Новейшие технологии вспомогательных материалов для подводных кабелей

Абстрактный

В этой статье рассматриваются современные технологии вспомогательных материалов для подводных кабелей. В ней рассматривается, как эти материалы развиваются для повышения производительности, долговечности и надежности подводных кабелей в сложных морских условиях. Изучая новые материалы, технологии производства и функциональные усовершенствования, мы можем понять, как они способствуют разработке более эффективных и долговечных подводных кабельных систем.

1. Введение

Подводные кабели являются основой глобальных сетей связи и передачи электроэнергии, простирающихся через огромные океаны для соединения континентов. Вспомогательные материалы играют решающую роль в обеспечении бесперебойной работы этих кабелей. Они защищают основные компоненты кабеля от суровой морской среды, которая включает в себя воду под высоким давлением, сильные течения, перепады температур и едкую морскую воду. Кроме того, они поддерживают установку, обслуживание и мониторинг подводных кабелей. С ростом спроса на высокоскоростную передачу данных и крупномасштабную офшорную генерацию электроэнергии разработка современных вспомогательных материалов для подводных кабелей стала необходимой.

2. Новые материалы для вспомогательных устройств подводных кабелей

2.1 Высокоэффективные изоляционные материалы

- Нанокомпозит - Модифицированный XLPE: Сшитый полиэтилен (XLPE) уже давно является популярным выбором для изоляции подводных кабелей. Недавние исследования сосредоточены на улучшении его свойств с помощью нанокомпозитной технологии. Например, включение наночастиц, таких как оксид графена (GO) или наноглина монтмориллонита в XLPE, может значительно улучшить его характеристики. GO, с его высоким соотношением сторон и превосходными электрическими и механическими свойствами, образует проводящую сеть внутри матрицы XLPE при правильном диспергировании. Это не только улучшает полупроводниковые свойства для лучшего контроля электрического поля, но и повышает механическую прочность изоляции. В исследовании было обнаружено, что добавление 1-3 мас.% GO в XLPE увеличивает прочность на разрыв на 20-30% и снижает электропроводность при высоком напряжении, тем самым улучшая долгосрочную надежность изоляции.

- Инновационные полимерные смеси: Полимерные смеси становятся перспективными изоляционными материалами для подводных кабелей. Смешивание различных полимеров может объединить их индивидуальные преимущества. Например, смешивание полиимида (ПИ) с полиэтиленом (ПЭ) создает материал с высокой термостойкостью ПИ и гибкостью и технологичностью ПЭ. Этот композит может выдерживать экстремальные перепады температур в океане, от холодных глубоководных вод до более теплых поверхностных вод вблизи берега. Он также обеспечивает улучшенную химическую стойкость к морской воде и другим едким веществам, что делает его пригодным для долгосрочного использования в подводных кабелях.

2.2 Современные материалы для брони

- Коррозионно-стойкие сплавы: Традиционная стальная броня в подводных кабелях подвержена коррозии в морской среде. Для решения этой проблемы разрабатываются новые сплавы. Например, суперсплавы на основе никеля с высоким содержанием хрома и молибдена демонстрируют отличную коррозионную стойкость в морской воде. Эти сплавы образуют на своей поверхности пассивную пленку, которая действует как барьер против ионов хлора, основной причины коррозии в океане. Помимо коррозионной стойкости, эти сплавы также обладают высокой прочностью на разрыв и ударной вязкостью, обеспечивая лучшую механическую защиту кабеля. Они могут выдерживать механическое напряжение во время установки, такое как изгиб, натяжение и воздействие морского дна.

- Армирование композитными материалами, армированными волокнами: Армированные волокнами композиты, такие как полимер, армированный углеродным волокном (CFRP) и полимер, армированный стекловолокном (GFRP), становятся популярными альтернативами для брони подводных кабелей. CFRP обеспечивает высокое отношение прочности к весу, отличную коррозионную стойкость и хорошую усталостную прочность. Он может снизить общий вес кабеля, что упрощает монтаж, особенно в глубоководных районах. GFRP, с другой стороны, более экономически эффективен и по-прежнему обеспечивает хорошую механическую защиту и коррозионную стойкость. Эти композитные материалы можно настраивать, регулируя ориентацию волокон и матрицу смолы для соответствия конкретным требованиям различных применений подводных кабелей.

2.3 Превосходные водоотталкивающие и влагостойкие материалы

- Композиты на основе суперабсорбирующего полимера (SAP): Блокировка воды является важнейшей функцией вспомогательных материалов для подводных кабелей. Для улучшения этой характеристики были разработаны новые композиты SAP. Эти композиты могут быстро впитывать воду и образовывать гелеобразное вещество, которое препятствует дальнейшему проникновению воды по кабелю. Например, композит SAP на основе полиакрилата и армирующего наполнителя может впитывать воду в количестве, в несколько сотен раз превышающем его собственный вес. Армирующий наполнитель, такой как наночастицы кремния, повышает механическую прочность геля, гарантируя, что он останется на месте даже в условиях высокого давления в океане. Это эффективно защищает сердечник кабеля от повреждений, вызванных водой, таких как деградация изоляции и коррозия проводника.

- Гидрофобные и барьерные пленки: Гидрофобные покрытия и барьерные пленки используются для предотвращения проникновения влаги. Наноструктурированные гидрофобные покрытия, такие как покрытия на основе фторполимеров или нанокомпозитов на основе кремния, создают супергидрофобную поверхность на оболочке кабеля или вспомогательных компонентах. Эти покрытия имеют угол контакта с водой более 150°, что позволяет каплям воды легко скатываться и предотвращает прилипание и проникновение воды. Барьерные пленки, такие как многослойные полимерные пленки с высокими газобарьерными свойствами, также используются для блокировки диффузии водяного пара. Такие материалы, как полиэтилентерефталат (ПЭТ) и сополимер этилена и винилового спирта (EVOH), имеют низкую проницаемость для водяного пара. Ламинируя эти пленки вместе, можно создать высокоэффективный влагостойкий барьер.

3. Инновационные технологии производства

3.1 Процессы точной экструзии и нанесения покрытий

- Высокоточная экструзия изоляционного слоя: процесс экструзии изоляционных материалов при производстве подводных кабелей значительно усовершенствовался. Современные экструзионные машины оснащены передовыми системами управления. Например, замкнутые системы управления, использующие датчики температуры, давления и расхода, могут точно регулировать процесс экструзии. Это гарантирует, что XLPE или другие изоляционные материалы будут экструдироваться равномерно вокруг проводника кабеля, что приведет к постоянной толщине изоляции. Использование передовых экструзионных головок, разработанных с помощью моделирования вычислительной гидродинамики (CFD), может дополнительно оптимизировать поток расплавленного изоляционного материала, уменьшая возникновение дефектов, таких как пустоты и неравномерная толщина.

- Тонкая - Пленка