Installazione a terra di cavi sottomarini: test della lubrificazione dei cavi per tiraggi difficoltosi

La domanda di cavi elettrici sottomarini è in aumento, soprattutto a causa dell’espansione delle energie rinnovabili offshore e dei nuovi interconnettori transfrontalieri progettati per diversificare l’approvvigionamento energetico regionale. I parchi eolici offshore forniscono una fonte di energia rinnovabile altamente costante e ad alta capacità sfruttando venti marini più rapidi e affidabili. Come esempio, un’interconnessione tra Francia e Irlanda copre 300 miglia (480 km) e aiuta gli operatori di rete a bilanciare la generazione e la domanda in modo più efficiente. La domanda di queste risorse continua ad aumentare. Man mano che vengono installati e collegati alla rete terrestre più cavi sottomarini (per energia e telecomunicazioni), i metodi continuano a essere testati e migliorati. Polywater® contribuisce a questo sforzo.

La gestione della transizione da offshore a onshore durante l’operazione di approdo a terra è di fondamentale importanza durante la pianificazione dell’installazione. I metodi si stanno evolvendo. In passato, la trincea aperta era un metodo comune ed economico per installare il cavo durante le operazioni di approdo a terra. Questo metodo richiede l’accesso diretto alla spiaggia. Nelle aree con elevata escursione di marea e moto ondoso energico, la trincea può essere problematica. La trincea ha un impatto sulle aree pubbliche e di conseguenza l’opinione pubblica non è favorevole. Ottenere l’autorizzazione è diventato più difficile. Si stanno evolvendo nuove tecniche di onshoring.

Metodi di installazione a terra di cavi sottomarini

In molte installazioni a terra, l’imposizione di restrizioni ambientali determina tecniche di installazione alternative. Una tecnica di installazione sempre più comune è la perforazione orizzontale direzionale (HDD). Questo metodo è complesso, ma molto meno dannoso per la spiaggia. L’HDD è la tecnica più comune utilizzata negli approdi dei cavi sottomarini. È un metodo di installazione tecnica che richiede pianificazione e diligenza. Il fango di perforazione deve essere catturato. Altri metodi alternativi importanti sono Micro tunnel e Tubazione diretta. Questi metodi possono essere più adattabili alle difficili condizioni del terreno. Sono interessanti anche perché consentono l’installazione di più cavi nello stesso tunnel.

Poiché la scatola di giunzione di transizione richiede molto spazio, è spesso situata nell’entroterra. La progettazione dell’approdo a terra è dettata dal terreno e da altre considerazioni civili. Ciò, a sua volta, determina la scelta del condotto, in polietilene o in acciaio, e la distanza di trazione. Questa sezione di trazione dei cavi è spesso lunga e difficile. Richiede una pianificazione speciale. Man mano che si evolvono diversi metodi per installare cavi a terra, si stanno anche sviluppando tecniche per tirare cavi sottomarini attraverso condotti.

Negli ultimi cinque anni Polywater ha registrato un aumento di questi progetti di installazione. Abbiamo avuto più conversazioni con progettisti, ingegneri e installatori mentre i metodi continuano a migliorare. Si tratta di progetti difficili da pianificare. Ci sono molti fattori sconosciuti. Mentre continuiamo a studiare e testare, Polywater spera di ottenere più risposte e di saperne di più sui vantaggi della lubrificazione in queste installazioni.

Come i cavi elettrici sottomarini si differenziano dai cavi terrestri

I cavi sottomarini sono un elemento relativamente nuovo nel laboratorio Polywater. Negli ultimi anni i test si sono ampliati in modo significativo. I cavi sottomarini sono progettati in modo diverso dai cavi terrestri sotterranei. I cavi sottomarini sono progettati per resistere a condizioni ambientali estreme e alla pressione esterna dell’acqua. Questi cavi sono costruiti per affrontare considerazioni meccaniche estreme, tra cui le forze dei carichi assiali durante l’installazione del cavo e le forze di flessione e torsione causate dall’azione dell’onda e dalle correnti sottomarine.

Gli elementi di progettazione comuni dei cavi sottomarini includono:

• I cavi elettrici sottomarini sono pesanti e pesano in genere 50-160 kg/m (35-105 lb/ft).
• I cavi hanno una guaina metallica, una guaina in polietilene e un rinforzo in nastro metallico. Questi elementi proteggono il cavo dall’ingresso di acqua e preservano le proprietà elettriche.
• I cavi di alimentazione sottomarini sono corazzati con fili progettati per migliorare la stabilità della tensione e l’equilibrio di torsione.
• La guaina esterna del cavo è solitamente costituita da strati di filo di polipropilene avvolti in un rivestimento asfaltico. Ciò aggiunge un’ulteriore protezione meccanica e dalla corrosione.
• La fibra è costruita nel cavo per misurare gli effetti termici e rilevare i movimenti vicino al cavo.

I limiti massimi di trazione per i cavi tirati attraverso il condotto durante l’installazione a terra sono stabiliti dal produttore del cavo. Alcuni produttori di cavi considerano il fatto che la forza viene trasferita all’armatura e consentono tensioni di trazione più elevate. In ogni caso, durante la pianificazione dell’installazione vengono attentamente considerate le tensioni dei cavi.

Operazioni di tiraggio sulla costa per l’installazione di cavi sottomarini

Il percorso del cavo dall’imbarcazione per la posa all’ingresso del condotto varia da progetto a progetto. Il modo in cui il cavo raggiunge la scatola di giunzione di transizione nell’entroterra durante il “tiraggio terrestre” evidenzia l’ingegnosità ingegneristica in questo campo. Varia in base alle attrezzature, alle condizioni della costa e ad altri fattori. Di seguito sono riportati due scenari di installazione rappresentativi.

Alimentazione dall’imbarcazione

In questo tiraggio sulla costa, il cavo viene erogato dal nastro della nave attraverso un dispositivo di tensionamento e poi attraverso lo scivolo della nave mentre il cavo viene tirato attraverso l’HDD utilizzando un argano a terra. Il cavo viene calato sott’acqua e inserito nell’ingresso HDD all’approdo sulla costa. La lubrificazione può avvenire a bordo della nave prima che il cavo venga alimentato attraverso lo scivolo della nave.

Assistenza con cantilever

In questo tiraggio sulla costa, viene creata un’estensione del condotto e viene appesa a una piattaforma di assistenza cantilever chiamata nave autosollevante. Il cavo viene erogato dal nastro della nave attraverso il tenditore e fino alla nave autosollevante. In questo caso, il cavo viene lubrificato mentre entra nel condotto HDD vicino al cantilever sulla nave autosollevante.

Lubrificazione dei cavi durante l’installazione sulla costa

In entrambi i casi, il lubrificante deve persistere e continuare a funzionare in un ambiente acquoso. Durante l’analisi della pianificazione, c’è un’attenzione speciale alla configurazione del cavo e alla sua integrità. Alcuni dei criteri limitanti comprendono:

• Tensione massima consentita del cavo
• Raggio minimo di curvatura
• Pressione laterale massima (SWP)

Una volta che il cavo raggiunge il condotto, viene tirato a bassa velocità. L’acqua offre galleggiabilità e c’è poca resistenza. A causa della bassa velocità di trazione, il processo è considerato quasi statico. Anche con l’effetto di galleggiabilità, il cavo è pesante e viene tirato a lunga distanza. È importante rivedere la tensione di trazione durante la fase di progettazione e pianificazione dell’operazione. È utile avere una buona stima del coefficiente di attrito (COF) previsto tra cavo e condotto.

Test di laboratorio di lubrificazione dei cavi sottomarini

Replica delle condizioni di trazione sulla costa

In Polywater, cerchiamo di comprendere le condizioni di installazione dei cavi e replicarle nel nostro laboratorio. Ciò ci aiuta a progettare lubrificanti mirati per utilizzi finali specifici. Ci aiuta a guidare gli ingegneri nella stima del COF e supporta gli installatori con le migliori tecniche di lubrificazione dei cavi. È difficile assegnare un valore del coefficiente di attrito per un’installazione di trazione sulla costa.

I recenti test COF di Polywater rappresentano 3 diversi produttori di cavi con 3 progetti diversi. In due di questi casi, il piano è quello di tirare i cavi nei condotti in acciaio, aumentando la difficoltà dell’installazione.

La superficie esterna del cavo e la superficie del condotto sono essenziali per testare il COF. I cavi sottomarini sono avvolti con filati in polipropilene premuti in un rivestimento asfaltico (bitume). Questo strato aggiunge un’ulteriore protezione contro la corrosione e le forze meccaniche. Aggiunge resistenza all’abrasione e all’attrito. Questo strato è talvolta chiamato portata o letto. È una delle numerose caratteristiche uniche dei cavi sottomarini che interessa particolarmente Polywater quando testiamo il COF e l’efficacia della lubrificazione.

La superficie del filo in polipropilene è molto diversa da un tipico cavo di terra. Il filo crea una superficie strutturata con più superficie da coprire per un lubrificante. Per riprodurre le condizioni superficiali, i produttori di cavi hanno ottenuto diversi campioni di cavi sottomarini o di filati in polipropilene. Sono stati testati cavi sottomarini o campioni di “cavi” in laboratorio realizzati da strati di filo di polipropilene avvolto. Sebbene siano state osservate differenze nel filo, nei risultati dei test non sono state notate grandi differenze nelle prestazioni.

La superficie in polipropilene lubrificata è stata testata a secco e dopo l’ammollo in acqua salata per 24 ore o testata mentre era immersa in acqua. Il condotto in acciaio valutato presentava uno strato di ossido (ruggine) come scenario peggiore. Le informazioni condivise di seguito sono solo la parte iniziale della nostra ricerca.

Risultati del coefficiente di attrito (COF)

Una delle prime cose da notare in questo set di dati è l’uso del lubrificante Polywater NN produce risultati costanti su più cavi. C’è una certa perdita di efficacia dopo l’ammollo in acqua, ma le prestazioni continuano a mostrare miglioramenti rispetto al controllo non lubrificato.

L’uso di Polywater NN mostra una riduzione del COF dal 30% al 65% nei condotti in HDPE e una riduzione del COF dal 40% al 50% nei condotti in acciaio. Dopo il test di immersione in acqua, Polywater NN rimane efficace. Il lubrificante persiste in questa versione di laboratorio di un ambiente acquoso. Dopo l’esposizione all’acqua, i risultati del COF di Polywater NN sono entro il 25% del test di lubrificazione standard e all’asciutto.

Questo tiene conto di alcune delle condizioni sul campo, ma non di tutte. I test di laboratorio dimostrano cosa potrebbe essere possibile in uno scenario di installazione ottimale. Un aspetto di questo test è quanto bene il lubrificante può ricoprire il filo in polipropilene senza essere lavato via poiché l’installazione di cavi sottomarini è in un ambiente così estremo. Un altro quesito che continuiamo ad approfondire è se il lubrificante può aggiungere ancora più protezione per evitare che il filo si consumi e si sfilacci.

Ricerche future sull’installazione di cavi sottomarini a Polywater

Il nostro lavoro è appena iniziato. Successivamente, raccoglieremo i dati sulla tensione sul campo dalle installazioni sottomarine di tiraggio sulla costa e li confronteremo con i risultati di laboratorio. Costruire questa base di conoscenze aiuterà gli ingegneri nei progetti futuri. In definitiva, una comprensione più profonda del processo di installazione guida lo sviluppo del prodotto, consentendoci di progettare lubrificanti superiori per cavi sottomarini. Qual è la tua esperienza? Ci piacerebbe saperne di più.

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