O que diferencia os cabos submarinos de média tensão de outros tipos
Os cabos submarinos de média tensão são especialmente projetados para transmissão de energia subaquática. Em comparação com os cabos terrestres padrão, os cabos submarinos devem suportar pressão hidrostática, corrosão, impacto mecânico e exposição prolongada à umidade.
Os cabos submarinos de MT são normalmente projetados em construção de núcleo único ou de três núcleos, dependendo dos requisitos de instalação e das condições do projeto.
Principais características estruturais
Os cabos submarinos de média tensão geralmente incluem as seguintes camadas:
Condutor (cobre ou alumínio, classe 2 ou condutor compactado conforme IEC 60228)
Tela do condutor
Isolamento XLPE (tipo retardador de árvore de água)
Tela de isolamento
Tela metálica (fios de cobre ou fita de cobre)
Camadas longitudinais de bloqueio de água
Barreira radial contra água (bainha de chumbo ou bainha de alumínio corrugado)
Camada de cama
Blindagem de fio de aço simples ou duplo
Camada externa de serviço (PE ou PP)
Cada camada atende a uma finalidade técnica específica, garantindo confiabilidade elétrica e proteção mecânica em condições submarinas.
Design de três núcleos versus design de núcleo único
Cabos submarinos de três núcleos são comumente usados para sistemas de distribuição trifásicos de média tensão. Esta configuração reduz a complexidade da instalação e é adequada para aplicações perto da costa ou em rotas mais curtas.
Para classificações de corrente mais altas ou distâncias de transmissão mais longas, cabos submarinos de núcleo único instalados em formação de trevo são frequentemente preferidos devido à melhor dissipação térmica e à interação eletromagnética reduzida.
Seleção de Isolamento
O XLPE retardador de árvores de água é o material de isolamento mais comumente usado para cabos submarinos de MT. Oferece:
O isolamento EPR pode ser usado onde for necessária maior flexibilidade, mas o XLPE continua sendo a escolha dominante para a maioria das aplicações de energia submarina.
Sistema de proteção de água
Ao contrário dos cabos terrestres, os cabos submarinos requerem proteção multicamadas contra a água:
Bloqueio longitudinal de água (fitas ou pó de inchaço de água)
Barreira radial contra água (bainha de chumbo ou bainha de alumínio corrugado)
Serviço externo para proteção ambiental adicional
Esta estrutura evita a penetração de umidade e garante confiabilidade operacional a longo prazo.
Proteção Mecânica
A blindagem de arame de aço fornece resistência à tração para operações de assentamento e protege contra danos mecânicos externos, como âncoras, artes de pesca ou abrasão do fundo do mar.
A blindagem dupla é frequentemente usada em águas rasas ou zonas de alto risco.
Comparação de isolamento: TR-XLPE vs EPR
Os cabos submarinos de média tensão utilizam principalmente dois sistemas de isolamento: TR-XLPE (Polietileno Reticulado Retardador de Árvores) e EPR (Borracha de Etileno Propileno).
Ambos os materiais são adequados para ambientes submarinos quando combinados com sistemas adequados de bloqueio de água.
Tipo de isolamento |
Vantagens |
Considerações |
TR-XLPE |
Baixas perdas dielétricas, alta rigidez dielétrica, excelente desempenho térmico, forte resistência ao envelhecimento das árvores pela água |
Flexibilidade ligeiramente menor em comparação com EPR |
RPE |
Maior flexibilidade, boa resistência ao estresse mecânico, bom desempenho dielétrico |
Perdas dielétricas mais altas em comparação com XLPE |
No projeto moderno de cabos submarinos de MT, o TR-XLPE é amplamente adotado devido às suas menores perdas dielétricas e excelente desempenho de envelhecimento a longo prazo.
É importante notar que a proteção contra a entrada de água é obtida através de sistemas dedicados de bloqueio de água e bainhas metálicas, e não apenas pelo material de isolamento.
Materiais condutores
Os cabos submarinos de média tensão podem utilizar condutores de cobre ou alumínio, dependendo dos requisitos do projeto.
Condutores de cobre
Maior condutividade elétrica
Seção transversal do condutor menor para a mesma classificação de corrente
Maior resistência à tração
Adequado para aplicações de alta corrente
Condutores de Alumínio
Densidade mais baixa (peso mais leve)
Econômico para transmissão de longa distância
Comumente usado na exportação de parques eólicos offshore e cabos de matriz
A escolha entre cobre e alumínio depende de:
Classificação atual
Condições de instalação
Limitações de peso do cabo
Considerações orçamentárias
Especificações técnicas do projeto
O projeto adequado do conector e as práticas de instalação garantem um desempenho confiável para ambos os tipos de condutores.
Sistema de Bloqueio de Água e Blindagem
Os cabos submarinos exigem proteção abrangente contra água para garantir confiabilidade a longo prazo sob pressão hidrostática.
A proteção da água em cabos submarinos de MT é normalmente alcançada através de:
Bloqueio Longitudinal de Água
Evita a migração de água ao longo do eixo do cabo em caso de danos na bainha.
Os métodos comuns incluem:
Esses materiais se expandem ao entrar em contato com a água e selam a área danificada.
Barreira Radial de Água
Impede a penetração de água de fora para dentro do cabo.
As barreiras radiais de água normalmente consistem em:
Estas camadas metálicas proporcionam completa estanqueidade radial e resistência à corrosão.
Sistema de Blindagem
A blindagem fornece resistência mecânica e proteção externa.
As funções incluem:
Resistência à tração durante operações de assentamento
Resistência à abrasão do fundo do mar
Proteção contra atividades pesqueiras e âncoras
Resistência ao impacto e esmagamento
Tipos de blindagem:
A blindagem dupla é comumente usada em águas rasas ou zonas de alto risco.
Construção de cabos submarinos (MT)
Os cabos submarinos de média tensão são sistemas de engenharia multicamadas. Cada camada desempenha uma função elétrica ou mecânica específica.
Camada |
Função Técnica |
Condutor |
Condutor de cobre ou alumínio (IEC 60228), transporta corrente nominal |
Tela do condutor |
Camada semicondutora que controla a distribuição do campo elétrico e elimina a concentração de tensão |
Isolamento |
Isolamento TR-XLPE ou EPR proporcionando resistência dielétrica e capacidade de resistência à tensão |
Tela de isolamento |
Camada semicondutora garantindo campo elétrico uniforme e interface com tela metálica |
Tela Metálica |
Fios de cobre ou fita de cobre fornecendo caminho de corrente de falha e blindagem eletromagnética |
Camada de bloqueio de água |
Impede a migração longitudinal da água |
Barreira Radial de Água |
Bainha de chumbo ou bainha de alumínio corrugado garantindo estanqueidade radial |
Camada de cama |
Fornece separação mecânica e proteção antes da blindagem |
Blindagem |
Blindagem de fio de aço proporcionando resistência à tração e proteção mecânica |
Porção Externa |
Camada externa HDPE ou PP para proteção ambiental |
Considerações estruturais adicionais
Os cabos submarinos normalmente incorporam camadas estruturais e protetoras adicionais em comparação aos cabos terrestres para resistir:
Em alguns projetos, os cabos de energia submarinos podem integrar unidades de fibra óptica para fins de comunicação e monitoramento.
Os diâmetros externos do cabo variam dependendo do nível de tensão, tamanho do condutor e tipo de blindagem, e podem exceder 50 mm para aplicações de MT.
Elementos de proteção em cabos submarinos de MT
Os cabos submarinos requerem sistemas de proteção abrangentes para garantir uma longa vida útil em ambientes marinhos.
Elemento de proteção |
Função Técnica |
Sistema de Isolamento |
TR-XLPE ou EPR proporcionando rigidez dielétrica e desempenho térmico |
Tela Metálica |
Fornece caminho de corrente de falha e blindagem eletromagnética |
Bloqueio Longitudinal de Água |
Evita a migração de água ao longo do comprimento do cabo |
Barreira Radial de Água |
Bainha de chumbo ou bainha de alumínio corrugado garantindo estanqueidade radial |
Camada de cama |
Separação mecânica antes da blindagem |
Blindagem |
Blindagem de fio de aço proporcionando resistência à tração e proteção mecânica externa |
Porção Externa |
Camada externa de HDPE que fornece proteção ambiental e contra abrasão |
A proteção de cabos submarinos é significativamente mais robusta do que a construção de cabos terrestres padrão devido ao ambiente marinho hostil.
Tecnologia de Fabricação e Articulação
Os cabos submarinos são fabricados utilizando processos controlados de extrusão e reticulação para garantir uma qualidade de isolamento uniforme.
Juntas de fábrica (FJ) ou juntas vulcanizadas de fábrica (FVJ) são usadas para conectar longos comprimentos de produção. Essas articulações mantêm:
Integridade elétrica
Resistência mecânica
Estanqueidade à água
Os procedimentos de união normalmente incluem:
Soldagem de condutores
Reconstrução da tela condutora
Religação cruzada de isolamento XLPE
Restauração de tela de isolamento
Reaplicação de bainha metálica e barreiras de água
Testes elétricos de rotina de acordo com os padrões IEC
Controle e testes de qualidade
A garantia de qualidade é fundamental na fabricação de cabos submarinos. A produção segue rigorosos procedimentos de inspeção e teste de acordo com as normas IEC, como IEC 60502-2 (para cabos de MT).
O teste normalmente inclui:
Medição de resistência do condutor
Teste de descarga parcial (PD)
Teste de resistência à tensão CA
Teste de integridade da bainha
Inspeção dimensional
Inspeção por raios X para bainhas metálicas soldadas ou juntas de fábrica
Os cabos submarinos passam por controles de qualidade mais rigorosos em comparação aos cabos terrestres devido à sua acessibilidade limitada após a instalação.
Comparação: Cabos Submarinos vs Terrestres
Aspecto |
Cabos Submarinos |
Cabos Terrestres |
Ambiente de projeto |
Projetado para condições marítimas e subaquáticas |
Projetado para instalação terrestre |
Processo de Produção |
Inclui sistemas de bloqueio de água, bainhas metálicas, blindagem pesada |
Normalmente não há barreira radial de água |
Resistência Mecânica |
Projetado para cargas de alta resistência durante o assentamento |
Requisitos de tração limitados |
Instalação |
Colocado por navios lança-cabos com tensão controlada |
Instalado em valas ou dutos |
Blindagem |
Blindagem de fio de aço simples ou duplo, dependendo das condições do fundo do mar |
Muitas vezes sem blindagem ou com blindagem leve |
Requisitos de Desempenho em Ambientes Submarinos
Pressão Hidrostática e Profundidade
A pressão hidrostática aumenta aproximadamente 0,1 MPa por 10 metros de profundidade da água. Os cabos submarinos devem manter a integridade estrutural e o desempenho elétrico sob essas pressões externas.
Barreiras radiais contra água e blindagem robusta garantem confiabilidade a longo prazo, mesmo em profundidades significativas.
Flexibilidade e resistência mecânica
Os cabos submarinos devem equilibrar flexibilidade e resistência mecânica para suportar:
Flexão de instalação durante o assentamento
Irregularidades no fundo do mar
Expansão térmica durante a operação
Agressão mecânica externa
O projeto adequado do cabo garante a conformidade com os requisitos de raio de curvatura mínimo e carga de tração máxima permitida.
Resistência Ambiental
Os ambientes marítimos expõem os cabos a:
A porção externa de HDPE e a blindagem resistente à corrosão protegem o sistema de cabos durante uma longa vida útil.
Proteção Contra Corrosão de Cabos Submarinos
Os cabos de energia submarinos operam em ambientes marinhos agressivos onde a água salgada, a pressão hidrostática e o impacto mecânico podem afetar gravemente a vida útil. Portanto, a proteção contra corrosão e o projeto de bloqueio de água são essenciais para a confiabilidade a longo prazo.
Um cabo de alimentação submarino típico inclui os seguintes elementos de proteção:
1. Barreira Metálica de Água
Os cabos submarinos geralmente são equipados com uma barreira metálica contínua contra água, como:
Esta camada fornece:
Ao contrário das camadas têxteis, a bainha metálica é a barreira primária que impede a penetração de água no sistema de isolamento.
2. Bloqueio de Água Radial e Longitudinal
Para evitar a migração de água ao longo do comprimento do cabo em caso de danos externos, os cabos submarinos incorporam:
Fitas que incham com água
Compostos bloqueadores de água
Estruturas de vedação longitudinal
Isto garante que qualquer dano local não conduza a uma falha progressiva ao longo do cabo.
3. Bainha Externa
A bainha externa é normalmente feita de polietileno de alta densidade (HDPE) ou materiais similares de qualidade marítima. Ele fornece:
Excelente resistência à corrosão da água do mar
Alta resistência mecânica
Resistência à abrasão durante a colocação e contato com o fundo do mar
O fio de polipropileno pode ser aplicado como uma camada protetora adicional, mas não é a barreira primária contra a corrosão.
4. Blindagem de fio de aço
A blindagem de arame de aço galvanizado proporciona:
Resistência à tração para instalação
Proteção mecânica contra impactos e atividades de pesca
Resistência ao estresse mecânico externo
Dependendo da profundidade da instalação e das condições do fundo do mar, os cabos podem utilizar:
Em aplicações em águas profundas, o design da blindagem é otimizado para equilibrar peso e desempenho de tração.
5. Proteção Catódica (Específica do Projeto)
Os sistemas de proteção catódica são geralmente usados para dutos offshore e grandes estruturas de aço.
Para cabos submarinos, a resistência à corrosão é alcançada principalmente através de:
A proteção catódica pode ser considerada em projetos específicos, mas não é um recurso padrão de todos os cabos submarinos.
Com um projeto estrutural adequado, materiais de alta qualidade e métodos de instalação corretos, os cabos de energia submarinos podem atingir uma vida útil de 25 a 40 anos ou mais em ambientes offshore adversos.
Aplicações de cabos submarinos
Cabos de energia submarinos são usados onde linhas aéreas ou cabos terrestres subterrâneos não são viáveis.
Eles são amplamente aplicados em:
Conexões de rede de parques eólicos offshore
Transmissão de energia entre ilhas
Projetos de interconexão transmarítima
Plataformas offshore de petróleo e gás
Infraestrutura marítima e instalações submarinas
Esses cabos são projetados para operar sob:
Alta pressão hidrostática
Fortes correntes oceânicas
Movimento do fundo do mar
Exposição prolongada à água salgada
O levantamento adequado da rota, a avaliação da profundidade do sepultamento e o projeto de proteção são essenciais para garantir a confiabilidade do sistema a longo prazo.
Importância da conformidade com os padrões internacionais
A conformidade com os padrões IEC reconhecidos internacionalmente garante que os cabos de energia submarinos atendam aos rigorosos requisitos de desempenho elétrico, resistência mecânica e confiabilidade a longo prazo.
Cada padrão desempenha uma função específica:
A IEC 60228 garante a qualidade do condutor e a eficiência elétrica.
IEC 60502/60840/62067 definem estrutura de isolamento, testes de tipo e requisitos de desempenho de tensão.
A IEC 60229 garante a integridade do revestimento externo e proteção contra a entrada de umidade.
A IEC 60287 garante cálculos precisos de classificação de corrente para evitar superaquecimento.
A IEC 60853 define o desempenho sob condições de carga cíclica e de emergência.
A IEC 60092 apoia a conformidade com os requisitos elétricos offshore e marítimos.
Ao cumprir estas normas, os sistemas de cabos submarinos alcançam:
Segurança operacional aprimorada
Vida útil prolongada
Custos de manutenção reduzidos
Melhor aprovação de projetos e viabilidade financeira
Desempenho confiável em ambientes marítimos adversos
Perguntas frequentes
O que diferencia os cabos submarinos dos cabos terrestres?
Os cabos submarinos têm mais camadas do que os cabos terrestres. Essas camadas impedem a entrada de água e evitam que animais marinhos danifiquem o cabo. Eles também protegem o cabo da forte pressão submarina. Os cabos terrestres não precisam de todas essas camadas. Os cabos submarinos usam materiais especiais para evitar ferrugem e danos.
Você pode usar cabos normais de média tensão debaixo d’água?
Não, você não pode usar cabos normais debaixo d'água. Os cabos normais não bloqueiam a água nem possuem blindagem forte. Eles quebrarão rapidamente se forem colocados debaixo d'água. Escolha sempre cabos feitos para uso submarino.
Quanto tempo duram os cabos submarinos de média tensão?
A maioria dos cabos submarinos dura entre 25 e 40 anos. Uma boa instalação ajuda-os a durar mais. Materiais fortes também fazem com que durem mais anos. Você deve verificar o cabo com frequência para mantê-lo seguro.
Por que alguns cabos submarinos usam alumínio em vez de cobre?
O alumínio torna o cabo mais leve que o cobre. Isso ajuda ao colocar cabos em águas profundas. O cobre é melhor para transportar eletricidade, mas é mais pesado e custa mais.
