케이블 보호 시스템

Cable protection system

Cable Protection System(CPS; 케이블 보호 시스템)은 해저 전원 케이블을 해상 구조물에 진입할 때 케이블의 수명을 단축할 수 있는 다양한 요인으로부터 보호합니다.

해저전원케이블을 부설하면 케이블의 수명이 다할 때까지 견딜 수 있도록 설계되지 않은 동적 힘이 케이블에 가해질 수 있는 영역이 있습니다.

케이블 보호 시스템을 사용하면 추가 무장 필요성을 제거함으로써 해저 전원 케이블의 사양 및 비용을 절감할 수 있습니다.케이블은 20년 이상의 수명을 제공하면서도 더 저렴하게 제작할 수 있습니다.

해상 풍력 개발자들은 해저에서 케이블이 나와 모노파일/J-튜브로 들어가는 동적 영역 때문에 케이블 보호 시스템을 널리 채택하고 있으며, 부분적으로 구조물 근처에서 국부적 스컬링이 발생할 수 있기 때문이다.

CPS는 일반적으로 센트럴라이저 또는 모노파일 인터페이스, 동적 영역의 보호 시스템 및 정적 영역의 보호 시스템의 3가지 섹션으로 구성됩니다.

해상 재생 모노파일을 위한 J-Tube의 설치는 비용이 많이 드는 접근법으로 간주되었으며, 특별히 설계된 각진 개구부를 통해 모노파일의 외벽을 관통하는 '잠금' 유형의 케이블 보호 시스템은 모노파일 설계를 단순화할 수 있으며, 추가적인 작업 말뚝 구동의 필요성을 제거했다.잠수부들의 사용을 포함시켰다.이 접근방식은 모노파일 설계의 업계 표준이 되어 개발자가 건설 비용을 절감할 수 있도록 지원하고 있습니다.

역사

관절형 하프파이프 케이블 보호 시스템은 전통적으로 육지 및 기타 케이블 손상이 예상될 수 있는 지역에서 케이블 보호를 위해 사용되어 왔으며 매몰은 실용적이지 않았습니다.다관절 파이프 케이블 보호의 변형에 대한 특허는 1929년으로 거슬러 올라간다.이 시스템은 케이블 갑옷 보호막으로 설명되었습니다.

"바위에 문지르거나 선박, 닻 또는 기타 물체와 접촉함으로써 발생하는 손상 및 마모로부터 케이블을 보호할 수 있으며, 케이블의 [1]길이에 따라 언제든지 쉽게 케이블에 적용할 수 있는 이 등급의 실용적이고 유연한 방어막을 제공해야 한다."

케이블 보호 시스템은 처음부터 심플하고 효과적이며 조립이 용이하도록 설계되었습니다.시스템은 일련의 하프 셸로 구성되었으며, 한쪽 끝에는 볼록한 플랜지가 있고 다른 한쪽 끝에는 더 큰 소켓 플랜지가 있어 섹션 간에 유연한 유니버설 조인트 연결을 형성할 수 있었습니다.무거운 주조물이나 단조 금속을 사용하기 때문에 설치할 케이블의 무게를 증가시켜 해저에서의 이동을 줄일 수 있다는 이점도 있었습니다.

현대식 다관절 파이프는 볼 조인트와 더 유사하고 일부 제조업체는 '볼트리스' 다관절 파이프를 제공하여 조립 시간을 [2][3][4]절약하는 등 수년간 조인트 관절 개선을 위한 혁신이 이루어졌습니다.

또한 야금술의 변화도 발생하여 현재는 개선된 강도와 탄성 [5]특성으로 인해 대부분의 하프 셸 관절형 파이프가 연성 철로 제작되었습니다.

오늘날 이러한 다관절 파이프는 굽힘 제한 특성으로도 사용되므로 보호 케이블의 굽힘 제한 장치로 사용할 수 있습니다.

설계에 관한 고려 사항

케이블 보호 시스템은 주로 피로, 케이블의 오버벤딩에 의한 케이블의 수명 전체에 걸쳐 시스템을 손상으로부터 보호하고 케이블의 매몰 영역에 도달할 때까지 케이블을 보호하도록 설계되어 있습니다.

설계 수명

케이블 보호 시스템은 특정 수명, 즉 시스템의 '설계 수명' 동안 보호를 제공하도록 설계됩니다. 이 수명은 발생하는 조건에 따라 달라질 수 있습니다.

케이블의 오버벤딩

케이블이 제조업체에서 정의한 최소 굽힘 반지름보다 작은 반경으로 구부러졌을 때 케이블의 오버벤딩이 발생합니다.케이블은 처음에는 오버벤딩에도 견딜 수 있지만, 이로 인해 케이블 내의 피로가 발생하여 최종적으로 케이블 장애가 발생할 수 있습니다.선택한 CPS는 지정된 최소 굽힘 반지름보다 큰 반지름을 유지해야 합니다.

내부 CPS/케이블의 피로

해저케이블 보호시스템은 이동에 의한 마모 및 장기간 침수에 의한 일반적인 구성변화에 의해 부식이나 폴리머계 화합물 변화 등이 발생할 수 있다.환경의 동적 요소에서 발생하는 CPS에 대한 유도 영향을 고려해야 한다.온도, 전류 또는 염도의 변화 등 간단한 변화로 인해 CPS가 케이블의 수명 동안 보호를 제공하는 기능이 변경될 수 있습니다.케이블의 동적 기능과 관련하여 CPS 이동의 잠재적 영향을 신중하게 평가할 것을 권장합니다.CPS는 100년간에 걸친 최악의 조건에도 견딜 수 있지만 CPS 내부의 케이블은 이러한 움직임에도 견딜 수 있습니다.암석 아웃롭이 존재하는 광섬유 케이블의 쇼어 엔드 등 경우에 따라서는 관절관을 해저 암석에 고정함으로써 동적 영향을 줄일 수 있으며, 이로 인해 나머지 이동 정도가 감소한다.

일부 제조업체는 영국 Exeter 대학의 DMZC 설비를 사용하여 독립적인 [3]경험적 테스트를 수행하여 고객에게 시스템의 생존 가능성에 대한 향상된 신뢰를 제공하기 위해 자사 제품에 적용되는 동적 힘의 시뮬레이션된 25년의 수명 주기를 제공했습니다.

해저 전원 케이블 장애의 또 다른 원인은 과열입니다.이 과열은 케이블에 의해 발생하는 열을 충분히 방출할 수 없는 CPS 내에 케이블이 포함되어 있는 경우에 발생할 수 있습니다.이로 인해 케이블 절연의 조기 피로가 발생하여 케이블을 교체해야 합니다.

해저 케이블 사고는 풍력 발전 손실의 총 전세계 비용 중 약 77%를 차지한다.2007년 이후, 이 비율은 70-80%로 매년 [3]통계적으로 보고되고 있다.

해저 안정성

해저 안정성은 케이블 보호 시스템과 관련된 중요한 요소입니다.케이블 보호 시스템이 너무 부력이 강할 경우 해저와 접촉할 가능성이 낮기 때문에 CPS는 콘크리트 매트리스, 암석주머니 또는 암석 덤핑과 같은 추가적인 교정 안정성 조치를 필요로 할 가능성이 높다.

서스펜션 강도

CPS를 단발성 구조물과 연결하기 위해 설치할 경우, 어느 정도 해저 세척이 있을 수 있습니다.세척이 과도해지면 CPS가 스크래치 구멍 안에 매달릴 수 있으며 CPS는 자신의 무게와 케이블의 무게를 지탱할 수 있어야 합니다.이 부하 시나리오를 유지하지 못하면 CPS가 고장나며, CPS가 고장나 케이블에 힘이 작용하여 최종적으로 케이블이 파손됩니다.

인스톨

특히 재생 에너지 시장 내에서 CPS의 설치는 개발 비용을 절감하고 위험 영역에서의 다이빙을 통해 인명에 대한 위험을 제거하기 때문에 완전히 분산되지 않는 것이 바람직하다.

분리/재설치

CPS의 마지막 고려사항은 장애가 발생했을 때 케이블을 분리하는 것입니다.일부 설계에서는 CPS를 사용하여 케이블을 복구하기 위해 다이버트의 개입이 필요합니다.또한 CPS 자체에 장애가 발생한 경우 CPS를 제거하는 것도 고려해야 합니다.해상 풍력 발전소의 운영 수명 동안 CPS 교체와 관련된 비용은 미미하지 않다. 왜냐하면 케이블은 프로세스의 일부로 수리/교체가 필요할 가능성이 높기 때문이다.

벤드 제한 장치

외부 비디오
video icon 이러한 폴리머 굽힘 제한 장치의 예
video icon 정적 영역용 금속 하프 셸과 폴리머 기반 굽힘 제한 장치를 갖춘 공급업체 1개
video icon 고분자 및 금속 시스템의 또 다른 예

연성 철관절 파이프 및 폴리머 또는 금속 기반 척추 시스템을 포함하여 굽힘의 제한을 제공하기 위해 다양한 혁신적인 시스템이 개발되었습니다.척추 굽힘 제한 장치는 금속 및 폴리머 기반 형태로 사용할 수 있습니다.일부 케이블 보호 시스템에는 구부림 반경을 세그먼트당 최대 몇 도로 제한하는 폴리머 기반 척추 시스템이 포함되어 있습니다.이러한 시스템은 금속 등가물보다 (물 속) 가볍고 종종 생산 비용이 더 많이 들지만 제안된 애플리케이션에서 수명을 신중하게 평가해야 합니다.폴리머의 사용으로 인해 이러한 시스템은 금속 시스템보다 직경이 더 큰 경향이 있으며, 이는 전류에 의해 발생하는 항력 유발력에 대한 표면적이 더 넓다.

벤드 스티프너

벤드 스티프너는 내부에 포함된 제품에 국소적인 강성을 더하여 벤딩 응력과 곡률을 허용 가능한 수준으로 제한하도록 설계된 원추형 폴리머 몰딩입니다.벤드 스티프너는 일반적으로 35m 이하의 수심에 적합하며 적합성은 현장의 해류와 해저 조건에 따라 크게 좌우된다.보강재를 선택할 때는 특히 시스템 수명과 관련하여 매우 주의해야 합니다. 보강재 자체가 피로하거나 부서질 수 있기 때문입니다.이러한 제품의 강성은 사용되는 플라스틱의 특성에 따라 달라지기 때문에 플라스틱의 신중한 테스트와 품질 보증은 재료 제조, 가공, 가공 및 [3]성형 과정에서 발생하는 결함으로 신중하게 고려되어야 합니다.

기타 시스템

케이블을 설치하기 전에 구조물에 부착할 수 있는 유연한 '튜브'를 제공하는 다양한 폴리머 기반 시스템이 개발되었습니다. 비록 이러한 시스템은 업계에서 비교적 새로운 것이며 일부에서는 입증되지 않은 것으로 간주됩니다.

적용 가능한 표준

케이블 보호 시스템에 대한 특정 표준은 없지만, 얕은 물에 있는 DNVGL-RP-0360 해저 전원 케이블은 구조물과의 접점에 케이블 보호에 관한 섹션을 포함합니다 (섹션 4.7).

해상풍 - CPS 문제

해상 풍력 케이블을 보호하기 위해 CPS 시스템을 사용하면 다양한 CPS 장애가 발생하여 CPS 시스템과 보호 대상 전원 케이블을 수리하는 데 비용이 많이 듭니다.이러한 장애의 정확한 범위, 비용 및 발생 빈도는 일반적으로 공개되지 않지만 Orsted와 같은 개발/운영 회사 및 [6][7][8][9][10]예상 수리 비용을 포함한 예외 사항이 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ O, Hoeftmann Alexander (inventor) (September 8, 1931). "Cable shield - US1822624 A". Google patents. Retrieved 2017-03-15.
  2. ^ "Vos Prodect". www.vos-prodect.com. Retrieved 2017-03-15.
  3. ^ a b c d "CPNL Engineering cable protection solutions". CPNL Engineering cable protection solutions. Retrieved 2017-03-15.
  4. ^ "Protectorshell Articulated / Split pipe". www.protectorshell.com. Retrieved 2017-03-15.
  5. ^ "Ductile Iron Data". www.ductile.org. 2022-02-09. Retrieved 2017-03-15.
  6. ^ "CPS Failures on ørsteds Offshore Wind Farms". 2022-02-09. Archived from the original on 2021-10-01.
  7. ^ "Orsted points at possible reason for EUR403 million cable problem". 2022-02-09. Archived from the original on 2021-04-30.
  8. ^ "How Orsted plans to solve offshore wind cable challenge". 2021-04-29. Archived from the original on 2021-04-29.
  9. ^ "Growing findings offshore cable damage hike pressure on Cable Protection". 2021-06-09. Archived from the original on 2021-06-09.
  10. ^ "Tekmar Group is working with Orsted to identify the "root cause" of multi-million pound cable faults at several offshore wind farms". 2021-05-04. Archived from the original on 2021-05-04.