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Cable de alimentación submarino

Sección transversal del cable eléctrico submarino utilizado en el parque eólico de la isla Wolfe .
Conexiones HVDC en Europa
Rojo=en funcionamiento
Verde=decidido/en construcción
Azul=planificado

Un cable submarino es un cable de transmisión para transportar energía eléctrica por debajo de la superficie del agua. [1] Se les llama "submarinos" porque suelen transportar energía eléctrica por debajo del agua salada (brazos de océano , mares , estrechos , etc.) pero también es posible utilizar cables submarinos por debajo del agua dulce (grandes lagos y ríos ). Existen ejemplos de estos últimos que conectan el continente con grandes islas en el río San Lorenzo .

Tecnologías de diseño

El propósito de los cables eléctricos submarinos es el transporte de corriente eléctrica a alto voltaje . El núcleo eléctrico es un conjunto concéntrico de conductor interno , aislamiento eléctrico y capas protectoras (similar al diseño de un cable coaxial ). [2] Los cables modernos de tres núcleos (por ejemplo, para la conexión de turbinas eólicas marinas ) a menudo llevan fibras ópticas para transmisión de datos o medición de temperatura, además de los conductores eléctricos.

Conductor

El conductor está hecho de alambres de cobre o aluminio, este último material tiene una pequeña pero creciente cuota de mercado. Los tamaños de conductor ≤ 1200 mm2 son los más comunes, pero ocasionalmente se han fabricado tamaños ≥ 2400 mm2 . Para voltajes ≥ 12 kV, los conductores son redondos de modo que el aislamiento está expuesto a un gradiente de campo eléctrico uniforme . El conductor puede estar trenzado a partir de alambres redondos individuales o puede ser un solo alambre sólido. En algunos diseños, los alambres perfilados (alambres trapezoidales) se colocan para formar un conductor redondo con intersticios muy pequeños entre los alambres.

Aislamiento

En la actualidad, se utilizan principalmente tres tipos diferentes de aislamiento eléctrico alrededor del conductor. El polietileno reticulado (XLPE) se utiliza hasta una tensión de sistema de 420 kV. Se produce por extrusión , con un espesor de aislamiento de hasta unos 30 mm; los cables de clase 36 kV tienen solo un espesor de aislamiento de 5,5 a 8 mm. Ciertas formulaciones de aislamiento XLPE también se pueden utilizar para CC. Los cables llenos de aceite de baja presión tienen un aislamiento superpuesto a partir de tiras de papel. Todo el núcleo del cable está impregnado con un fluido aislante de baja viscosidad ( aceite mineral o sintético). Un canal de aceite central en el conductor facilita el flujo de aceite en cables de hasta 525 kV para cuando el cable se calienta, pero rara vez se usa en cables submarinos debido al riesgo de contaminación por petróleo con daños en el cable. Los cables impregnados en masa también tienen un aislamiento superpuesto a papel, pero el compuesto de impregnación es altamente viscoso y no sale cuando el cable está dañado. El aislamiento impregnado en masa se puede utilizar para cables masivos HVDC de hasta 525 kV.

Blindaje

Los cables ≥ 52 kV están equipados con una cubierta de plomo extruido para evitar la intrusión de agua. Hasta ahora no se han aceptado otros materiales. La aleación de plomo se extruye sobre el aislamiento en longitudes largas (es posible más de 50 km). En esta etapa, el producto se llama núcleo del cable. En los cables unipolares, el núcleo está rodeado por una armadura concéntrica. En los cables tripolares, tres núcleos de cable se colocan en una configuración en espiral antes de aplicar la armadura. La armadura consiste en la mayoría de los casos en alambres de acero, empapados en betún para protegerlos contra la corrosión. Dado que el campo magnético alterno en los cables de CA causa pérdidas en la armadura, estos cables a veces están equipados con materiales metálicos no magnéticos (acero inoxidable, cobre, latón).

Alto voltaje o alta corriente

Como la energía eléctrica es un producto de la corriente eléctrica y el voltaje : P = IU, se puede aumentar, en principio, la potencia transmitida por un cable ya sea aumentando el voltaje de entrada o la corriente de entrada. Sin embargo, en la práctica, la transmisión de energía eléctrica es más eficiente energéticamente si se utilizan líneas eléctricas de alto voltaje (en lugar de líneas de alta corriente). Esto se puede explicar con el siguiente cálculo aproximado :

Definir: P=potencia, U=voltaje, I=corriente, i=entrada, o=salidaentonces: potencia de entrada Pi=Ii*Ui y potencia de salida Po=Io*Uo.Debido a la conservación de la carga, el valor absoluto de la corriente se conserva (tanto en los casos de CC como de CA), por lo tantoLa corriente de salida es la misma que la corriente de entrada |Io| = |Ii| =I .Entonces la caída de tensión es: Ui-Uo = I*R o Uo = Ui-I*R,La potencia de salida es Po=I*Uo = I* (Ui-I*R) yla eficiencia energética = Po/Pi = I* (Ui-I*R)/ I*Ui = Ui/Ui-IR/Ui=1- IR/Ui .

La última fórmula muestra que disminuir la corriente de funcionamiento y aumentar el voltaje de entrada mejora la eficiencia de la transmisión de energía eléctrica a través de un conductor eléctrico.


CA o CC

La mayoría de los sistemas de transmisión de energía eléctrica utilizan corriente alterna (CA) , porque los transformadores pueden cambiar fácilmente los voltajes según sea necesario. La transmisión de corriente continua de alto voltaje requiere un convertidor en cada extremo de una línea de corriente continua para interactuar con una red de corriente alterna. Un sistema que utiliza cables de energía submarinos puede ser menos costoso en general si utiliza transmisión de corriente continua de alto voltaje, especialmente en un enlace largo donde la capacitancia del cable requeriría demasiada corriente de carga adicional. Los conductores internos y externos de un cable forman las placas de un capacitor y, si el cable es largo (del orden de decenas de kilómetros), la corriente que fluye a través de esta capacitancia puede ser significativa en comparación con la corriente de carga. Esto requeriría conductores más grandes, por lo tanto más costosos, para una cantidad dada de energía utilizable a transmitir.

Cables eléctricos submarinos operativos

Cables de corriente alterna

Los sistemas de cables submarinos de corriente alterna (CA) para transmitir cantidades menores de energía eléctrica trifásica se pueden construir con cables de tres núcleos en los que los tres conductores aislados se colocan en un solo cable submarino. La mayoría de los cables de los parques eólicos de alta mar a tierra se construyen de esta manera.

Para transmitir mayores cantidades de energía, los sistemas de CA se componen de tres cables submarinos unipolares separados, cada uno de los cuales contiene solo un conductor aislado y transporta una fase de la corriente eléctrica trifásica. A menudo se agrega un cuarto cable idéntico en paralelo con los otros tres, simplemente como repuesto en caso de que uno de los tres cables principales se dañe y deba reemplazarse. Este daño puede ocurrir, por ejemplo, si se deja caer sobre él el ancla de un barco sin cuidado. El cuarto cable puede sustituir a cualquiera de los otros tres, siempre que se cuente con el sistema de conmutación eléctrica adecuado .

Cables de corriente continua

Cables eléctricos submarinos en construcción

Propuestas de cables eléctricos submarinos

Véase también

Referencias

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Enlaces externos