Los cables submarinos desempeñan un papel vital en la conectividad de islas costeras y ciudades alrededor del mundo, permitiendo la transmisión de electricidad y datos a largas distancias bajo el agua. Para satisfacer la creciente demanda de transmisión de energía y señales simultáneamente, han surgido los cables submarinos compuestos optoelectrónicos. Estos avances tecnológicos son esenciales para mantener el flujo constante de electricidad y datos en un mundo cada vez más interconectado.
Investigación de la Resistencia al Agua de los Conductores
En el diseño de cables submarinos, la resistencia al agua de los conductores es fundamental. Los cables deben soportar condiciones extremas de presión y humedad en el fondo del mar. La normativa internacional establece estrictos estándares para las pruebas de resistencia al agua de los conductores.
Las pruebas de resistencia al agua simulan la inmersión en agua a profundidades submarinas. Los cables deben resistir esta inmersión durante al menos 10 días a una temperatura igual a la ambiente, alrededor de 20 ℃ ± 15 ℃. La inspección visual posterior a las pruebas debe demostrar que no ha habido filtración de agua en ninguna parte del conductor.
Para mejorar la resistencia al agua, se ha adoptado comúnmente la estructura de presión circular ajustada en los conductores. Sin embargo, debido a las altas tensiones en los cables, el tamaño de la sección transversal del cable es grande, lo que presenta desafíos en términos de bloqueo del agua. La solución radica en utilizar máquinas de estranding de múltiples discos (al menos 91 discos) para reducir el diámetro de los conductores individuales y, así, minimizar los espacios entre ellos, lo que mejora la efectividad del bloqueo de agua.
Se recomienda utilizar una estructura de estranding concéntrico regular con cuerdas bloqueadoras de agua intercaladas en cada capa del conductor. Esto garantiza un bloqueo de agua efectivo y una transmisión segura.
Estudio de la Puesta a Tierra de Cables
La puesta a tierra es un aspecto crítico en cables de alta tensión. Para cables de 35kV o menos, se utilizan dos puntos de puesta a tierra en ambos extremos debido a su configuración de tres núcleos. Esto minimiza la posibilidad de voltaje inducido en la capa de blindaje metálico.
Sin embargo, para cables de un solo núcleo con tensiones superiores a 35kV, surge un desafío. El núcleo del cable se comporta como el devanado primario de un transformador, generando voltajes inducidos en la capa de blindaje metálico cuando se transporta corriente. Esto puede representar riesgos para la seguridad y la integridad del cable.
En tales casos, se recomienda la puesta a tierra de un solo punto en la capa de blindaje metálico, con un límite de 50-100V para el voltaje inducido. Para cables de mayor longitud, se pueden considerar métodos adicionales, como la segmentación de la capa de blindaje o el uso de aislamiento intermedio.
Para cables submarinos de gran longitud y ultra alta tensión, estas prácticas estándar pueden resultar insuficientes debido a la acumulación de voltaje inducido. Se requieren innovaciones para abordar este desafío, y algunas empresas han logrado avances significativos.
Investigación sobre Capas de Armadura de Cables Ópticos Compuestos
En los cables submarinos compuestos optoelectrónicos, las unidades de cables de fibra óptica representan un componente crítico. El diseño debe considerar tanto las propiedades ópticas como las mecánicas de estas unidades. Para proteger eficazmente las unidades de fibra óptica, se colocan en la capa de alambre de acero, evitando que el alambre de acero aplique presión directa sobre ellas.
Esta disposición protege las unidades de fibra óptica de daños mecánicos, asegurando una transmisión óptica confiable en entornos submarinos desafiantes.
Para cables de un solo núcleo, es esencial seleccionar materiales no magnéticos para la capa de armadura en entornos de sistemas de corriente alterna. En aplicaciones submarinas, la capa armada debe ser resistente a la corrosión y tener suficiente resistencia a la tracción. El alambre de acero inoxidable se considera una opción preferible para la armadura de cables. Sin embargo, en casos donde se busque un equilibrio entre costos y rendimiento, se pueden utilizar alambres de acero galvanizado junto con una estructura de aislamiento magnético.
El diseño de la capa de armadura debe basarse en la capacidad de corriente real requerida para garantizar un rendimiento óptimo.
Investigación de Equipos de Producción para Cables de Gran Longitud
La producción de cables submarinos de gran longitud, sin uniones, es un desafío significativo. La capacidad de los equipos para recibir y liberar cables de gran tonelaje sin interrupciones es un aspecto crítico. Esto se debe a que la longitud de cables como los de 110kV 1 × 500 puede superar fácilmente varios kilómetros, lo que dificulta su manipulación en una sola pieza.
En la actualidad, la tecnología de uniones de cables submarinos se ha vuelto cada vez más madura y se utiliza ampliamente para superar estas limitaciones.
Las empresas fabricantes de cables submarinos están explorando soluciones para mejorar la producción de cables de gran longitud. Esto implica no solo la capacidad de los equipos de producción sino también la logística interna y otros factores clave.
Investigación para Pruebas de Cables
Las pruebas de cables submarinos de gran longitud son un desafío debido a la dificultad de transportar estos cables largos. Los sistemas de suministro de energía para las pruebas de cables deben ser livianos y transportables hasta el sitio de almacenamiento.
Se recomienda utilizar un sistema de suministro de energía resonante con una tensión de salida de al menos 320kV y un rango de frecuencia de 30-300Hz. Sin embargo, debido a la longitud de los cables, la capacidad de los equipos de prueba de cables puede no ser suficiente. En tales casos, se pueden realizar muestreos en cables terminados para medir las descargas parciales como indicador de las propiedades eléctricas del cable.
Conclusión
Los avances en el diseño y desarrollo de cables submarinos compuestos optoelectrónicos son esenciales para la expansión de las redes de comunicaciones y la transmisión de electricidad a larga distancia. La resistencia al agua de los conductores, la puesta a tierra de cables de alta tensión, la investigación sobre cables ópticos compuestos, las capas de blindaje y los equipos de producción son áreas críticas de investigación que han llevado a mejoras significativas en la tecnología de cables submarinos.
Estos avances no solo garantizan la confiabilidad de las redes submarinas, sino que también permiten la transmisión eficiente de energía y datos en entornos marinos desafiantes, impulsando así la conectividad global. El futuro de los cables submarinos compuestos optoelectrónicos es prometedor a medida que continúa la evolución tecnológica en este campo.