نظام حماية الكابلات

يحمي نظام حماية الكابلات ( CPS ) كابلات الطاقة تحت سطح البحر من عوامل مختلفة يمكن أن تقلل من عمر الكابل عند دخوله إلى هيكل بحري .

عند مد كابل طاقة تحت سطح البحر، توجد منطقة يمكن أن يتعرض فيها الكابل لقوى ديناميكية متزايدة لم يتم تصميم الكابل بالضرورة لتحملها طوال فترة حياته.

تتيح أنظمة حماية الكابلات تقليل مواصفات كابلات الطاقة تحت سطح البحر، وبالتالي خفض تكلفتها، وذلك بالاستغناء عن الحاجة إلى دروع إضافية. وبذلك، يمكن إنتاج الكابلات بتكلفة أقل مع الحفاظ على عمرها الافتراضي المطلوب الذي يزيد عن عشرين عامًا.

لقد اعتمد مطورو مزارع الرياح البحرية على نطاق واسع أنظمة حماية الكابلات نظرًا للمناطق الديناميكية التي يخرج فيها الكابل من قاع البحر ويدخل إلى الركيزة الأحادية / الأنبوب J، ويرجع ذلك جزئيًا إلى احتمال حدوث تجريف موضعي بالقرب من الهيكل.

يتكون نظام التحكم الفيزيائي السيبراني عمومًا من ثلاثة أقسام: واجهة مركزية أو واجهة أحادية، ونظام حماية للمنطقة الديناميكية، ونظام حماية للمنطقة الثابتة.

كان يُنظر إلى تركيب أنابيب J-Tubes للركائز الأحادية للطاقة المتجددة البحرية على أنه نهج مكلف، ولذا فإن نظام حماية الكابلات من نوع "القفل" الذي يخترق الجدار الخارجي للركيزة الأحادية عبر فتحة مصممة بزاوية خاصة، يُسهّل تصميم الركيزة ويُغني عن الحاجة إلى أعمال إضافية بعد دق الركيزة، والتي كانت تتطلب عادةً استخدام غواصين. وقد أصبح هذا النهج معيارًا صناعيًا في تصميم الركائز الأحادية، مما يُساعد المطورين على خفض تكاليف الإنشاء.

تُستخدم أنظمة حماية الكابلات ذات الأنابيب المفصلية تقليديًا لحماية الكابلات عند نقاط الإنزال على الشاطئ، وفي مناطق أخرى يُحتمل فيها تلف الكابلات، حيث لا يُعدّ دفنها خيارًا عمليًا. وتعود براءات اختراع أنواع مختلفة من أنظمة حماية الكابلات ذات الأنابيب المفصلية إلى عام ١٩٢٩. وقد وُصف النظام آنذاك بأنه درع واقٍ للكابلات.

"مصمم لحماية الكابل من التلف والتآكل الناتج عن الاحتكاك بالصخور، أو التلامس مع السفن أو المراسي أو غيرها من الأشياء، ويهدف إلى توفير درع مرن عملي من هذه الفئة يمكن تطبيقه بسهولة على الكابل في أي نقطة على طوله." ^{[ 1 ]}

صُممت أنظمة حماية الكابلات منذ البداية لتكون بسيطة وفعالة وسهلة التركيب. تتألف هذه الأنظمة من سلسلة من أنصاف الأغلفة، لكل منها حافة محدبة في أحد طرفيها وحافة أكبر في الطرف الآخر، مما يسمح للأقسام بتشكيل وصلة مفصلية مرنة بينها. وبفضل استخدام المعادن المصبوبة أو المطروقة الثقيلة، تتميز هذه الأنظمة بميزة إضافية تتمثل في زيادة وزن الكابل المُركّب، وبالتالي تقليل حركته على قاع البحر.

على مر السنين، طرأت ابتكارات حسّنت من مرونة الوصلات، فأصبحت الأنابيب المفصلية الحديثة أقرب إلى الوصلات الكروية ، كما يقدم بعض المصنّعين أنابيب مفصلية "بدون براغي"، مما يوفر وقت التجميع. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

كما طرأت تغييرات على علم المعادن ، مما أدى إلى تصنيع معظم الأنابيب المفصلية نصف القشرية الآن من الحديد المطاوع ، وذلك بفضل خصائصه المحسنة من حيث القوة والمرونة. ^{[ 5 ]}

تُستخدم هذه الأنابيب المفصلية اليوم أيضًا لخصائصها في تقييد الانحناء، مما يسمح باستخدامها كأدوات لتقييد الانحناء للكابل المحمي.

تم تصميم أنظمة حماية الكابلات في الغالب لحماية النظام من التلف طوال عمر الكابل الناتج عن الإجهاد والانحناء المفرط للكابل، ولتوفير الحماية للكابل حتى يصل إلى منطقة الدفن.

طُوّرت أنظمة مبتكرة متنوعة للحد من الانحناء، بما في ذلك الأنابيب المفصلية المصنوعة من الحديد المطاوع، وأنظمة الفقرات المصنوعة من البوليمر أو المعدن. تتوفر محددات انحناء الفقرات بنوعيها المعدني والبوليمري. تتضمن بعض أنظمة حماية الكابلات نظام فقرات بوليمري يحد من نصف قطر الانحناء إلى بضع درجات كحد أقصى لكل جزء. هذه الأنظمة أخف وزنًا (في الماء) من نظيراتها المعدنية، وغالبًا ما تكون أغلى تكلفةً في الإنتاج، ولكن يجب تقييمها بعناية من حيث عمرها الافتراضي في التطبيق المقترح. نظرًا لاستخدام البوليمرات، تميل هذه الأنظمة إلى أن تكون ذات قطر أكبر من نظيراتها المعدنية، مما يوفر مساحة سطح أكبر لقوى السحب الناتجة عن التيارات.

تُصنع مُقوّيات الانحناء من قوالب بوليمرية مخروطية الشكل، مُصممة لإضافة صلابة موضعية للمنتج الموجود بداخلها، مما يحد من إجهادات الانحناء والتقوس إلى مستويات مقبولة. تُناسب مُقوّيات الانحناء عمومًا أعماق المياه التي تبلغ 35 مترًا أو أقل، وتعتمد ملاءمتها بشكل كبير على التيارات البحرية وظروف قاع البحر في الموقع. يجب توخي الحذر الشديد عند اختيار المُقوّي، لا سيما فيما يتعلق بعمر النظام، حيث يمكن أن تُصاب هذه المُقوّيات نفسها بالإجهاد أو الهشاشة. نظرًا لأن صلابة هذه المنتجات تعتمد على طبيعة البلاستيك المستخدم، ينبغي إجراء اختبارات دقيقة وضمان جودة للبلاستيك بعناية، حيث قد تحدث عيوب أثناء تصنيع المواد ومعالجتها وتشكيلها وقولبتها. ^{[ 3 ]}

تم تطوير العديد من الأنظمة الأخرى القائمة على البوليمر والتي توفر "أنبوبًا" مرنًا يمكن ربطه بالهيكل قبل تركيب الكابل، على الرغم من أن هذه الأنظمة جديدة نسبيًا في الصناعة، ويعتبرها البعض غير مثبتة.

على الرغم من عدم وجود معايير محددة لأنظمة حماية الكابلات، فإن DNVGL-RP-0360 كابلات الطاقة تحت سطح البحر في المياه الضحلة يتضمن قسمًا عن حماية الكابلات عند نقطة الاتصال بالهيكل (القسم 4.7).

عانى استخدام أنظمة الحماية من الانهيارات الأرضية (CPS) لحماية كابلات طاقة الرياح البحرية من أعطال متكررة في هذه الأنظمة، مما أدى إلى تكاليف باهظة لإصلاحها وإصلاح كابلات الطاقة التي كان من المفترض أن تحميها. لا يتم عادةً الكشف عن النطاق الدقيق لهذه الأعطال وتكلفتها وتكرار حدوثها، إلا أن هناك استثناءات، منها إعلانات من شركات التطوير/التشغيل مثل أورستد، تُفصح عن نطاق هذه الأعطال وتكاليف إصلاحها المتوقعة. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}