Подводные кабели: конструкция, особенности, укладка и муфты

Введение в подводные кабели и подводные силовые кабели

Введение в подводные кабели

Развитие оффшорных ветропарков и нефтегазовых оффшорных платформ требует установки силовых, управляющих, мониторинговых и коммуникационных кабелей между платформами и берегом.

Для этой цели укладываются подводные кабели, которые также используются для передачи энергии и/или связи между островами и материком, между странами и даже между континентами.

Характеристики подводных кабелей

Подводные кабели, которые должны соответствовать стандарту МЭК 60288^[1], специально проектируются и изготавливаются для монтажа под водой, укладываются на дне, с учетом того, что дно неровное и каменистое, что существуют морские животные, которые могут повредить кабели, и что обязательно, чтобы кабели выдерживали цунами и вулканическую активность, а также тролли, используемые рыбаками, которые опаснее, чем сама рыба.

Для определения характеристик подводного кабеля необходимо учитывать следующие параметры:

• Окружающая температура (дно и суша).
• Глубина залегания.
• Особые требования к защите/укладке у береговой линии (более глубокая укладка, направленное бурение…).
• Осевое расстояние между кабелями.
• Тепловое сопротивление дна и суши.
• Длина подводного кабеля.
• Глубины воды.

Типичные номинальные напряжения силовых подводных кабелей составляют от 3,6/6(7,2) кВ до 290/500(525) кВ в системах переменного тока, и выше в системах постоянного тока.

В зависимости от номинального напряжения и поперечного сечения (для систем постоянного тока производители изготавливают эти кабели с сечением до 2500 мм² и для номинального напряжения сети до 725 кВ) они могут быть многоядерными или одножильными.

• Обязательно прочитайте: Почему коаксиальные кабели высоко изолированы?

Характеристики силовых подводных кабелей

Основные характеристики силовых подводных кабелей:

• Жила: Медь или алюминий. В случае, если жилы будут использоваться на больших глубинах и по запросу, жила герметизируется специальным материалом, предотвращающим проникновение воды при повреждении кабеля.
• Изоляция: XLPE, EPR или MIND (маслонапроленная бумага).
• Экранирование: Медные проволоки или ленты и свинцовая оболочка где требуется.
• Броня: Защита кабеля от механических напряжений достигается бронированием, состоящим из стальных проводов (для одножильных кабелей броня должна быть из немагнитного материала — обычно алюминий — чтобы избежать перегрева брони из-за токов Фуко^[2] — эффект Джоуля), которые также обеспечивают кабелям необходимую механическую прочность при укладке или прокладке. Стальные проволоки имеют разные категории предельной нагрузки на разрыв и сильно оцинкованы.
• Внешняя защита: Внешняя защита кабеля, в зависимости от условий и требований монтажа, достигается ПВХ или ПЭ оболочкой и слоями полипропиленовых нитей или джута.

Также читайте: Типы кабелей, используемых для внутренней проводки

Трехжильные силовые кабели могут также иметь оптоволоконные кабели для связи, как показано на рисунке 1

Рисунок 1 – Конструкция трехфазного подводного кабеля

• Также читайте: Почему кабели линий электропередач и воздушные линии висят слабо на столбах и вышках?

Когда используются одножильные силовые кабели, обычно они не включают оптоволокно и в этом случае необходимо также устанавливать оптоволоконные подводные кабели, как показано на рисунке 3.

Рисунок 2 – Оптоволоконный подводный кабель

Некоторые производители включают в один подводный кабель связи (оптоволокно) и управление подводными системами обработки и бустинга, будь то требования к низковольтному, средневольтному или высоковольтному питанию — уmbilical кабели (см. рисунок 3).

Уmbilical кабели могут также включать низко- и высокодавленные линии (стальные трубки) для жидкостей.

Рисунок 3 – Уmbilical кабель

• Также читайте: Как локализовать неисправности в кабелях? Неисправности кабелей, типы и причины

Основная процедура укладки подводных кабелей

Укладка подводного кабеля — это удивительно сложное, опасное и дорогое дело.

Маршруты нужно обследовать, разрабатывать технологии, кабель нужно укладывать, не теряя, не ломая и не повреждая его.

Перед установкой подводного кабеля необходимо выполнить ряд действий:

• Выбрать трассу, используя актуальные навигационные карты.
• Оценить геологические условия выбранной трассы.
• Провести идентификацию дна, в частности, касательно батиметрии (глубины), уклона, наличия рельефных инцидентов, литологии (природы дна), экологических условий, таких как соленость, температура и pH, и динамических движений, которые могут существовать на дне (волны, морские течения и т.д.) или которые могут на него влиять (цунами, вулканическая активность, иловые течения и т.д.).

После того как трасса выбрана и все изыскания дна завершены, необходимо выяснить, есть ли какие-либо участки, где кабель должен быть закапываться (с использованием гидроразрушающей машины) и разработать специфические технологии для постоянного мониторинга места, где уложен кабель, чтобы избежать повреждений или потери кабеля.

Укладка подводных кабелей обычно выполняется кабельукладывающим судном, как видно на рисунках 4 и 5, и роботы могут использоваться для контроля укладки кабеля (см. рисунок 6).

Рисунок 4 – Кабельукладывающее судно

Рисунок 5 – Укладка подводного кабеля

Рисунок 6 – Робот для укладки кабеля

• Что такое маленькие цилиндры на шнурах питания и кабелях?

Муфты подводных кабелей

Когда подводный кабель имеет большую длину или если происходит повреждение в кабеле, необходимо устанавливать муфты кабелей.

Эти муфты кабелей, которые подвергаются высоким давлениям, выполняются до укладки кабеля на дне (когда это возможно — на производстве), должны быть протестированы на изоляцию и диэлектрическую прочность а также на ультразвуковые и рентгеновские испытания, чтобы гарантировать надежность монтажа.

Рисунок 7 показывает этап выполнения муфты подводного кабеля.

Рисунок 7 – Выполнение муфты подводного кабеля

Полезно знать:

^[1] МЭК: Международная электротехническая комиссия.

^[2] Токи Фуко — это индуцированные токи (явление магнитной индукции).

Галерея подводных / подморских и силовых подводных кабелей

Об авторе: Мануэль Болотинья

- Лиценциат по электротехнике — Энергетика и системы энергоснабжения (1974 — Instituto Superior Técnico/Университет Лиссабона)
— Магистр по электротехнике и компьютерной инженерии (2017 — Faculdade de Ciências e Tecnologia/Новый университет Лиссабона)
— Старший консультант по подстанциям и системам энергоснабжения; профессиональный инструктор

Вы также можете прочитать:

• Сопротивление изоляции кабеля | Почему кабели изолированы?
• Как найти подходящий сечение кабеля и провода для электроустановки
• Калькулятор сечения электрического провода и кабеля (Медь и Алюминий)