בחירת החומרים המתאימים ביותר עבור כבלים תת-קרקעיים

כבלים תת-ימיים מהווים את עמוד השדרה הבלתי נראה של התקשורת העולמית, הנושא יותר מ-95% מתנועת המידע הבינלאומית מעבר לאוקיאנוסים.רשתות הצוללות הללו מתוחות יותר מ-1.2 מיליון קילומטרים ברחבי העולם, המקשרות יבשות ומאפשרות שירותים החל ממסחר פיננסי בזמן אמת לסטרימינג וידאו.אמינותן תלוי כמעט לחלוטין בחומרים המשמשים לבנייתם.

אתגרים סביבתיים קריטיים עבור כבלים תת-קרקעיים

לפני הערכת חומרים ספציפיים, חיוני להבין את הלחצים הסביבתיים כי כבלי צוללות חייבים לעמוד בהם. רצפת האוקיינוס מציגה שילוב של איומים פיזיים, כימיים וביולוגיים, אשר משתנים עם עומק, גיאוגרפיה וזרמים באוקיינוס.

לחץ הידרוסטטי

לחץ עולה על ידי בערך אווירה אחת (14.7 psi) כל 10 מטרים של עומק. כבלים בעומק של 8,000 מטרים להתמודד עם יותר מ 800 אטמוספירות של לחץ.חומרים חייבים להתנגד לדחיסה ולמנוע מים פולשים באמצעות כל מיקרו-גפס.תחת לחץ גבוה, אפילו רִיק קטן יכול לקריסה או לאפשר מים לנוע לאורך מפרקים, המוביל לכישלון חשמלי.

קורוזיה מ- Seawater

יםווטר הוא אלקטרוליט מאוד מוליכים המכיל כלורוידים, סולפטים, וממס חמצן.זה תוקף אגרסיבי מתכות, במיוחד אם תאים גליוניים נוצרים בין סוגים שונים של סגסוגת.קורוזיה לא רק מקטין את המבנים ואת האלמנטים מבניים אלא גם מלכדים נתיבים בידוד.

מתח מכני במהלך ההתקנה ומבצע

במהלך הנחת, כבלים חשופים למתח מהאונייה הכבלים, כשהם מתרעמים מעל עשבים, והשפעה פוטנציאלית עם קרקעית הים הסלעית.פעם במקום, הם יכולים להיפגע על ידי צגים, מטענים ספינה ופעילות סיסמית'.ה קרקעית הים עצמה עלולה להיות לא אחידה, עם סלעים חדים או שריון רך שגורם לחיחות או עייפות.

Biofouling

אורגניזמים ימיים כגון barnacles, תולעים, ו אצות להתחבר משטחים כבלים, עלייה במשקל וגרור. בעוד שבדרך כלל לא מזיק על ז'קטים חלקים, ביופוץ יכול להאיץ את קורוזיה אם הציפוי הוא פורץ.חלק מהחומרים מתוגמלים עם תוספים נגד חיטוי, אם כי תקנות סביבתיות מגבילות שימוש ביוצידה.

טמפרטורה קיצונית ו-Thermal Cycling

טמפרטורות קרקעית הים נע בין קוצר ראייה באוקיינוס העמוק ל -30 מעלות צלזיוס במים טרופיים רדודים. כבלי חשמל נושאים זרם חשמלי גם לייצר חימום עצמי וחומרי מעיל חייבים לשמור על התכונות הדיאלקטריות שלהם ואת היציבות הממדית על פני טווח טמפרטורה רחב.ההתרחבות הארומית מתאמת בין המנצח, בידוד ושריון יכול להוביל לדיכאון או סדק לאורך זמן.

קטגוריות חומריות ותפקידיהן

כבל צוללת מודרני אינו חומר יחיד, אלא מורכב בקפידה.כל שכבה משרתת פונקציה מסוימת, והחומרים שנבחרו לכל שכבה חייבים לעבוד יחד ללא אינטראקציות כימיות או מכניות שליליות.

מוליכים

הליבה של כל כבל הוא המוליכים החשמליים.עבור כבלי טלקום, המנצח נושא כוח לחזור על קוויים; עבור כבלי חשמל, הוא משדר מתח גבוה.

(FLT:0) CopperveFLT:1) מציע מוליכות מעולה (כ 58 MS /m) וכוח גבוה בקוטרים קטנים.זה מתנגד קורוזיה סבירה כאשר מבודד ממי הים אבל הוא כבד, אשר עולה ומניח מתח.בכבלי כוח מים עמוקים, נחושת טובה ליריבות הנמוכה שלה, צמצום הפסדי הומאים.

(FLT:0) AluminumFLT:1 יש כ 61% מההתנהגות של נחושת לסעיף צלב אבל הוא 30% יותר קל.כאשר משקל הוא מעצור, כגון בתוך מתקני מים עמוקים או על קרקעית הים החלשה, אלומיניום הופך אטרקטיבי.עם זאת, אלומיניום הופך להיות אטרקטיבי.עם זאת, אלומיניום מהווה שכבת תחמוצת תחמוצת קשיחה כי מסבך את סיום והוא רגיש יותר לקוקוראוב אורגניזמים אם המעיל המגן הוא לעתים קרובות נעשה שימוש במוליכים קלים.

חלק מהכבלים משתמשים ב- 0 (FLT:0) אלומיניום מקוטב 1 כדי לשלב את החיסכון במשקל עם התנגדות קורוזיה של נחושת על פני השטח.

בידוד

בידוד חייב לבודד את המנצח תוך עמידה במתחים גבוהים (עבור כבלי חשמל) או שמירה על העצמה נמוכה (עבור כבלי טלקום) הגורם הסדיר, הניתוק, והתנגדות לעץ מים הם קריטיים.

(FLT:0)Polyethylene (PE)FigalLT:1) הוא בידוד הנפוץ ביותר עבור כבלי צוללת טלקום.קבוע הדיאלקטרי הנמוך (2.26) וגורם דיסיפוציה נמוך מאוד ממזער אובדן אות. High-density PE (HD) ותחנות צולבות (XLPE) מציעות יציבות תרמית טובה יותר ונוקשות XLPE היא עבור כוח סטנדרטי כי הם עמידים על פני 90 מעלות צלזיוס (בסביבות).

(FLT:0)Polypropylene (PP)FIRLT:1) משמש לעתים בשכבות בידוד בשל דירוג הטמפרטורה הגבוה יותר שלה מאשר PE (עד 105 מעלות צלזיוס) וקליטת לחות נמוכה יותר. PP הוא גם קשה יותר ועמיד יותר ללחץ סדקים.עם זאת, תכונותיו הדיאלקטריות מעט נחותות ל- PE, כך שהוא נפוץ יותר בכבלים מאשר בכבלים טלקום.

(FLT:0) פולימרים פולימרים ממולאים 1 (FLT:1 ), כגון PTFE ו- FEP משמשים בכבלים מיוחדים שבו עמידות טמפרטורה קיצונית או אובדן אות נמוך מאוד נדרש, אך העלות והטיפול שלהם קשה להגביל אותם לחלקים קצרים או חזרות ביקורתיות.

Sheathing and Outer Jackets

המעיל החיצוני הוא קו ההגנה הראשון נגד הסביבה באוקיינוס, זה חייב להיות בלתי אפשרי למים, עמיד בפני UV (התקנה המתעוררת), וקשה מספיק כדי לשרוד את החיסרון.

(ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(FLT:0)Polyurethane (PU)FirLT:1 משמש עבור סעיפים כבלים הדורשים גמישות רבה יותר, כגון אלה ליד תחנות נחיתה שבו כבל חייב להיות מעוופף סביב קווי חוף סלעיים או להיות מצופה דרך conduits. PU מציע גם עמידות על החיסרון העליון בהשוואה ל- PE.עם זאת, PU הוא יקר יותר ויכול לגרוע יותר מתחת לחשיפה ממושכת, כך שהוא לעתים קרובות דורש קצר, פלח.

באזורים רגישים לסביבה, (FLT:0)low-smoke Zero-halogen (LSZH)BuildFLT:1 מעילים משמשים כדי להפחית את הבלוטות הרעילות במקרה של אש, אבל זה רלוונטי יותר עבור חלקים ארציים ליד אזורים מאוכלסים מאשר עבור חלקים עמוקים של הים.

עונשים

הגנה מכנית מגיעה משכבת שריון שעטוף סביב הליבה המבודדת.הבחירה של חומר שריון תלויה בעיקר באיומים הצפויים: ציוד דיג, עוגן או יצירת קשר רוק.

(FLT:0) חוטי פלדה מבוזרים (Galvanized Steel WiresFLT:1) הם הזרוע המסורתית והנפוצה ביותר. Steel מציעה חוזק רב-קרקעי גבוה (500-700 MPa) וניתן ליצורם לתוך עטוף ספירלה.החוטים מצופים באבץ להאט את קורוזיון.עבור כבלים עמוקים שבהם איומים מכניים הם מינימליים, שכבה אחת של חוטים (אור אדום) עשויה לספק שכבת מים רדוד (או אחורית) אם הוא מספיק).

(ב) 316L) משמשים באזורים שבהם ההתנגדות קורוזיה היא רבת ערך, למרות שהם יקרים יותר.

עבור מים או יישומים עמוקים שבהם משקל הוא קריטי, FLT:0 מילימטרי שריון מפרש 1:1 באמצעות סיבים סינתטיים גבוהים כמו Kevlar (aramid) או Dyneema (UHMWPE) משמש.חומרים אלה הם קלים יותר מאשר פלדה, לא קורוזי, ויש להם חוזק גבוה (מעל 3a עבור Kevlar), הם גמישים יותר עם מגנטיות נוקשה יותר, אם הם יכולים גם להיות מעורבים עם קרישה.

יסודות מים-Blocking

מים באגרסיביות לאורך הכבלים הוא מצב כשל ראשוני.אפילו זרמים קטנים במעיל יכולים לאפשר למים הים לנוע במהירות בין המנצח לבין בידוד, מה שגורם להידרדרות קצרה או אות.

(FLT:0) אבקת כביסה וטייפה 1FIRLT) מכיל פוליקליום נתרן או פולימרים סופרבסטויים דומים אשר תואמים עם מים, מצמידים את העקרבה.

(FLT:0) עיצובים ליבה של הליבה (FLT:1) להשתמש בזרמים רצופים של תרכובות מים או ג'ל סיליקון סיליקון. עבור כבלים עמוקים הים, שילוב של קלטות נדיבות ותרכובת מילוי גבוהה של פיקוח הוא סטנדרטי.

(FLT:0) מחסומים חסימת מים מחסומים 1 (FLT:0) יכולים לכלול גם את מגדת מתכת (למשל, קלטת נחושת קשורה ל- PE) המונעת הגירה במים, אם כי אלה מוסיפים מורכבות ועלויות.

בחירת חומרים לאזורים סביבתיים ספציפיים

שום שילוב חומרי יחיד אינו פועל לכל נתיבי הכבלים.מהנדסים מפצלים כבל אל הקרקע, מים רדודים ואזורי מים עמוקים ובוחרים חומרים בהתאם.

מים עמוקים (מעל 1,000 מ"ר)

כאן איומים מכניים נמוכים.הכבל יכול להיות מחוסן אור (שכבת גלידת) או אפילו לא מזוהים בכמה כבלים מודרניים סיבים אופטיים.המעיל הוא HDPE כדי לחסום את הפזורה במים הם לעתים קרובות אלומיניום נחושת-קליד כדי להפחית במשקל. אינסטלציה היא XLPE עבור כבלי חשמל או מוצק עבור מחסומים מים.

מים (שטח ל-200 מ"ר)

אזור זה חווה דיג כבד, טיטות העוגן, ותנועת אוניות. Double-layer פלדה שריון נפוץ. A Polyurethane חיצוני מעיל עשוי לשמש מעל השריון כדי להוסיף התנגדות של שחיקה שבה כבל חוצה קרקעי קרקעי קרקעית קרקעית קרקעית הגנה קורוזית משופרת עם ציפוי מעטמי מעל פלדה.חלק מהכבלים גם משלבים מאפר נחושת נפרד או קלטת הגנה ברק אם כבל הוא ליד אזור החוף.

הסביבה הארקטית

קרח scour וקור קיצוני דורשים חומרים כי להישאר גמישים בטמפרטורות תת-אפס. Standard PE הופך לערעור מתחת -30 מעלות צלזיוס. ציונים מיוחדים של פוליאתילן (LLDPE) או פוליאוריטאן משמשים.על שריון פלדה יש לטפל בהתנגדות להשפעה דלת-טמפרטורה. אלמנטים סיביים אופטיים עשויים לדרוש מילוי עם ג'לים לא-קשנים.

אזורים טרופיים וגבוהים-בינום

נתיבי כבלים באיים הקריביים או בדרום מזרח אסיה רואים ביופוץ מהיר.בעוד שלגבילות PE יש בדרך כלל שיקול נמוך לאורגניזמים, כמה ספקים כבלים מציעים מעילים עם תחמוצת כוסיות או סוכנים אחרים נגד מוטציות סביבתיות באזורים רבים להגביל את השימוש מתכות כבדות, כך פתרונות לא-בילקים כגון אופטימיזציה פני השטח נחקרים.

התקדמות בטכנולוגיה חומרית

מחקרים מתקדמים נועדו להאריך את תוחלת החיים של הכבלים מעבר לחיים עיצוביים של 25 שנים הנוכחית ולצמצם את ההשפעה הסביבתית.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

פולימרים המשלבים מיקרו-capsules של סוכן ריפוי אשר משחרר כאשר הסדקים החומריים פותחו עבור הכבלים.אם שבר קטן מתרחש, הסוכן הריפוי זורם לתוך הפער ופולימרים, לשחזר את מחסום המים. חומרי השמדה עצמית יכול להפחית באופן דרמטי את שיעור הכישלון הנגרמת על ידי נזק התקנה קטן או ירידה איטית.

Graphene-Enhanced Coatings

חוסר יכולתה של Graphene לגזים ולצליחים הופך אותו לתוסף אטרקטיבי עבור מעילים בכבלים.אפילו ריכוזים נמוכים מאוד של פצילין flakes במריצה פולימרנית יכול להפחית את צריכת המים ב-90% בהשוואה ל- HDPE טהור. Graphene גם משפר כוח מכני ומספק תכונות אנטי-סטטיות.

Biodegradable ו-Ec-Friendly Jackets

עם בדיקה מוגברת על פני פלסטיק באוקיינוס, החוקרים חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים פולימרים המבוססים על ביולוגית כגון חומצה פולילאקטית (PLA) או פוליhydroxyalkanoates (PHA) עבור כפייתות כבל.חומרים אלה מידרדרים במי ים במשך עשרות שנים, עלולים להפחית בזבוז ארוך טווח.נוסחאות נוכחיות חסרות עמידות למעיל ראשוני, אך הם יכולים לשמש בשכבות לא-מבנה או לתקני אספקה זמניים.

ראשי התיבות של High-Strength Composites for Armoring

פחמן-פייבר-reinforced פולימרים (CFRP) מציעים כוח רב-ile השווה פלדה בחמישית במשקל. בצוללות, שריון מורכב יכול להפחית את דרישות המתח להניח ולאפשר אורכו יותר על אוניות כבל.עיצובים היברידיים באמצעות קרן פחמן עם מעטפת תרמופלסטית נבדקים עבור כבלים חשמליים וכבלי חשמל.

בדיקות ואיכות

חומרים חייבים לעבור הסמכה קפדנית לפני הפריסה.מבחנים כוללים:

• (ב) ,0) בדיקות מבחנים של ההרחבה: 1 תחת חום, לחץ וחשיפה למים במים בספינות לחץ המדמיינות 25 שנים של שירות.
• (FLT:0) מבחנים פורצים וצופים ב-FLT:1 כדי לוודא שהכבל יכול לעמוד בעומס דינמי של הנחתה ושיקום. Cyclic bending בדיקות (אלפי מחזורים) לבדוק את העייפות סדק.
• (ב) ,0) מים בבדיקות תוקפנות (FLT:1), שם דגימת מעיל פגועה נתונה למים ים בלחץ גבוה.המרחק נע לאורך הליבה נמדד.
• (ב) ⁇ :0) ,Voltage לעמוד במבחנים 1FLT:1 עבור כבלי חשמל: החלת מתחים AC ואימפולסיבית גבוהים כדי להבטיח איכות בידוד.
• (ב) ,0 מבחנים של קורוזיה (Corrosion TestingFLT:1) בתאי תרסיס מלח ובתנאי הגנה קטוודיים כדי לאמת את ביצועי הציפוי.

כל הבדיקות עוקבות אחר סטנדרטים בינלאומיים כגון IEC 60794 עבור כבלים אופטיים סיבים ו- IEC 60840 עבור כבלי חשמל.ספקי חומריים חייבים לספק מעקב מ אצווה לסעיף כבל.

תחזית עתיד

חדשנות חומרית תהיה חיונית לעמוד בדרישות עתידיות.כבלי תת-קרקעית נועדו כעת לשאת שיעורי נתונים של terabit-per-II, הדורשים אפילו הפסדים דיאלקטריים נמוכים יותר.כבלי חשמל לחוות רוח offshore דורשים דירוגים מתח גבוה יותר (עד 525 kV HVDC) עם שינוי האקלים מציג סיכונים: טמפרטורות ים עולות עלולות להאיץ קורוזיון, ולהגדיל את הסיכון לתדירות גבוהה עלולה לשפשף את תנועת הים.

החוקרים גם מסתכלים על (FLT:0)nanocomposite dielectricsFLT:1 המשלב חלקיקים (כמו סיליקה או חימר) עם מזחלות פולימר כדי לדכא עץ מים ולהגדיל את כוח ההתמוטטות.בתחום של רגיש, כבלים עם סיבים אופטיים משולבים כי לחץ וטמפרטורה לאורך המסלול דורש חומרים שאינם מעכבים את אות האור.

בעוד רצפת האוקיינוס הופכת להיות צפופה יותר עם כבלים, צינורות וציוד כרייה, חומרים שעדיין לא ניתנים לתיקון, ו שפיר סביבתי, יהפכו לקו הבסיס החדש.

מסקנה

בחירת חומרים לכבלים תת-ימיים היא אתגר רב תחומי המשלב הנדסת חשמל, מדע פולימרים, מתכתי וביולוגיה ימית.הבחירות הנכונות להבטיח קישוריות אמינה במשך עשרות שנים נגד לחצים עצומים, מי ים קורוזיים, והתעללות מכנית.הלוח החומרי הנוכחי - אית'רין, XLPE, פלדה ונחושה - הוכיחה יעילות, אך התקדמות אבולוציונית בפולימרים עצמיים, גרפים, ציפוינים, וציפויים, ועוד צוללות, כמו גם חומרים מורכבים, כמו גם חומרים קריטיים, כמו גם צוללות, , מבטיחות, כמו גם חומרים מורכבים, כמו גם חומרים קריטיים, כמו צוללות, כמו גם צוללות, כמו צוללות.

(ב) עיין בהמלצות ה-[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]