Điều gì làm cho cáp ngầm trung thế khác biệt với các loại khác
Cáp ngầm trung thế được thiết kế đặc biệt để truyền tải điện dưới nước. So với cáp mặt đất tiêu chuẩn, cáp ngầm phải chịu được áp suất thủy tĩnh, ăn mòn, tác động cơ học và tiếp xúc lâu dài với độ ẩm.
Cáp ngầm MV thường được thiết kế theo cấu trúc một lõi hoặc ba lõi tùy thuộc vào yêu cầu lắp đặt và điều kiện dự án.
Đặc điểm cấu trúc chính
Cáp ngầm trung thế thường bao gồm các lớp sau:
Dây dẫn (đồng hoặc nhôm, loại 2 hoặc dây dẫn nén theo IEC 60228)
Màn hình dây dẫn
Vật liệu cách nhiệt XLPE (loại chống thấm nước)
Màn cách nhiệt
Màn chắn kim loại (dây đồng hoặc băng đồng)
Lớp ngăn nước dọc
Rào cản nước xuyên tâm (vỏ chì hoặc vỏ nhôm sóng)
Lớp đệm
Bọc thép dây đơn hoặc đôi
Lớp phục vụ bên ngoài (PE hoặc PP)
Mỗi lớp phục vụ một mục đích kỹ thuật cụ thể, đảm bảo độ tin cậy về điện và bảo vệ cơ học trong điều kiện tàu ngầm.
Thiết kế ba lõi và lõi đơn
Cáp ngầm 3 lõi được sử dụng phổ biến cho hệ thống phân phối điện trung áp 3 pha. Cấu hình này làm giảm độ phức tạp của việc cài đặt và phù hợp cho các ứng dụng tuyến đường gần bờ hoặc ngắn hơn.
Để có dòng điện định mức cao hơn hoặc khoảng cách truyền dẫn dài hơn, cáp ngầm một lõi lắp đặt theo hình ba lá thường được ưa chuộng hơn do khả năng tản nhiệt tốt hơn và giảm tương tác điện từ.
Lựa chọn cách nhiệt
XLPE chống thấm của cây nước là vật liệu cách nhiệt được sử dụng phổ biến nhất cho cáp ngầm MV. Nó cung cấp:
Vật liệu cách nhiệt EPR có thể được sử dụng khi cần độ linh hoạt cao hơn, nhưng XLPE vẫn là lựa chọn chủ yếu cho hầu hết các ứng dụng năng lượng tàu ngầm.
Hệ thống bảo vệ nước
Không giống như cáp đất liền, cáp ngầm yêu cầu phải có lớp bảo vệ chống nước nhiều lớp:
Chặn nước theo chiều dọc (băng hoặc bột phồng nước)
Rào cản nước xuyên tâm (vỏ chì hoặc vỏ nhôm sóng)
Phục vụ bên ngoài để bảo vệ môi trường bổ sung
Cấu trúc này ngăn ngừa sự xâm nhập của hơi ẩm và đảm bảo độ tin cậy hoạt động lâu dài.
Bảo vệ cơ khí
Dây thép bọc thép cung cấp độ bền kéo cho các hoạt động lắp đặt và bảo vệ chống lại các hư hỏng cơ học bên ngoài như neo, ngư cụ hoặc mài mòn dưới đáy biển.
Áo giáp kép thường được sử dụng ở vùng nước nông hoặc vùng có nguy cơ cao.
So sánh cách điện: TR-XLPE và EPR
Cáp ngầm trung thế chủ yếu sử dụng hai hệ thống cách điện: TR-XLPE (Polyethylene liên kết ngang chống cháy cây) và EPR (Cao su Ethylene Propylene).
Cả hai vật liệu đều phù hợp với môi trường tàu ngầm khi kết hợp với hệ thống chặn nước thích hợp.
Loại cách nhiệt |
Thuận lợi |
Cân nhắc |
TR-XLPE |
Tổn thất điện môi thấp, độ bền điện môi cao, hiệu suất nhiệt tuyệt vời, khả năng chống lão hóa cây nước mạnh |
Tính linh hoạt thấp hơn một chút so với EPR |
EPR |
Tính linh hoạt cao hơn, khả năng chống chịu ứng suất cơ học tốt, hiệu suất điện môi tốt |
Tổn thất điện môi cao hơn so với XLPE |
Trong thiết kế cáp ngầm MV hiện đại, TR-XLPE được áp dụng rộng rãi do tổn thất điện môi thấp hơn và hiệu suất lão hóa lâu dài tuyệt vời.
Điều quan trọng cần lưu ý là khả năng chống xâm nhập của nước đạt được thông qua hệ thống chặn nước chuyên dụng và vỏ bọc kim loại thay vì chỉ bằng vật liệu cách nhiệt.
Vật liệu dẫn điện
Cáp ngầm trung thế có thể sử dụng dây dẫn bằng đồng hoặc nhôm tùy theo yêu cầu của dự án.
Dây dẫn đồng
Dây dẫn nhôm
Mật độ thấp hơn (trọng lượng nhẹ hơn)
Tiết kiệm chi phí cho truyền dẫn đường dài
Thường được sử dụng trong xuất khẩu trang trại gió ngoài khơi và cáp mảng
Sự lựa chọn giữa đồng và nhôm phụ thuộc vào:
Đánh giá hiện tại
Điều kiện lắp đặt
Giới hạn trọng lượng cáp
Cân nhắc ngân sách
Thông số kỹ thuật dự án
Thực hành thiết kế và lắp đặt đầu nối phù hợp đảm bảo hiệu suất đáng tin cậy cho cả hai loại dây dẫn.
Hệ thống chặn nước và bọc thép
Cáp ngầm yêu cầu bảo vệ chống nước toàn diện để đảm bảo độ tin cậy lâu dài dưới áp suất thủy tĩnh.
Khả năng chống nước trong cáp ngầm MV thường đạt được thông qua:
Chặn nước dọc
Ngăn chặn sự di chuyển của nước dọc theo trục cáp trong trường hợp vỏ bọc bị hư hỏng.
Các phương pháp phổ biến bao gồm:
Những vật liệu này nở ra khi tiếp xúc với nước và bịt kín khu vực bị hư hỏng.
Rào cản nước xuyên tâm
Ngăn chặn sự xâm nhập của nước từ bên ngoài vào bên trong cáp.
Rào cản nước xuyên tâm thường bao gồm:
Những lớp kim loại này cung cấp độ kín nước xuyên tâm hoàn toàn và khả năng chống ăn mòn.
Hệ thống bọc thép
Áo giáp cung cấp độ bền cơ học và bảo vệ bên ngoài.
Chức năng bao gồm:
Độ bền kéo trong quá trình vận hành
Khả năng chống mài mòn đáy biển
Bảo vệ chống lại các hoạt động đánh bắt cá và neo
Khả năng chống va đập và nghiền nát
Các loại bọc thép:
Áo giáp dây đơn (SWA)
Bọc thép đôi (DWA)
Áo giáp kép thường được sử dụng ở vùng nước nông hoặc vùng có nguy cơ cao.
Thi công cáp ngầm (MV)
Cáp ngầm trung thế là hệ thống được thiết kế nhiều lớp. Mỗi lớp thực hiện một chức năng điện hoặc cơ cụ thể.
Lớp |
Chức năng kỹ thuật |
dây dẫn |
Dây dẫn bằng đồng hoặc nhôm (IEC 60228), mang dòng điện định mức |
Màn hình dây dẫn |
Lớp bán dẫn kiểm soát sự phân bố điện trường và loại bỏ sự tập trung ứng suất |
cách nhiệt |
Cách điện TR-XLPE hoặc EPR cung cấp độ bền điện môi và khả năng chịu được điện áp |
Màn cách nhiệt |
Lớp bán dẫn đảm bảo điện trường đồng nhất và tiếp xúc với màn hình kim loại |
Màn hình kim loại |
Dây đồng hoặc băng đồng cung cấp đường dẫn dòng điện sự cố và che chắn điện từ |
Lớp chặn nước |
Ngăn chặn sự di chuyển của nước theo chiều dọc |
Rào cản nước xuyên tâm |
Vỏ bọc chì hoặc vỏ nhôm tôn đảm bảo độ kín nước xuyên tâm |
Lớp giường |
Cung cấp sự phân tách và bảo vệ cơ học trước khi bọc thép |
bọc thép |
Dây thép bọc thép cung cấp độ bền kéo và bảo vệ cơ học |
Phục vụ bên ngoài |
Lớp ngoài bằng nhựa HDPE hoặc PP để bảo vệ môi trường |
Những cân nhắc về cơ cấu bổ sung
Cáp ngầm thường kết hợp các lớp cấu trúc và bảo vệ bổ sung so với cáp đất liền để chịu được:
Áp suất thủy tĩnh
Tác động cơ học
Sự mài mòn đáy biển
Lực kéo lắp đặt
Trong một số dự án, cáp điện ngầm có thể tích hợp các bộ phận cáp quang cho mục đích liên lạc và giám sát.
Đường kính ngoài của cáp thay đổi tùy theo cấp điện áp, kích thước dây dẫn và loại vỏ bọc và có thể vượt quá 50 mm đối với các ứng dụng MV.
Các bộ phận bảo vệ trong cáp tàu ngầm MV
Cáp ngầm yêu cầu hệ thống bảo vệ toàn diện để đảm bảo tuổi thọ lâu dài trong môi trường biển.
Yếu tố bảo vệ |
Chức năng kỹ thuật |
Hệ thống cách nhiệt |
TR-XLPE hoặc EPR cung cấp độ bền điện môi và hiệu suất nhiệt |
Màn hình kim loại |
Cung cấp đường dẫn dòng điện sự cố và che chắn điện từ |
Chặn nước dọc |
Ngăn chặn sự di chuyển của nước dọc theo chiều dài cáp |
Rào cản nước xuyên tâm |
Vỏ bọc chì hoặc vỏ nhôm tôn đảm bảo độ kín nước xuyên tâm |
Lớp giường |
Tách cơ học trước khi bọc thép |
bọc thép |
Dây thép bọc thép cung cấp độ bền kéo và bảo vệ cơ học bên ngoài |
Phục vụ bên ngoài |
Lớp ngoài HDPE bảo vệ môi trường và chống mài mòn |
Bảo vệ cáp ngầm chắc chắn hơn đáng kể so với kết cấu cáp đất liền tiêu chuẩn do môi trường biển khắc nghiệt.
Công nghệ sản xuất và nối
Cáp ngầm được sản xuất bằng quy trình ép đùn và liên kết ngang có kiểm soát để đảm bảo chất lượng cách điện đồng đều.
Các mối nối nhà máy (FJ) hoặc Mối nối lưu hóa nhà máy (FVJ) được sử dụng để kết nối các chiều dài sản xuất dài. Các khớp này duy trì:
Tính toàn vẹn về điện
Độ bền cơ học
Độ kín nước
Thủ tục chung thường bao gồm:
Hàn dây dẫn
Tái thiết màn hình dây dẫn
Liên kết lại lớp cách điện XLPE
Phục hồi màn cách nhiệt
Tái sử dụng vỏ kim loại và rào cản nước
Kiểm tra điện thường xuyên theo tiêu chuẩn IEC
Kiểm soát và kiểm tra chất lượng
Đảm bảo chất lượng là rất quan trọng trong sản xuất cáp ngầm. Việc sản xuất tuân theo quy trình kiểm tra và thử nghiệm nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn IEC như IEC 60502-2 (đối với cáp trung thế).
Kiểm tra thường bao gồm:
Đo điện trở dây dẫn
Thử nghiệm phóng điện cục bộ (PD)
Thử nghiệm chịu được điện áp xoay chiều
Kiểm tra tính toàn vẹn của vỏ bọc
Kiểm tra kích thước
Kiểm tra bằng tia X đối với vỏ kim loại hàn hoặc mối nối nhà máy
Cáp ngầm được kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt hơn so với cáp đất liền do khả năng tiếp cận hạn chế sau khi lắp đặt.
So sánh: Cáp ngầm và cáp đất liền
Diện mạo |
Cáp ngầm |
Cáp đất |
Môi trường thiết kế |
Được thiết kế cho điều kiện biển và dưới nước |
Được thiết kế để lắp đặt trên mặt đất |
Quy trình sản xuất |
Bao gồm hệ thống chặn nước, vỏ kim loại, áo giáp hạng nặng |
Thông thường không có rào cản nước xuyên tâm |
Độ bền cơ học |
Được thiết kế cho tải trọng kéo cao trong quá trình lắp đặt |
Yêu cầu về độ bền kéo hạn chế |
Cài đặt |
Được rải bằng tàu rải cáp có lực căng được kiểm soát |
Được lắp đặt trong rãnh hoặc ống dẫn |
bọc thép |
Bọc thép dây đơn hoặc đôi tùy theo điều kiện đáy biển |
Thường không được bọc thép hoặc bọc thép nhẹ |
Yêu cầu về hiệu suất trong môi trường tàu ngầm
Áp suất thủy tĩnh và độ sâu
Áp suất thủy tĩnh tăng khoảng 0,1 MPa trên 10 mét độ sâu nước. Cáp ngầm phải duy trì tính toàn vẹn về cấu trúc và hiệu suất điện dưới những áp lực bên ngoài này.
Rào chắn nước hướng tâm và lớp bọc thép chắc chắn đảm bảo độ tin cậy lâu dài ngay cả ở độ sâu đáng kể.
Tính linh hoạt và độ bền cơ học
Cáp ngầm phải cân bằng giữa độ linh hoạt và độ bền cơ học để chịu được:
Lắp đặt uốn trong quá trình đặt
Những bất thường của đáy biển
Sự giãn nở nhiệt trong quá trình hoạt động
Sự xâm lược cơ học bên ngoài
Thiết kế cáp phù hợp đảm bảo tuân thủ bán kính uốn tối thiểu và yêu cầu tải trọng kéo tối đa cho phép.
Kháng môi trường
Môi trường biển khiến dây cáp bị:
Lớp bọc bên ngoài bằng nhựa HDPE và lớp bọc chống ăn mòn bảo vệ hệ thống cáp trong thời gian sử dụng lâu dài.
Bảo vệ chống ăn mòn cáp ngầm
Cáp điện ngầm hoạt động trong môi trường biển khắc nghiệt, nơi nước mặn, áp suất thủy tĩnh và tác động cơ học có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ sử dụng. Do đó, thiết kế chống ăn mòn và chặn nước là rất quan trọng để đảm bảo độ tin cậy lâu dài.
Một cáp điện ngầm điển hình bao gồm các bộ phận bảo vệ sau:
1. Rào chắn nước bằng kim loại
Cáp ngầm dưới biển thường được trang bị lớp chắn nước bằng kim loại liên tục, như:
Vỏ chì
Vỏ đồng sóng
Vỏ nhôm sóng
Lớp này cung cấp:
Không giống như các lớp dệt, vỏ kim loại là rào cản chính ngăn chặn sự xâm nhập của nước vào hệ thống cách nhiệt.
2. Chặn nước xuyên tâm và dọc
Để ngăn chặn sự di chuyển của nước dọc theo chiều dài cáp trong trường hợp hư hỏng từ bên ngoài, cáp ngầm kết hợp:
Băng phồng nước
Hợp chất chặn nước
Cấu trúc niêm phong dọc
Điều này đảm bảo rằng bất kỳ hư hỏng cục bộ nào cũng không dẫn đến hư hỏng dần dần dọc theo cáp.
3. Vỏ ngoài
Lớp vỏ bên ngoài thường được làm bằng polyetylen mật độ cao (HDPE) hoặc các vật liệu tương tự dành cho hàng hải. Nó cung cấp:
Sợi polypropylen có thể được sử dụng như một lớp bảo vệ bổ sung, nhưng nó không phải là hàng rào ăn mòn chính.
4. Bọc dây thép
Dây thép mạ kẽm bọc thép cung cấp:
Tùy thuộc vào độ sâu lắp đặt và điều kiện đáy biển, cáp có thể sử dụng:
Áo giáp dây đơn (SWA)
Áo giáp dây đôi (DWA)
Trong các ứng dụng ở vùng nước sâu, thiết kế áo giáp được tối ưu hóa để cân bằng trọng lượng và hiệu suất kéo.
5. Bảo vệ Cathodic (Dự án cụ thể)
Hệ thống bảo vệ catốt thường được sử dụng cho các đường ống ngoài khơi và các kết cấu thép lớn.
Đối với cáp ngầm, khả năng chống ăn mòn chủ yếu đạt được thông qua:
Bảo vệ catốt có thể được xem xét trong các thiết kế dự án cụ thể, nhưng nó không phải là tính năng tiêu chuẩn của tất cả các loại cáp ngầm.
Với thiết kế kết cấu phù hợp, vật liệu chất lượng cao và phương pháp lắp đặt chính xác, cáp điện ngầm có thể đạt được tuổi thọ sử dụng từ 25–40 năm trở lên trong môi trường khắc nghiệt ngoài khơi.
Ứng dụng cáp ngầm
Cáp điện ngầm được sử dụng ở những nơi không thể thực hiện được đường dây trên không hoặc cáp ngầm dưới đất.
Chúng được ứng dụng rộng rãi trong:
Kết nối lưới điện trang trại gió ngoài khơi
Truyền tải điện liên đảo
Dự án kết nối xuyên biển
Nền tảng dầu khí ngoài khơi
Cơ sở hạ tầng biển và các cơ sở dưới biển
Các loại cáp này được thiết kế để hoạt động trong:
Khảo sát tuyến đường thích hợp, đánh giá độ sâu chôn cất và thiết kế bảo vệ là rất cần thiết để đảm bảo độ tin cậy lâu dài của hệ thống.
Ý nghĩa của việc tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế
Việc tuân thủ các tiêu chuẩn IEC được quốc tế công nhận đảm bảo rằng cáp điện ngầm đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về hiệu suất điện, độ bền cơ học và độ tin cậy lâu dài.
Mỗi tiêu chuẩn có một vai trò cụ thể:
IEC 60228 đảm bảo chất lượng dây dẫn và hiệu suất điện.
IEC 60502/60840/62067 xác định các yêu cầu về cấu trúc cách điện, thử nghiệm kiểu và hiệu suất điện áp.
IEC 60229 đảm bảo tính toàn vẹn của vỏ bên ngoài và bảo vệ chống lại sự xâm nhập của hơi ẩm.
IEC 60287 đảm bảo tính toán định mức dòng điện chính xác để tránh quá nhiệt.
IEC 60853 xác định hiệu suất trong điều kiện tải theo chu kỳ và khẩn cấp.
IEC 60092 hỗ trợ tuân thủ các yêu cầu về điện ngoài khơi và trên biển.
Bằng cách tuân thủ các tiêu chuẩn này, hệ thống cáp ngầm đạt được:
Tăng cường an toàn vận hành
Tuổi thọ phục vụ kéo dài
Giảm chi phí bảo trì
Cải thiện phê duyệt dự án và khả năng vay vốn
Hiệu suất đáng tin cậy trong môi trường biển khắc nghiệt
Câu hỏi thường gặp
Điều gì khiến cáp ngầm khác với cáp đất liền?
Cáp ngầm có nhiều lớp hơn cáp đất liền. Những lớp này ngăn nước xâm nhập và ngăn chặn động vật biển làm tổn thương cáp. Chúng còn bảo vệ cáp khỏi áp lực mạnh dưới biển. Cáp đất không cần tất cả các lớp này. Cáp ngầm sử dụng vật liệu đặc biệt để chống gỉ và hư hỏng.
Bạn có thể sử dụng cáp trung thế thông thường dưới nước không?
Không, bạn không thể sử dụng cáp thông thường dưới nước. Cáp thông thường không chặn được nước hoặc có lớp giáp chắc chắn. Chúng sẽ gãy nhanh nếu đặt dưới nước. Luôn chọn cáp được sản xuất để sử dụng cho tàu ngầm.
Cáp ngầm trung thế có tuổi thọ bao lâu?
Hầu hết các dây cáp ngầm đều có tuổi thọ từ 25 đến 40 năm. Cài đặt tốt giúp chúng tồn tại lâu hơn. Vật liệu bền cũng làm cho chúng bền hơn trong nhiều năm. Bạn nên kiểm tra cáp thường xuyên để đảm bảo an toàn.
Tại sao một số dây cáp ngầm sử dụng nhôm thay vì đồng?
Nhôm làm cho cáp nhẹ hơn đồng. Điều này giúp ích khi đưa cáp vào vùng nước sâu. Đồng tốt hơn trong việc truyền tải điện nhưng nặng hơn và giá thành cao hơn.
