Co sprawia, że ​​kable podwodne średniego napięcia różnią się od innych typów

 

Kable podmorskie średniego napięcia są specjalnie zaprojektowane do podwodnego przesyłu energii elektrycznej. W porównaniu ze standardowymi kablami lądowymi, kable podmorskie muszą wytrzymywać ciśnienie hydrostatyczne, korozję, uderzenia mechaniczne i długotrwałe narażenie na wilgoć.

 

Podmorskie kable SN są zwykle projektowane w wersji jednożyłowej lub trójżyłowej, w zależności od wymagań instalacyjnych i warunków projektu.

 

Kluczowe cechy strukturalne

Podmorskie kable średniego napięcia zwykle składają się z następujących warstw:

 

• Przewód (miedź lub aluminium, klasa 2 lub przewód zagęszczony zgodnie z IEC 60228)

• Ekran dyrygenta

• Izolacja XLPE (typ opóźniający drzewo wodne)

• Ekran izolacyjny

• Ekran metalowy (druty miedziane lub taśma miedziana)

• Podłużne warstwy blokujące wodę

• Promieniowa bariera wodna (osłona ołowiana lub osłona z falistego aluminium)

• Warstwa pościelowa

• Pancerz z pojedynczego lub podwójnego drutu stalowego

• Zewnętrzna warstwa do serwowania (PE lub PP)

 

Każda warstwa służy określonemu celowi technicznemu, zapewniając niezawodność elektryczną i ochronę mechaniczną w warunkach podwodnych.

 

Konstrukcja trzyrdzeniowa vs jednordzeniowa

Trójżyłowe kable podmorskie są powszechnie stosowane w trójfazowych systemach dystrybucyjnych średniego napięcia. Taka konfiguracja zmniejsza złożoność instalacji i jest odpowiednia do zastosowań przybrzeżnych lub na krótszych trasach.

 

W przypadku wyższych wartości znamionowych prądu lub dłuższych odległości transmisji często preferowane są jednożyłowe kable podmorskie instalowane w formacji koniczyny ze względu na lepsze rozpraszanie ciepła i zmniejszone oddziaływanie elektromagnetyczne.

 

Wybór izolacji

XLPE opóźniający powstawanie drzew wodnych jest najczęściej stosowanym materiałem izolacyjnym do podmorskich kabli średniego napięcia. Oferuje:

 

• Wysoka wytrzymałość dielektryczna

• Doskonała wydajność cieplna

• Długa żywotność

• Dobra odporność na starzenie się drzew wodnych

 

Izolację EPR można zastosować tam, gdzie wymagana jest większa elastyczność, ale XLPE pozostaje dominującym wyborem w większości zastosowań w energetyce podwodnej.

 

System Ochrony Wody

W przeciwieństwie do kabli lądowych, kable podmorskie wymagają wielowarstwowej ochrony przed wodą:

 

• Blokowanie wody wzdłużnej (taśmy pęczniejące pod wodą lub proszek)

• Promieniowa bariera wodna (osłona ołowiana lub osłona z falistego aluminium)

• Zewnętrzna część służąca dodatkowej ochronie środowiska

 

Taka konstrukcja zapobiega przenikaniu wilgoci i zapewnia długoletnią niezawodność działania.

 

Ochrona mechaniczna

Pancerz z drutu stalowego zapewnia wytrzymałość na rozciąganie podczas układania i chroni przed zewnętrznymi uszkodzeniami mechanicznymi, takimi jak kotwice, sprzęt rybacki lub ścieranie dna morskiego.

 

Podwójne opancerzenie jest często stosowane w płytkiej wodzie lub w strefach wysokiego ryzyka.

 

Porównanie izolacji: TR-XLPE vs EPR

Podmorskie kable średniego napięcia wykorzystują głównie dwa systemy izolacji: TR-XLPE (usieciowany polietylen odporny na działanie drzew) i EPR (kauczuk etylenowo-propylenowy).

Obydwa materiały nadają się do zastosowań w łodziach podwodnych w połączeniu z odpowiednimi systemami blokującymi wodę.

Typ izolacji	Zalety	Rozważania
TR-XLPE	Niskie straty dielektryczne, wysoka wytrzymałość dielektryczna, doskonałe właściwości termiczne, silna odporność na starzenie się drzew wodnych	Nieco mniejsza elastyczność w porównaniu do EPR
EPR	Większa elastyczność, dobra odporność na naprężenia mechaniczne, dobre właściwości dielektryczne	Wyższe straty dielektryczne w porównaniu do XLPE

W nowoczesnych konstrukcjach podmorskich kabli SN, TR-XLPE jest powszechnie stosowany ze względu na niższe straty dielektryczne i doskonałą odporność na długotrwałe starzenie.

Należy zauważyć, że ochronę przed wnikaniem wody zapewniają dedykowane systemy blokujące wodę i metalowe osłony, a nie sam materiał izolacyjny.

---

Materiały przewodnika

 

W podmorskich kablach średniego napięcia można zastosować przewody miedziane lub aluminiowe, w zależności od wymagań projektu.

 

Przewodniki miedziane

• Wyższa przewodność elektryczna

• Mniejszy przekrój przewodu przy tym samym prądzie znamionowym

• Wyższa wytrzymałość na rozciąganie

• Nadaje się do zastosowań wysokoprądowych

 

Przewodniki aluminiowe

• Niższa gęstość (mniejsza waga)

• Ekonomiczne w przypadku transmisji na duże odległości

• Powszechnie stosowane w eksporcie morskich farm wiatrowych i kablach macierzowych

 

Wybór pomiędzy miedzią a aluminium zależy od:

 

• Aktualna ocena

• Warunki instalacji

• Ograniczenia wagi kabla

• Rozważania budżetowe

• Specyfikacje techniczne projektu

 

Właściwa konstrukcja złączy i praktyki instalacyjne zapewniają niezawodne działanie obu typów przewodów.

System blokowania wody i opancerzenia

 

Kable podmorskie wymagają kompleksowej ochrony przed wodą, aby zapewnić długoterminową niezawodność pod ciśnieniem hydrostatycznym.

 

Ochronę wodną w podmorskich kablach średniego napięcia osiąga się zazwyczaj poprzez:

 

Podłużne blokowanie wody

 

Zapobiega migracji wody wzdłuż osi kabla w przypadku uszkodzenia powłoki.

 

Typowe metody obejmują:

 

• Taśmy pęczniejące pod wpływem wody

• Proszek blokujący wodę

• Przędze pęczniejące pod wpływem wody

• Obrzęk sznurów

 

Materiały te pod wpływem wody rozszerzają się i uszczelniają uszkodzony obszar.

 

Promieniowa bariera wodna

 

Zapobiega przedostawaniu się wody z zewnątrz do wnętrza kabla.

Promieniowe bariery wodne zazwyczaj składają się z:

 

• Ołowiana osłona

• Osłona z falistego aluminium

 

Te warstwy metaliczne zapewniają całkowitą promieniową wodoszczelność i odporność na korozję.

 

System opancerzenia

 

Pancerz zapewnia wytrzymałość mechaniczną i ochronę zewnętrzną.

 

Funkcje obejmują:

• Wytrzymałość na rozciąganie podczas układania

• Odporność na ścieranie dna morskiego

• Ochrona przed działalnością połowową i kotwicami

• Odporność na uderzenia i zgniatanie

 

Rodzaje opancerzenia:

• Pancerz z pojedynczego drutu (SWA)

• Pancerz z podwójnego drutu (DWA)

 

Podwójne opancerzenie jest powszechnie stosowane w płytkiej wodzie lub w strefach wysokiego ryzyka.

---

Budowa kabli podmorskich (SN)

Podmorskie kable średniego napięcia to systemy wielowarstwowe. Każda warstwa pełni określoną funkcję elektryczną lub mechaniczną.

Warstwa	Funkcja techniczna
Dyrygent	Przewodnik miedziany lub aluminiowy (IEC 60228) przewodzi prąd znamionowy
Ekran dyrygenta	Warstwa półprzewodząca kontrolująca rozkład pola elektrycznego i eliminująca koncentrację naprężeń
Izolacja	Izolacja TR-XLPE lub EPR zapewniająca wytrzymałość dielektryczną i odporność na napięcie
Ekran izolacyjny	Warstwa półprzewodząca zapewniająca równomierne pole elektryczne i interfejs do ekranu metalicznego
Metaliczny ekran	Druty miedziane lub taśma miedziana zapewniająca ścieżkę prądu zwarciowego i ekranowanie elektromagnetyczne
Warstwa blokująca wodę	Zapobiega wzdłużnej migracji wody
Promieniowa bariera wodna	Płaszcz ołowiany lub aluminiowy falisty zapewniający wodoszczelność promieniową
Warstwa pościeli	Zapewnia mechaniczną separację i ochronę przed zbrojeniem
Pancerz	Pancerz z drutu stalowego zapewniający wytrzymałość na rozciąganie i ochronę mechaniczną
Zewnętrzna porcja	Zewnętrzna warstwa HDPE lub PP zapewniająca ochronę środowiska

 

 

Dodatkowe rozważania konstrukcyjne

Kable podwodne zazwyczaj zawierają dodatkowe warstwy konstrukcyjne i ochronne w porównaniu z kablami lądowymi, aby wytrzymać:

• Ciśnienie hydrostatyczne

• Uderzenie mechaniczne

• Ścieranie dna morskiego

• Siły rozciągające instalacji

W niektórych projektach podmorskie kable energetyczne mogą zawierać jednostki światłowodowe do celów komunikacyjnych i monitorowania.

Zewnętrzne średnice kabli różnią się w zależności od poziomu napięcia, rozmiaru przewodu i rodzaju pancerza i mogą przekraczać 50 mm w zastosowaniach średniego napięcia.

---

Elementy ochronne w podmorskich kablach średniego napięcia

Kable podmorskie wymagają kompleksowych systemów ochrony, aby zapewnić długą żywotność w środowisku morskim.

Element ochronny	Funkcja techniczna
System izolacji	TR-XLPE lub EPR zapewniające wytrzymałość dielektryczną i wydajność cieplną
Metaliczny ekran	Zapewnia ścieżkę prądu zwarciowego i ekranowanie elektromagnetyczne
Podłużne blokowanie wody	Zapobiega migracji wody wzdłuż kabla
Promieniowa bariera wodna	Płaszcz ołowiany lub aluminiowy falisty zapewniający wodoszczelność promieniową
Warstwa pościeli	Mechaniczna separacja przed zbrojeniem
Pancerz	Pancerz z drutu stalowego zapewniający wytrzymałość na rozciąganie i zewnętrzną ochronę mechaniczną
Zewnętrzna porcja	Zewnętrzna warstwa HDPE zapewniająca ochronę przed środowiskiem i ścieraniem

Ochrona kabli podmorskich jest znacznie solidniejsza niż standardowe konstrukcje kabli lądowych ze względu na trudne warunki morskie.

---

Technologia produkcji i łączenia

Kable podmorskie są produkowane przy użyciu kontrolowanych procesów wytłaczania i sieciowania, aby zapewnić jednolitą jakość izolacji.

Złącza fabryczne (FJ) lub złącza wulkanizowane fabrycznie (FVJ) służą do łączenia długich odcinków produkcyjnych. Stawy te utrzymują:

• Integralność elektryczna

• Wytrzymałość mechaniczna

• Wodoszczelność

Procedury łączenia zazwyczaj obejmują:

• Spawanie przewodnika

• Rekonstrukcja ekranu dyrygenta

• Ponowne sieciowanie izolacji XLPE

• Renowacja ekranu izolacyjnego

• Ponowne nałożenie powłoki metalicznej i barier wodnych

• Rutynowe testy elektryczne zgodnie z normami IEC

Kontrola jakości i testowanie

Zapewnienie jakości ma kluczowe znaczenie w produkcji kabli podmorskich. Produkcja odbywa się zgodnie ze ścisłymi procedurami kontroli i testowania zgodnie z normami IEC, takimi jak IEC 60502-2 (dla kabli SN).

Testowanie zazwyczaj obejmuje:

• Pomiar rezystancji przewodu

• Testowanie wyładowań częściowych (PD).

• Test wytrzymałości na napięcie AC

• Badanie integralności powłoki

• Kontrola wymiarowa

• Kontrola rentgenowska spawanych powłok metalowych lub połączeń fabrycznych

Kable podmorskie podlegają bardziej rygorystycznej kontroli jakości w porównaniu z kablami lądowymi ze względu na ich ograniczoną dostępność po instalacji.

---

Porównanie: kable podwodne i kable lądowe

Aspekt	Kable podwodne	Kable lądowe
Środowisko projektowe	Zaprojektowany do warunków morskich i podwodnych	Przeznaczony do instalacji naziemnej
Proces produkcyjny	Obejmuje systemy blokujące wodę, metalowe osłony, ciężki pancerz	Zwykle nie ma promieniowej bariery wodnej
Wytrzymałość mechaniczna	Przeznaczone do dużych obciążeń rozciągających podczas układania	Ograniczone wymagania dotyczące rozciągania
Instalacja	Układanie za pomocą kablowców z kontrolowanym napięciem	Montowane w rowach lub kanałach
Pancerz	Pojedynczy lub podwójny pancerz z drutu stalowego, w zależności od warunków na dnie morskim	Często nieopancerzone lub lekko opancerzone

---

Wymagania eksploatacyjne w środowiskach łodzi podwodnych

Ciśnienie hydrostatyczne i głębokość

Ciśnienie hydrostatyczne wzrasta o około 0,1 MPa na każde 10 metrów głębokości wody. Kable podmorskie muszą zachować integralność strukturalną i parametry elektryczne pod wpływem nacisków zewnętrznych.

Promieniowe bariery wodne i solidne pancerze zapewniają długoterminową niezawodność nawet na znacznych głębokościach.

---

Elastyczność i wytrzymałość mechaniczna

Kable podmorskie muszą równoważyć elastyczność i wytrzymałość mechaniczną, aby wytrzymać:

• Gięcie montażowe podczas układania

• Nieregularności dna morskiego

• Rozszerzalność cieplna podczas pracy

• Zewnętrzna agresja mechaniczna

Właściwa konstrukcja kabla zapewnia zgodność z minimalnym promieniem zgięcia i maksymalnym dopuszczalnym obciążeniem rozciągającym.

---

Odporność na środowisko

Środowiska morskie narażają kable na:

• Korozja solna

• Ścieranie przez materiały dna morskiego

• Wpływ zewnętrzny narzędzi połowowych lub kotwic

 

Zewnętrzne złącze HDPE i odporny na korozję pancerz chronią system kablowy przez długi okres użytkowania.

Ochrona antykorozyjna kabli podmorskich

Podmorskie kable energetyczne działają w agresywnym środowisku morskim, gdzie słona woda, ciśnienie hydrostatyczne i uderzenia mechaniczne mogą poważnie wpłynąć na żywotność. Dlatego ochrona przed korozją i konstrukcja blokująca wodę mają kluczowe znaczenie dla długoterminowej niezawodności.

 

Typowy podmorski kabel zasilający zawiera następujące elementy zabezpieczające:

1. Metaliczna bariera wodna

Kable podmorskie są zwykle wyposażone w ciągłą metalową barierę wodną, ​​taką jak:

• Ołowiana osłona

• Powłoka z falistej miedzi

• Osłona z falistego aluminium

Warstwa ta zapewnia:

• Promieniowa wodoszczelność

• Ochrona przed wnikaniem wilgoci

• Wzmocnienie mechaniczne

 

W odróżnieniu od tekstylnych warstw obsługujących, powłoka metaliczna stanowi podstawową barierę zapobiegającą przedostawaniu się wody do systemu ociepleniowego.

2. Promieniowe i wzdłużne blokowanie wody

Aby zapobiec migracji wody wzdłuż kabla w przypadku uszkodzeń zewnętrznych, kable podmorskie zawierają:

• Taśmy pęczniejące od wody

• Związki blokujące wodę

• Wzdłużne konstrukcje uszczelniające

Gwarantuje to, że żadne lokalne uszkodzenie nie doprowadzi do postępującej awarii wzdłuż kabla.

 

3. Powłoka zewnętrzna

Zewnętrzna osłona jest zwykle wykonana z polietylenu o dużej gęstości (HDPE) lub podobnych materiałów morskich. Zapewnia:

• Doskonała odporność na korozję w wodzie morskiej

• Wysoka wytrzymałość mechaniczna

• Odporność na ścieranie podczas układania i kontaktu z dnem morskim

 

Przędza polipropylenowa służąca może stanowić dodatkową warstwę ochronną, ale nie stanowi ona podstawowej bariery antykorozyjnej.

4. Pancerz z drutu stalowego

Pancerz z drutu stalowego ocynkowanego zapewnia:

• Wytrzymałość na rozciąganie podczas montażu

• Mechaniczna ochrona przed uderzeniami i działalnością wędkarską

• Odporność na zewnętrzne naprężenia mechaniczne

W zależności od głębokości instalacji i warunków na dnie morskim, w kablach można zastosować:

• Pancerz jednoprzewodowy (SWA)

• Pancerz dwuprzewodowy (DWA)

W zastosowaniach głębokowodnych konstrukcja pancerza jest zoptymalizowana w celu zrównoważenia ciężaru i wytrzymałości na rozciąganie.

 

5. Ochrona katodowa (specyficzna dla projektu)

 

Systemy ochrony katodowej są powszechnie stosowane w rurociągach podmorskich i dużych konstrukcjach stalowych.

W przypadku kabli podmorskich odporność na korozję osiąga się przede wszystkim poprzez:

• Ocynkowane zbrojenie

• Ochronna powłoka zewnętrzna

• Metaliczna bariera wodna

Ochronę katodową można uwzględnić w konkretnych projektach, ale nie jest to standardowa cecha wszystkich kabli podmorskich.

 

Przy odpowiednim projekcie konstrukcyjnym, wysokiej jakości materiałach i prawidłowych metodach instalacji podmorskie kable energetyczne mogą osiągnąć żywotność 25–40 lat lub więcej w trudnych warunkach morskich.

Zastosowania kabli podmorskich

Podmorskie kable energetyczne stosuje się tam, gdzie nie można zastosować linii napowietrznych lub podziemnych kabli naziemnych.

Są szeroko stosowane w:

• Połączenia z siecią morskich farm wiatrowych

• Międzywyspowy przesył energii

• Projekty połączeń międzymorskich

• Morskie platformy naftowe i gazowe

• Infrastruktura morska i obiekty podmorskie

Kable te zostały zaprojektowane do pracy w następujących warunkach:

• Wysokie ciśnienie hydrostatyczne

• Silne prądy oceaniczne

• Ruch dna morskiego

• Długotrwałe narażenie na słoną wodę

Właściwe badanie trasy, ocena głębokości zakopania i projekt zabezpieczeń są niezbędne, aby zapewnić długoterminową niezawodność systemu.

Znaczenie zgodności z normami międzynarodowymi

Zgodność z międzynarodowymi normami IEC gwarantuje, że podwodne kable energetyczne spełniają rygorystyczne wymagania dotyczące parametrów elektrycznych, wytrzymałości mechanicznej i długoterminowej niezawodności.

Każdy standard odgrywa określoną rolę:

• IEC 60228 zapewnia jakość przewodnika i sprawność elektryczną.

• Normy IEC 60502/60840/62067 definiują konstrukcję izolacji, badania typu i wymagania dotyczące parametrów napięciowych.

• IEC 60229 gwarantuje integralność powłoki zewnętrznej i ochronę przed wnikaniem wilgoci.

• Norma IEC 60287 zapewnia dokładne obliczenia wartości znamionowej prądu, aby zapobiec przegrzaniu.

• IEC 60853 definiuje wydajność w warunkach obciążenia cyklicznego i awaryjnego.

• Norma IEC 60092 zapewnia zgodność z wymaganiami dotyczącymi instalacji elektrycznych na morzu i morzu.

•        Spełniając te normy, podmorskie systemy kablowe osiągają:

• Zwiększone bezpieczeństwo operacyjne

• Wydłużony okres użytkowania

• Obniżone koszty konserwacji

• Lepsze zatwierdzanie projektów i akceptowalność przez banki

• Niezawodne działanie w trudnych warunkach morskich

Często zadawane pytania

Czym kable podmorskie różnią się od kabli lądowych?

Kable podmorskie mają więcej warstw niż kable lądowe. Warstwy te utrzymują wodę na zewnątrz i chronią kabel przed zranieniem zwierząt morskich. Chronią również kabel przed silnym ciśnieniem pod powierzchnią morza. Kable lądowe nie wymagają wszystkich tych warstw. W kablach podmorskich zastosowano specjalne materiały, które zapobiegają rdzewieniu i uszkodzeniom.

Czy pod wodą można używać zwykłych kabli średniego napięcia?

Nie, pod wodą nie można używać zwykłych kabli. Zwykłe kable nie blokują wody ani nie mają mocnego pancerza. Szybko się zniszczą, jeśli zostaną umieszczone pod wodą. Zawsze wybieraj kable przeznaczone do użytku na łodziach podwodnych.

Jak długo wytrzymują podmorskie kable średniego napięcia?

Większość kabli podmorskich ma trwałość od 25 do 40 lat. Dobra instalacja pomaga im dłużej służyć. Wytrzymałe materiały sprawiają również, że służą dłużej. Aby zapewnić bezpieczeństwo, należy często sprawdzać kabel.

Dlaczego w niektórych kablach podmorskich stosuje się aluminium zamiast miedzi?

Aluminium sprawia, że ​​kabel jest lżejszy niż miedź. Pomaga to przy wkładaniu kabli do głębokiej wody. Miedź lepiej przewodzi prąd, ale jest cięższa i droższa.