה עיצובית |
מיועד לתנאים ימיים ותת ימיים |
מיועד להתקנה יבשתית |
תהליך ייצור |
כולל מערכות חוסמות מים, מעטפות מתכתיות, שריון כבד |
בדרך כלל אין מחסום מים רדיאלי |
חוזק מכני |
מיועד לעומסי מתיחה גבוהים במהלך הנחת |
דרישות מתיחה מוגבלות |
הַתקָנָה |
מונח על ידי כלי הנחת כבלים עם מתח מבוקר |
מותקן בתעלות או תעלות |
שִׁריוּן |
שריון תיל פלדה יחיד או כפול בהתאם לתנאי קרקעית הים |
לרוב לא משוריין או משוריין קל |
דרישות ביצועים בסביבות צוללות
לחץ ועומק הידרוסטטי
הלחץ ההידרוסטטי עולה ב-0.1 MPa ל-10 מטרים של עומק מים. כבלים תת ימיים חייבים לשמור על שלמות מבנית וביצועים חשמליים תחת לחצים חיצוניים אלו.
מחסומי מים רדיאליים ושריון חזק מבטיחים אמינות ארוכת טווח גם בעומקים משמעותיים.
גמישות וחוזק מכני
כבלים תת ימיים חייבים לאזן בין גמישות וחוזק מכני כדי לעמוד בפני:
עיצוב כבל נכון מבטיח עמידה ברדיוס הכיפוף המינימלי ובדרישות עומס המתיחה המרבי המותר.
התנגדות סביבתית
סביבות ימיות חושפות כבלים ל:
הגשה חיצונית HDPE ושריון עמיד בפני קורוזיה מגנים על מערכת הכבלים לאורך חיי שירות ארוכים.
הגנה מפני קורוזיה של כבלים תת ימיים
כבלי חשמל תת ימיים פועלים בסביבות ימיות אגרסיביות שבהן מים מלוחים, לחץ הידרוסטטי והשפעה מכנית יכולים להשפיע קשות על חיי השירות. לכן, הגנה מפני קורוזיה ותכנון חסימת מים הם קריטיים לאמינות לטווח ארוך.
כבל חשמל תת ימי טיפוסי כולל את רכיבי ההגנה הבאים:
1. מחסום מים מתכתי
כבלים תת ימיים מצוידים בדרך כלל במחסום מים מתכתי רציף, כגון:
נדן עופרת
נדן נחושת גלי
מעטפת אלומיניום גלי
שכבה זו מספקת:
אטימות רדיאלית למים
הגנה מפני חדירת לחות
חיזוק מכני
בניגוד לשכבות הגשה של טקסטיל, הנדן המתכתי הוא המחסום העיקרי המונע חדירת מים למערכת הבידוד.
2. חסימת מים רדיאלית ואורכית
כדי למנוע נדידת מים לאורך הכבל במקרה של נזק חיצוני, כבלים תת ימיים משלבים:
קלטות מתפיחות מים
תרכובות חוסמות מים
מבני איטום אורכיים
זה מבטיח שכל נזק מקומי לא יוביל לכשל מתקדם לאורך הכבל.
3. נדן חיצוני
הנדן החיצוני עשוי בדרך כלל מפוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE) או חומרים דומים בדרגה ימית. הוא מספק:
ניתן ליישם מנת חוט פוליפרופילן כשכבת הגנה נוספת, אך היא אינה מחסום הקורוזיה העיקרי.
4. שריון תיל פלדה
שריון תיל פלדה מגולוון מספק:
בהתאם לעומק ההתקנה ולתנאי קרקעית הים, כבלים עשויים להשתמש ב:
שריון חוט יחיד (SWA)
שריון כפול חוטי (DWA)
ביישומי מים עמוקים, עיצוב השריון מותאם לאיזון משקל וביצועי מתיחה.
5. הגנה קתודית (ספציפית לפרויקט)
מערכות הגנה קתודיות משמשות בדרך כלל עבור צינורות ימיים ומבני פלדה גדולים.
עבור כבלים תת ימיים, עמידות בפני קורוזיה מושגת בעיקר באמצעות:
שריון מגולוון
נדן חיצוני מגן
מחסום מים מתכתי
הגנה קתודית עשויה להיחשב בתכנון פרויקט ספציפי, אך היא אינה תכונה סטנדרטית של כל הכבלים התת ימיים.
עם תכנון מבני נכון, חומרים איכותיים ושיטות התקנה נכונות, כבלי חשמל תת ימיים יכולים להשיג חיי שירות של 25-40 שנים או יותר בסביבות ימיות קשות.
יישומי כבלים תת ימיים
נעשה שימוש בכבלי חשמל תת ימיים כאשר קווים עיליים או כבלי יבשה תת קרקעיים אינם אפשריים.
הם מיושמים באופן נרחב ב:
כבלים אלה מתוכננים לפעול תחת:
סקר תוואי נכון, הערכת עומק קבורה ותכנון הגנה חיוניים להבטחת אמינות המערכת לטווח ארוך.
המשמעות של עמידה בתקנים בינלאומיים
עמידה בתקני IEC המוכרים בינלאומיים מבטיחה שכבלי חשמל תת ימיים עומדים בדרישות מחמירות לביצועים חשמליים, חוזק מכני ואמינות לטווח ארוך.
כל תקן ממלא תפקיד ספציפי:
IEC 60228 מבטיח איכות מוליכים ויעילות חשמלית.
IEC 60502 / 60840 / 62067 מגדירים מבנה בידוד, בדיקות סוג ודרישות ביצועי מתח.
IEC 60229 מבטיח שלמות המעטפת החיצונית והגנה מפני חדירת לחות.
IEC 60287 מבטיח חישובי דירוג זרם מדויקים למניעת התחממות יתר.
IEC 60853 מגדיר ביצועים בתנאי טעינה מחזוריים וחירום.
IEC 60092 תומך בעמידה בדרישות החשמל הימיות והים.
על ידי עמידה בתקנים אלה, מערכות כבלים תת ימיות משיגות:
בטיחות תפעולית משופרת
חיי שירות ארוכים
עלויות תחזוקה מופחתות
שיפור אישור הפרויקט ויכולת הבנקאות
ביצועים אמינים בסביבות ימיות קשות
שאלות נפוצות
במה שונה כבלים תת ימיים מכבלים יבשתיים?
לכבלים תת ימיים יש יותר שכבות מאשר לכבלים יבשתיים. שכבות אלו מרחיקות מים ומונעות מחיות ים לפגוע בכבל. הם גם מגנים על הכבל מפני לחץ חזק מתחת לים. כבלים יבשתיים אינם זקוקים לכל השכבות הללו. כבלים תת ימיים משתמשים בחומרים מיוחדים כדי לעצור חלודה ונזקים.
האם אתה יכול להשתמש בכבלי מתח בינוני רגילים מתחת למים?
לא, אתה לא יכול להשתמש בכבלים רגילים מתחת למים. כבלים רגילים אינם חוסמים מים או בעלי שריון חזק. הם ישברו מהר אם יוכנסו מתחת למים. בחר תמיד כבלים המיועדים לשימוש בצוללת.
כמה זמן מחזיקים כבלים תת ימיים במתח בינוני?
רוב הכבלים התת ימיים מחזיקים בין 25 ל-40 שנה. התקנה טובה עוזרת להם להחזיק מעמד זמן רב יותר. חומרים חזקים גם גורמים להם להחזיק יותר שנים. עליך לבדוק את הכבל לעתים קרובות כדי לשמור עליו בטוח.
מדוע חלק מהכבלים התת ימיים משתמשים באלומיניום במקום בנחושת?
האלומיניום הופך את הכבל לקל יותר מנחושת. זה עוזר כאשר מכניסים כבלים למים עמוקים. נחושת עדיפה לנשיאת חשמל, אבל היא כבדה יותר ועולה יותר.
