ФОТО. Об "энергомосте", который будут ремонтировать дольше, чем прокладывали

О чем опять приврал Дима Киселев? Имеем пост от Димы Киселева:
На нем изображен чудокабель. Версий тут было много, что это за кабель, но никто толком ответить не смог - зато выдвинули пару идей и даже поспорили о степени моего интеллекта. 
Мне рассказали пару "парадоксов" о физике и природе и обвинили в незнании оной, вместо того, чтобы рассказать, что да как есть на самом деле. 
Так вот господа интернет философы и знатоки в любой области, я потратила свое драгоценное время и нашла, что это за кабель. 
Дальше будет многа букофф.

Зашла, значиццо, я на Википедию и почитала, как же называюццо кабели, которые прокладывают в воде. А называюццо они Submarine cable. 
Бывают 2 типов: Submarine communications cable и Submarine power cable.
Submarine communications cable это коммуникационные кабели для передачи информации. Начали их использовать в 1850 годах для начала для телеграфа и с медным сердечником. Но то было давно... Современных кабели оптоволоконные и двух видов deep-sea (глубоководные) и shallow-water (мелководные) и выглядят примерно так (у глубоководных более толстая защита кабелей):
1. полиэтилен;
2. «майларовая» лента;
3. скрученная стальная проволока;
4. алюминиевая водоизолирующая перегородка;
5. поликарбонат;
6. медная или алюминиевая труба;
7. гидрофобный заполнитель;
8. оптические волокна.

Submarine power cable - это, собственно, кабели для передачи электрической энергии. В вике такая фотка:
Что не совсем то, что показал в своем посте Дима Киселев.
Ищем производителя кабеля Димы Киселева.
Нашла я общий сайт производителей Submarine Cable (http://www.submarinecablesystems.com/default.asp.pg-CableSuppliers).
Там нашла производителя нужного кабеля. Это немецкая фирма NSW.
Информация о кабеле взята на сайте производителя кабеля:
Итого:
фоточка с сайта производителя:

Ссылочка на брошюру с параметрами кабеля: http://www.nsw.com/Portals/0/Brosch%C3%BCren/NSW_Power-Broschu%CC%88re_05-2014_Screen.pdf
Коротко о главном (имею ввиду кабель Димы Киселева - на фотке с сайта производителя не совсем его кабель:)
  • 1. Это таки высоковольтный кабель.
  • 2. Рекомендуют для отвода энергии с ветрогенераторов, для подвода электроэнергии к газо- и нефтевышкам расположенным в море, для подвода электроэнергии к островам.
  • 3. Это High Voltage AC тип кабеля, то есть по нему следует проводить переменный ток (в брошюрке есть полное описание частей кабеля). Кстати оптоволокно там таки есть, так как в наше время в заграницах электричество и коммуникации кладут вместе.
  • 4. 3 х 1200mm² Cu 87 / 150kV.
В чем же обгадился Дима Киселев?
Это НЕМЕЦКИЙ кабель... а они под санкциями им его никто не продаст, да и власть имущие орки твердят, что кабель китайский... Не может Дима не приврать...

Но вот кабель этот в Крым, который официально якобы проложили, вызвал у меня нездоровое любопытство... как они его могли за 3 дня угробить, если проложили конечно... Кабелек то немаленький, но они ж и не его клали, а китайский, а о китайском качестве думаю все в курсе...
Так значиццо... Submarine power cable бывают 2 типов: для постоянного и переменного тока.
Вопрос: какой из них при каких условиях применяется? Порывшись по интернетам я нашла вот эту презентацию:
Докладчик Ernesto Zaccone, Chairman Europacable High Voltage Systems Group.
Так вот дядя Эрнесто утверждает что:
AC transmission
- is suitable for relatively short distances
- allows to realise meshed networks
DC transmission
- allows to carry high power over long distances practically without limits
- still used in point-to-point connections only; introduction of meshed / multiterminal
transmission networks will depend on availability of switchgear technology
- requires conversion back into AC.
Дальше он останавливается на XLPE AC типе кабеля и делает для него спецификацию типичных условий использования:
- Voltages up to 550 kV
- Maximum power 1.5 GVA per circuit
- Copper conductor 2500mm2
- Joints every 700 - 1000 m (on land) directly buried into the ground or installed in underground joint bays
- 400kV cable systems carrying 5000 MVA usually comprise up to 12 cables
- Length of AC underground sections is limited up to around 20km. Beyond that, compensation may be required
Потом он дает спецификацию типичных условий использования для XLPE DC:
- Up to now, XLPE DC cables are installed up to ± 200kV with a capacity of 500 MW
- Some projects have reached voltages of ± 320 kV with a capacity of 800 - 1000 MW
- System approach is mandatory to ensure that joints and terminations are suitable for cable installation
- Cable length is defined by logistical constraints
On land: up to 1000 meters, then connected by joints
Subsea: length up to 100 km typical (Spain - Mallorca: 242 km cable length)
- Subsea cable laying requires special installation vessel and precision laying tools

Главное из цитируемого:
-кабели переменного тока рекомендуют использовать в ПОДЗЕМНЫХ электросетях... Насколько я понимаю подобные кабели переменного тока призваны заменить привычные для нас воздушные ЛЭП.
-кабели постоянного тока можно использовать и В ПОДЗЕМНЫХ И В ПОДВОДНЫХ электросетях.

Привет Диме Киселеву с его кабелем переменного тока... а еще привет всем крымчанам... если вам кабель переменного тока проложили.
А теперь жеж любопытно, почему используют кабель с постоянным током а не с переменным в подводных электросетях с физической точки зрения. Начнем сначала :-)
Вики пишет:
Электри́ческий ток - направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. Такими частицами могут являться: в металлах - электроны, в электролитах - ионы (катионы и анионы), в газах - ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях - электроны, в полупроводниках - электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость). Электрический ток имеет следующие проявления:
  • -нагревание проводников (не происходит в сверхпроводниках);
  • -изменение химического состава проводников (наблюдается преимущественно в электролитах);
  • -создание магнитного поля (проявляется у всех без исключения проводников).
Переме́нный ток - электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя своё направление в электрической цепи неизменным. Постоя́нный ток - электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению. То есть переменный ток вызывает переменное магнитное поле.
Вихревые токи или токи Фуко́ - вихревые индукционные токи, возникающие в проводниках при изменении пронизывающего их магнитного поля. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи. 
Вихревые токи не текут по определённым путям в проводах, а замыкаясь в проводнике образуют вихреобразные контуры. В соответствии с правилом Ленца они выбирают внутри проводника такое направление и путь, чтобы противиться причине, вызывающей их. 
Существование вихревых токов приводит к скин-эффекту, то есть к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника. Нагрев вихревыми токами проводников приводит к потерям энергии.

К чему это я:
  • 1. А к тому, что проводник с переменным током нагревается сильнее чем с постоянным из-за токов Фуко (гораздо сильнее).
  • 2. Скин-эффект причина того, максимальный постоянный ток через один и тот же проводник больше чем переменный через тот же проводник, потому что при постоянном токе скин-эффекта нет.
  • 3. И таки да - нагрев вихревыми токами приводит к потерям энергии.
В общем, если крымнашам пришло таки в голову закинуть в море кабелёк с переменным током (что в принципе возможно для малых передаваемых мощностей, хоть и не рекомендуется)... а потом еще и пытаться пропустить через него максимум мощности, то перегрелся кабелёк серьезно.
Все то, что я написала выше - классическая теория, а у нас брутальная реальность с проводом в воде... а вода-то проводящая среда. А теория утверждает, что ток в кабеле порождает магнитное поле пронизывающее окружающую среду. У нас ток переменный, значит и поле будет переменным. 
Один из постулатов электродинамики гласит, что магнитное поле порождает электрическое поле (и наоборот), а электрическое поле в свою очередь ток зарядов в окружающей кабель среде, в случае, если среда проводящая. И электрическое поле, и наведенный им ток будут тоже переменными в данном случае. 
Это паразитический эффект и производители кабелей пытаются его минимизировать ставя различные экраны. Полностью этот эффект удалить невозможно. Последствиям влияния данного эффекта на окружающую среду посвящено пару слайдов в презентации Эрнесто (кому интересно гляньте). 
Немецкий производитель с фотки Димы пишет, что у них есть спецоборудование, на котором они проверяют экранировку кабелей. 
Но все равно полностью экранировать не получается. В данном случае токи Фуко наводятся уже в воде вокруг кабеля и воду вокруг кабеля греют.
Значиццо крымнашовский кабелёк еще и ущерб окружающей среде оказывает... не хорошо...
Потом, я еще помню что-то о пробоях изоляции высоковольтных кабелей и что если между двумя проводниками с током есть диэлектрик, то это простейший тип конденсатора и еще, что для конденсатора не хорошо перегреваться, а еще в голове всплывает пробой конденсатора.

Так вот, что есть конденсатор в первом приближении с точки зрения теории (из вики):
В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов, называемых обкладками, разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. 
У нас один электрод вода, другой металл в кабеле, диэлектрик это изоляция кабеля. Принципиально для конденсатора, что диэлектрик должен быть тонким.
Защита кабеля с фотки Димы состоит из:
  • 2 Inner semi-conductive layer
  • 3 XLPE insulation
  • 4 Outer semi-conductive layer
  • 5 Swelling tape
  • 6 Lead sheath
  • 7 Outer sheath semi-conductive PE
  • 8 Filler
  • 9 Fibre-optic element
  • 10 Bedding layer
  • 11 Galvanized steel wires filled with bitumen compound
  • 12 PP yarn cladding
Как видно здесь использованы проводящие, полупроводящие и непроводящие ток материалы. Ну то есть аналогия с конденсатором усиливается.

Теперь насчет пробоев изоляции кабеля. Как отмечалось выше, высоковольтные кабели переменного тока, проложенные в воде, используют для подключения к электросети нефте и газо-добывающих платформ. Вот туда мы и полезем, кому как не им лучше знать о проблемах возникающих в данном случае. Итак, в Большой Энциклопедии Нефти Газа, расположенной в домене ru, есть подробная статья о пробоях высоковольтных кабелей:
В данной статье одними из основных причин пробоя изоляции кабеля указывается перегрев кабеля или деффекты изоляции. Что совпадает с тем, что пишут производители кабелей.
Итого:
Если на Крым проложили высоковольтный кабель переменного тока, как утверждает Дима Киселев, то выйти из строя он мог в результате пробоя изоляции, вызванной перегревом из-за токов Фуко. 
Использование высоковольтного кабеля переменного тока, объясняло бы и малую величину объявленной мощности в 100МВ переданной на Крым "для начала". 
Попытка ее увеличения до 200МВ привела к перегреву и повреждению кабеля. Ремонтировать они его будут дольше, чем прокладывать - в море ведь лежит.

Читайте также:

ФОТО. Об "энергомосте", который будут ремонтировать дольше, чем прокладывали
1/ 2
Oleh