Cable de alimentación submarino

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 .

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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.

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.

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.

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).

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.

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.

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 .

• Enlace de transmisión marítima de CC de 165 km y 500 MW de capacidad entre la provincia canadiense de Terranova y Labrador y la provincia de Nueva Escocia . ^[26]
• Las compañías eléctricas británica y danesa ( National Grid y Energinet.dk , respectivamente) están construyendo Viking Link , un cable de 740 km que proporcionará a los dos países una transmisión de 1.400 MW para 2022. ^{[27] [28]}
• El cable eléctrico submarino del Mar Negro, con una capacidad de 1 GW y un voltaje de 500 kV, transportará electricidad ecológica desde Azerbaiyán a través de Georgia, Rumania y Moldavia hasta la UE. Se estima que tendrá una longitud de aproximadamente 1100 km y se construirá a finales de 2029. ^[29]

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• El proyecto de infraestructura eléctrica Australia-ASEAN Power Link (AAPL), o Australia-Singapore Power Link (ASPL), está previsto que incluya el cable eléctrico submarino más largo del mundo. Una granja solar en el Territorio del Norte, Australia, producirá 10 gigavatios de electricidad, la mayor parte de los cuales se exportarán a Singapur mediante una línea de transmisión HVDC de 3 GW y 4.500 km (2.800 mi). ^[30]
• Interconector EuroAsia , un cable eléctrico submarino de 1.520 km que alcanza profundidades de hasta 3 km (1,9 mi) bajo el nivel del mar, con capacidad para transmitir 2.000 megavatios de electricidad que conecta Asia y Europa (Israel–Chipre–Grecia) ^{[31] [32] [33]}
• Champlain Hudson Power Express , línea de 335 millas. La Transmission Developers Company de Toronto, Ontario , propone "utilizar el río Hudson para el proyecto de transmisión submarina más ambicioso hasta el momento. Comenzando al sur de Montreal , una línea de 335 millas correría a lo largo del fondo del lago Champlain y luego por el lecho del Hudson hasta la ciudad de Nueva York ". ^[34]
• Puente Power, Hawái ^[1]
• Puente Power, estado de Maine ^[1]
• Puerto Rico a las Islas Vírgenes ^[35]
• 400 kV HVDC de India a Sri Lanka ^[36]
• HVAC de 220 kV, 225 megavatios, 117 km Interconector Malta-Sicilia entre Magħtab, Malta y Ragusa, Sicilia . ^[37]
• El sistema de cable eléctrico submarino (T–P-cable) de 58,9 km y 161 kV de la isla de Taiwán a las islas Penghu , el primer proyecto submarino de la Taiwan Power Company (Taipower) a este nivel, está previsto que se complete en 2014. El 24 de diciembre de 2010, se aprobó el proyecto de cable submarino Taiwán-Penghu de Taipower para conectar la red eléctrica de la isla de Taiwán a las islas Penghu. ^[38]
• Los gobiernos británico e islandés supuestamente están en "discusiones activas" para construir un cable ( Icelink ) entre Escocia e Islandia para llevar energía geotérmica a Escocia. Tendría entre 1.000 y 1.500 km de longitud "y sería, con diferencia, el más largo del mundo". ^[39] Suponiendo que todavía no se haya construido un cable más largo, como el propuesto cable Australia-Singapur de 4.200 km
• FAB entre Gran Bretaña y Francia vía Isla Alderney en las Islas del Canal . ^[40]
• Interconector Euroafricano , un cable eléctrico submarino de 1.707 km que alcanza profundidades de hasta 3 km (1,9 mi) bajo el nivel del mar, con capacidad para transmitir 2.000 megavatios de electricidad que conecta África y Europa (Egipto-Chipre-Grecia) ^{[41] [42] [43] [44]}
• Cables submarinos de reemplazo de 11 kV que conectan Liu Ko Ngam y Pak Sha Tau Tsui en Kat O , noreste de Hong Kong, de aproximadamente 880 m de longitud. ^[45]

• Punto de aterrizaje del cable
• Transmisión de energía eléctrica
• Retorno a tierra de un solo cable
• Lista de proyectos HVDC
• Lista de cables subterráneos y submarinos de alta tensión
• Interconector eléctrico , por ejemplo entre redes
• Cable de comunicaciones submarino

• Subsea Cables UK: una organización de propietarios, operadores y proveedores de cables submarinos cuyo objetivo es promover la seguridad marítima y proteger las instalaciones de cables en la plataforma continental del Reino Unido.
• El Comité Internacional de Protección de Cables
• Artículo de Subsea Cables UK sobre cables de alimentación submarinos
• Cables de exportación desde parques eólicos marinos a subestaciones marinas
• Cables de transmisión desde el convertidor offshore hasta la costa
• Historia del cable atlántico y las comunicaciones submarinas: cables eléctricos (secciones transversales de cables eléctricos históricos)