Ce face ca cablurile submarine de medie tensiune să fie diferite de alte tipuri
Cablurile submarine de medie tensiune sunt special concepute pentru transmiterea energiei subacvatice. În comparație cu cablurile terestre standard, cablurile submarine trebuie să reziste la presiunea hidrostatică, coroziune, impact mecanic și expunere pe termen lung la umiditate.
Cablurile submarine MT sunt de obicei proiectate fie cu un singur conductor, fie cu trei conductori, în funcție de cerințele de instalare și de condițiile proiectului.
Caracteristici structurale cheie
Cablurile submarine de medie tensiune includ de obicei următoarele straturi:
Conductor (cupru sau aluminiu, clasa 2 sau conductor compactat conform IEC 60228)
Ecran conductor
Izolație XLPE (tip ignifug pentru arbori de apă)
Ecran de izolare
Ecran metalic (sârme de cupru sau bandă de cupru)
Straturi longitudinale de blocare a apei
Barieră radială de apă (teaca de plumb sau teaca de aluminiu ondulată)
Strat de așternut
Blindare din sârmă de oțel simplă sau dublă
Strat exterior de servire (PE sau PP)
Fiecare strat servește unui scop tehnic specific, asigurând fiabilitatea electrică și protecția mecanică în condiții submarine.
Design cu trei nuclee vs. design cu un singur nucleu
Cablurile submarine cu trei fire sunt utilizate în mod obișnuit pentru sistemele de distribuție trifazate de medie tensiune. Această configurație reduce complexitatea instalării și este potrivită pentru aplicații pe țărm sau rute mai scurte.
Pentru valori de curent mai mari sau distanțe de transmisie mai lungi, cablurile submarine cu un singur conductor instalate în formarea trifoilului sunt adesea preferate datorită disipării termice mai bune și interacțiunii electromagnetice reduse.
Alegerea izolației
XLPE ignifug pentru arbori de apă este cel mai frecvent utilizat material de izolare pentru cablurile submarine MT. Oferă:
Rigiditate dielectrică ridicată
Performanță termică excelentă
Durată lungă de viață
Rezistență bună la îmbătrânirea copacilor de apă
Izolația EPR poate fi utilizată acolo unde este necesară o flexibilitate mai mare, dar XLPE rămâne alegerea dominantă pentru majoritatea aplicațiilor de energie submarină.
Sistem de protecție a apei
Spre deosebire de cablurile terestre, cablurile submarine necesită protecție cu mai multe straturi de apă:
Blocarea longitudinală a apei (benzi sau pulbere pentru umflarea apei)
Barieră radială de apă (teaca de plumb sau teaca de aluminiu ondulată)
Servire exterioară pentru protecție suplimentară a mediului
Această structură previne pătrunderea umezelii și asigură fiabilitatea operațională pe termen lung.
Protectie mecanica
Armatura din sârmă de oțel oferă rezistență la tracțiune pentru operațiunile de pozare și protejează împotriva deteriorărilor mecanice externe, cum ar fi ancore, unelte de pescuit sau abraziunea fundului mării.
Blindarea dublă este adesea folosită în ape puțin adânci sau zone cu risc ridicat.
Comparație de izolație: TR-XLPE vs EPR
Cablurile submarine de medie tensiune folosesc în principal două sisteme de izolație: TR-XLPE (polietilenă reticulata ignifugă de arbore) și EPR (cauciuc etilenă propilenă).
Ambele materiale sunt potrivite pentru mediile submarine atunci când sunt combinate cu sisteme adecvate de blocare a apei.
Tip de izolare |
Avantaje |
Considerații |
TR-XLPE |
Pierderi dielectrice scăzute, rezistență dielectrică ridicată, performanță termică excelentă, rezistență puternică la îmbătrânirea copacilor de apă |
Flexibilitate ușor mai mică în comparație cu EPR |
EPR |
Flexibilitate mai mare, rezistență bună la stres mecanic, performanță dielectrică bună |
Pierderi dielectrice mai mari comparativ cu XLPE |
În designul modern al cablurilor submarine MT, TR-XLPE este adoptat pe scară largă datorită pierderilor sale dielectrice mai mici și performanței excelente de îmbătrânire pe termen lung.
Este important de remarcat că protecția la pătrunderea apei se realizează prin sisteme dedicate de blocare a apei și înveliș metalic, mai degrabă decât doar prin materialul izolator.
Materiale conductoare
Cablurile submarine de medie tensiune pot folosi fie conductori din cupru, fie din aluminiu, în funcție de cerințele proiectului.
Conductori de cupru
Conductivitate electrică mai mare
Secțiune transversală mai mică a conductorului pentru același curent nominal
Rezistență la tracțiune mai mare
Potrivit pentru aplicații cu curent ridicat
Conductori din aluminiu
Densitate mai mică (greutate mai mică)
Eficient din punct de vedere al costurilor pentru transmisia pe distanțe lungi
Folosit în mod obișnuit la exportul parcurilor eoliene offshore și cablurile matrice
Alegerea dintre cupru și aluminiu depinde de:
Practicile de proiectare și instalare adecvate a conectorilor asigură performanțe fiabile pentru ambele tipuri de conductori.
Sistem de blocare a apei și blindare
Cablurile submarine necesită o protecție completă a apei pentru a asigura fiabilitatea pe termen lung sub presiune hidrostatică.
Protecția apei în cablurile submarine MT se realizează de obicei prin:
Blocarea longitudinală a apei
Previne migrarea apei de-a lungul axei cablului în caz de deteriorare a mantalei.
Metodele comune includ:
Benzi umflabile cu apă
Pudră de blocare a apei
Fire umflabile cu apă
Corzile umflate
Aceste materiale se extind la contactul cu apa și etanșează zona deteriorată.
Bariera radială de apă
Împiedică pătrunderea apei din exterior spre interiorul cablului.
Barierele radiale de apă constau de obicei din:
Aceste straturi metalice oferă etanșeitate radială completă și rezistență la coroziune.
Sistem de blindare
Blindatul oferă rezistență mecanică și protecție externă.
Funcțiile includ:
Rezistenta la tractiune in timpul operatiilor de pozare
Rezistență la abraziunea fundului mării
Protecție împotriva activităților de pescuit și a ancorelor
Rezistență la impact și la strivire
Tipuri de blindaj:
Blindarea dublă este folosită în mod obișnuit în ape puțin adânci sau în zonele cu risc ridicat.
Construcție cablu submarin (MV)
Cablurile submarine de medie tensiune sunt sisteme proiectate cu mai multe straturi. Fiecare strat îndeplinește o funcție electrică sau mecanică specifică.
Strat |
Funcția tehnică |
Conductor |
Conductor de cupru sau aluminiu (IEC 60228), transportă curent nominal |
Ecran conductor |
Strat semiconductor care controlează distribuția câmpului electric și elimină concentrarea tensiunilor |
Izolare |
Izolație TR-XLPE sau EPR care oferă rezistență dielectrică și capacitate de rezistență la tensiune |
Ecran de izolare |
Strat semiconductor care asigură câmp electric uniform și interfață cu ecranul metalic |
Ecran metalic |
Fire de cupru sau bandă de cupru care asigură calea curentului de defect și ecranare electromagnetică |
Strat de blocare a apei |
Previne migrarea longitudinală a apei |
Bariera radială de apă |
Manta de plumb sau manta din aluminiu ondulat asigurand etansitatea radiala la apa |
Strat de pat |
Oferă separare mecanică și protecție înainte de blindare |
Blindare |
Armatura din sarma de otel care ofera rezistenta la tractiune si protectie mecanica |
Servire exterioară |
Strat exterior HDPE sau PP pentru protecția mediului |
Considerații structurale suplimentare
Cablurile submarine încorporează de obicei straturi structurale și de protecție suplimentare în comparație cu cablurile terestre pentru a rezista la:
În unele proiecte, cablurile de alimentare submarine pot integra unități de fibră optică în scopuri de comunicare și monitorizare.
Diametrele exterioare ale cablurilor variază în funcție de nivelul de tensiune, dimensiunea conductorului și tipul de blindaj și pot depăși 50 mm pentru aplicațiile MV.
Elemente de protecție în cablurile submarine MT
Cablurile submarine necesită sisteme de protecție cuprinzătoare pentru a asigura o durată lungă de viață în medii marine.
Element de protecție |
Funcția tehnică |
Sistem de izolare |
TR-XLPE sau EPR care oferă rezistență dielectrică și performanță termică |
Ecran metalic |
Oferă calea curentului de defect și ecranare electromagnetică |
Blocarea longitudinală a apei |
Previne migrarea apei de-a lungul lungimii cablului |
Bariera radială de apă |
Manta de plumb sau manta din aluminiu ondulat asigurand etansitatea radiala la apa |
Strat de pat |
Separarea mecanică înainte de blindare |
Blindare |
Blindat din sârmă de oțel care asigură rezistență la tracțiune și protecție mecanică externă |
Servire exterioară |
Stratul exterior HDPE care asigură protecție împotriva abraziunii și a mediului |
Protecția cablurilor submarine este semnificativ mai robustă decât construcția standard a cablurilor terestre din cauza mediului marin dur.
Tehnologia de fabricație și îmbinări
Cablurile submarine sunt fabricate folosind procese controlate de extrudare și reticulare pentru a asigura o calitate uniformă a izolației.
Îmbinările din fabrică (FJ) sau îmbinările vulcanizate din fabrică (FVJ) sunt utilizate pentru a conecta lungimi mari de producție. Aceste articulații mențin:
Integritate electrică
Rezistenta mecanica
Etanșeitate la apă
Procedurile de îmbinare includ de obicei:
Sudarea conductorilor
Reconstituirea ecranului conductorului
Re-reticulare a izolației XLPE
Refacerea ecranului de izolare
Reaplicarea învelișului metalic și a barierelor de apă
Testare electrică de rutină în conformitate cu standardele IEC
Controlul și testarea calității
Asigurarea calității este esențială în fabricarea cablurilor submarine. Producția urmează proceduri stricte de inspecție și testare în conformitate cu standardele IEC, cum ar fi IEC 60502-2 (pentru cabluri MT).
Testarea include de obicei:
Măsurarea rezistenței conductoarelor
Testarea de descărcare parțială (PD).
Testarea rezistenței la tensiunea AC
Testarea integrității tecii
Inspecție dimensională
Inspecție cu raze X pentru învelișuri metalice sudate sau îmbinări din fabrică
Cablurile submarine sunt supuse unor controale de calitate mai stricte în comparație cu cablurile terestre din cauza accesibilității lor limitate după instalare.
Comparație: cabluri submarine vs terestre
Aspect |
Cabluri submarine |
Cabluri Terestre |
Mediul de proiectare |
Proiectat pentru condiții marine și subacvatice |
Proiectat pentru instalare terestră |
Procesul de producție |
Include sisteme de blocare a apei, teci metalice, blindaje grele |
De obicei nu există barieră radială de apă |
Rezistență mecanică |
Proiectat pentru sarcini mari la tracțiune în timpul așezării |
Cerințe limitate de tracțiune |
Instalare |
Așezat de nave de pozare a cablurilor cu tensiune controlată |
Instalat în șanțuri sau conducte |
Blindare |
Blindare din sârmă de oțel simplă sau dublă, în funcție de condițiile fundului mării |
Adesea neblindate sau ușor blindate |
Cerințe de performanță în medii submarine
Presiune hidrostatică și adâncime
Presiunea hidrostatică crește cu aproximativ 0,1 MPa la 10 metri de adâncime a apei. Cablurile submarine trebuie să mențină integritatea structurală și performanța electrică sub aceste presiuni externe.
Barierele radiale de apă și blindajul robust asigură fiabilitatea pe termen lung chiar și la adâncimi semnificative.
Flexibilitate și rezistență mecanică
Cablurile submarine trebuie să echilibreze flexibilitatea și rezistența mecanică pentru a rezista:
Îndoirea instalației în timpul așezării
Nereguli ale fundului mării
Expansiunea termică în timpul funcționării
Agresiune mecanică externă
Designul adecvat al cablului asigură respectarea razei minime de îndoire și a cerințelor de sarcină de tracțiune maximă admisă.
Rezistența mediului
Mediile marine expun cablurile la:
Servirea exterioară HDPE și blindajul rezistent la coroziune protejează sistemul de cabluri pe o durată lungă de viață.
Protecția la coroziune a cablurilor submarine
Cablurile de alimentare submarine funcționează în medii marine agresive, unde apa sărată, presiunea hidrostatică și impactul mecanic pot afecta grav durata de viață. Prin urmare, protecția împotriva coroziunii și proiectarea de blocare a apei sunt esențiale pentru fiabilitatea pe termen lung.
Un cablu de alimentare tipic submarin include următoarele elemente de protecție:
1. Bariera metalica de apa
Cablurile submarine sunt de obicei echipate cu o barieră metalică continuă de apă, cum ar fi:
Acest strat oferă:
Spre deosebire de straturile de servire textile, învelișul metalic este bariera principală care împiedică pătrunderea apei în sistemul de izolație.
2. Blocarea radială și longitudinală a apei
Pentru a preveni migrarea apei de-a lungul lungimii cablului în caz de deteriorare externă, cablurile submarine încorporează:
Acest lucru asigură că orice deteriorare locală nu duce la o defecțiune progresivă de-a lungul cablului.
3. Teaca exterioara
Mantaua exterioară este de obicei realizată din polietilenă de înaltă densitate (HDPE) sau materiale similare de calitate marine. Acesta oferă:
Rezistență excelentă la coroziunea apei de mare
Rezistență mecanică ridicată
Rezistenta la abraziune in timpul ouarii si contactului cu fundul marii
Servirea de fire de polipropilenă poate fi aplicată ca un strat protector suplimentar, dar nu este bariera principală împotriva coroziunii.
4. Blindare din sârmă de oțel
Blindatul din sarma de otel galvanizat asigura:
Rezistenta la tractiune pentru instalare
Protecție mecanică împotriva impactului și activităților de pescuit
Rezistență la stres mecanic extern
În funcție de adâncimea de instalare și de condițiile fundului mării, cablurile pot utiliza:
În aplicațiile de apă adâncă, designul armurii este optimizat pentru a echilibra greutatea și performanța la tracțiune.
5. Protecție catodică (specifică proiectului)
Sistemele de protecție catodică sunt utilizate în general pentru conductele offshore și structurile mari din oțel.
Pentru cablurile submarine, rezistența la coroziune se obține în principal prin:
Protecția catodă poate fi luată în considerare în proiecte specifice, dar nu este o caracteristică standard a tuturor cablurilor submarine.
Cu un design structural adecvat, materiale de înaltă calitate și metode de instalare corecte, cablurile de alimentare submarine pot atinge o durată de viață de 25-40 de ani sau mai mult în medii dure offshore.
Aplicații pentru cabluri submarine
Cablurile de alimentare submarine sunt utilizate acolo unde liniile aeriene sau cablurile terestre subterane nu sunt fezabile.
Sunt aplicate pe scară largă în:
Conexiuni la rețeaua parcurilor eoliene offshore
Transmisia de energie între insule
Proiecte de interconectare trans-marină
Platforme offshore de petrol și gaze
Infrastructură marină și instalații submarine
Aceste cabluri sunt proiectate pentru a funcționa sub:
Presiune hidrostatică ridicată
Curenți oceanici puternici
Mișcarea fundului mării
Expunere pe termen lung la apă sărată
Studiul corect al traseului, evaluarea adâncimii de îngropare și proiectarea protecției sunt esențiale pentru a asigura fiabilitatea pe termen lung a sistemului.
Semnificația conformității cu standardele internaționale
Conformitatea cu standardele IEC recunoscute la nivel internațional asigură că cablurile de alimentare submarine îndeplinesc cerințe stricte de performanță electrică, rezistență mecanică și fiabilitate pe termen lung.
Fiecare standard joacă un rol specific:
IEC 60228 asigură calitatea conductorului și eficiența electrică.
IEC 60502 / 60840 / 62067 definesc structura izolației, testele de tip și cerințele de performanță a tensiunii.
IEC 60229 garantează integritatea mantalei exterioare și protecția împotriva pătrunderii umezelii.
IEC 60287 asigură calcule precise ale curentului nominal pentru a preveni supraîncălzirea.
IEC 60853 definește performanța în condiții de încărcare ciclică și de urgență.
IEC 60092 acceptă conformitatea cu cerințele electrice offshore și maritime.
Prin respectarea acestor standarde, sistemele de cabluri submarine realizează:
Siguranță operațională sporită
Durată de viață extinsă
Costuri de întreținere reduse
Îmbunătățirea aprobării proiectelor și a posibilității bancare
Performanță fiabilă în medii marine dure
FAQ
Ce diferă cablurile submarine de cablurile terestre?
Cablurile submarine au mai multe straturi decât cablurile terestre. Aceste straturi țin apa și împiedică animalele marine să rănească cablul. De asemenea, protejează cablul de presiunea puternică sub mare. Cablurile terestre nu au nevoie de toate aceste straturi. Cablurile submarine folosesc materiale speciale pentru a opri rugina și deteriorarea.
Puteți folosi cabluri obișnuite de medie tensiune sub apă?
Nu, nu puteți folosi cabluri obișnuite sub apă. Cablurile obișnuite nu blochează apa și nu au armură puternică. Se vor rupe repede dacă sunt puse sub apă. Alegeți întotdeauna cabluri făcute pentru uz submarin.
Cât durează cablurile submarine de medie tensiune?
Majoritatea cablurilor submarine durează între 25 și 40 de ani. Instalarea bună le ajută să reziste mai mult. Materialele rezistente le fac, de asemenea, să reziste mai mulți ani. Ar trebui să verificați des cablul pentru a-l menține în siguranță.
De ce unele cabluri submarine folosesc aluminiu în loc de cupru?
Aluminiul face cablul mai ușor decât cuprul. Acest lucru ajută la introducerea cablurilor în apă adâncă. Cuprul este mai bun pentru transportul electricității, dar este mai greu și costă mai mult.
