Для передачи электроэнергии на большие расстояния через реки, крупные озера, проливы, моря и океаны, применяют подводные кабели высокого напряжения. Пример такого кабеля — подводный кабель постоянного тока «North Sea Link», введенный в эксплуатацию в октябре 2021 года.
При помощи данного кабеля протяженностью в 720 километров, от Норвегии к Великобритании через воды Северного моря подается электрическая мощность в 1400 МВт при постоянном напряжении ±515 кВ. Это самый длинный кабель такого рода в мире.
Подводные кабели высокого являются ключевым элементом в обеспечении международной торговли электроэнергией и соединении отдаленных регионов с общими энергетическими сетями.
Основные функции подводных кабелей высокого напряжения включают:
- Передача электроэнергии. Подводные кабели используются для транспортировки электроэнергии от генерирующих станций к потребителям.
- Интеграция энергетических систем. Подводные кабели позволяют объединять энергетические системы разных стран и регионов, обеспечивая более эффективное использование энергетических ресурсов и снижая затраты на передачу электроэнергии.
- Устранение инфраструктурных ограничений. Подводные кабельные системы позволяют обойти географические препятствия, такие как реки, горы или океаны, что позволяет расширить доступ к электроэнергии в удаленных и изолированных регионах.
- Снижение потерь при передаче. Подводные кабели имеют гораздо меньшие потери при передаче электроэнергии по сравнению с воздушными линиями электропередачи, что делает их более эффективными и экономичными для дальних передач.
- Безопасность и надежность. Расположение подводных кабелей под водой обеспечивает их защиту от погодных условий, вандализма и других внешних факторов, что повышает их надежность и безопасность эксплуатации.
Жила подводного кабеля высокого напряжения представляет собой многокомпонентную сборку концентрического типа, включающую проводники, изоляторы, внутренние и наружный защитные слои.
Кабели, предназначенные для передачи энергии от ветряных турбин, обычно содержат не только проводящие жилы, но и оптоволоконные вставки, назначение которых — передача информации о текущих метеоусловиях.
Главные силовые проводники кабеля традиционно изготавливаются из меди, реже — из алюминия. Их обычное сечение не превышает 1200 кв.мм, однако встречаются отдельные представители с сечением более 2400 кв.мм.
Когда рабочее напряжение кабеля 12 кВ и выше, проводники обязательно имеют круглую форму, дабы обеспечить равномерный градиент электрического поля в толще изоляции. Что касается структуры проводника, то он может быть как цельным, так и многопроволочным.
Говоря об изоляции кабеля, стоит отметить, что ее исполнение зависит от класса напряжения линии. Так, при рабочих напряжениях до 420 кВ в качестве изоляции жил применяется сшитый экструдированный полиэтилен с теплоизолирующим материалом толщиной 30 мм, тогда как изоляция кабелей рассчитанных на 36 кВ имеет толщину всего до 8 мм. Для линий постоянного тока состав изоляции специально подбирается и может быть различным.
Существуют маслонаполненные кабели низкого давления, бумажная изоляция в которых уложена внахлест. В этом случае жила пропитывается минеральным или синтетическим маслом.
Изредка в центре жилы у кабеля на напряжение до 525 кВ может быть предусмотрен масляный канал, чтобы масло могло легче двигаться при разогреве кабеля. Но такое решение используется редко, поскольку в случае повреждения кабеля оно грозит загрязнением вод.
Массивные кабели постоянного тока на напряжение до 525 кВ обычно имеют изоляцию пропитанную маслом.
Безусловно, подводный кабель нуждается и во внешней механической защите. Так, для защиты кабелей с классом от 52 кВ от проникновения воды внутрь, применяется оболочка из экструдированного свинца.
Отрезки свинца протяженностью по несколько десятков километров напрессовываются поверх полимерной изоляции жил. Так получается сердечник кабеля, который далее бронируется.
Если кабель одножильный, то броня концентрическая, однако чаще кабель все таки многожильный, поэтому жилы укладываются по спирали. Армируются жилы кабеля пропитанными битумом стальными проволоками. Битум защищает сталь брони от коррозии.
Кабели переменного тока требуют особого подхода к броне, ведь переменное магнитное поле порождает потери на вихревые токи, поэтому броня должна быть в этом случае немагнитной (латунной, медной или из нержавеющей стали).
При подводной передаче электроэнергии на большие расстояния, выгоднее использовать постоянный ток, ведь тогда потери будут меньше. Дело в том, что проводники кабеля образуют друг с другом пластины конденсатора, и емкость кабеля требует дополнительных, лишних затрат энергии при передаче на переменном токе. Линии постоянного тока этой проблемы лишены.