Cables Submarinos: Construcción, Características, Tendido y Empalmes

Introducción a los Cables Submarinos y Cables Eléctricos Submarinos

Introducción a los Cables Submarinos

El desarrollo de parques eólicos marinos y plataformas marinas de petróleo y gas requiere la instalación de cables de potencia, control, monitorización y comunicaciones entre las plataformas y la tierra firme.

Para este propósito se instalan cables submarinos, que también se utilizan para potencia y/o comunicaciones entre islas y la tierra firme, entre países e incluso entre continentes.

Características de los Cables Submarinos

Los cables submarinos, que deben cumplir la Norma IEC 60288^[1], están diseñados y fabricados específicamente para instalarse bajo el agua, tendidos en el lecho marino, considerando que el lecho marino es accidentado y rocoso, que existen animales marinos que pueden dañar los cables, y que es obligatorio que los cables resistan tsunamis y actividad volcánica, así como las redes de arrastre usadas por pescadores, que son más peligrosas que los propios peces.

Para establecer las características de un cable submarino es necesario considerar los siguientes parámetros:

• Temperatura ambiente (lecho marino y tierra).
• Profundidad de enterramiento.
• Requisitos particulares de enterramiento/protección en la aproximación a costa (enterramiento más profundo, tubería de perforación direccional…).
• Espaciado axial entre cables.
• Resistividad térmica del lecho marino y tierra.
• Longitud del cable submarino.
• Profundidades de agua.

Las tensiones nominales típicas de los cables submarinos de potencia son de 3,6/6(7,2) kV a 290/500(525) kV, en sistemas CA, y superiores en sistemas CC.

Dependiendo de la tensión nominal y de la sección transversal (para sistemas CC los fabricantes construyen estos cables con secciones hasta 2500 mm² y para tensión nominal de red hasta 725 kV), pueden ser multinúcleo o uninúcleo.

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Características de los Cables Submarinos de Potencia

Las principales características de los cables submarinos de potencia son:

• Conductor: Cobre o aluminio. En caso de que los conductores vayan a usarse a grandes profundidades y si se solicita, el conductor se sella con material especial que impide la penetración de agua en caso de daño del cable.
• Aislamiento: XLPE, EPR o MIND (papel impregnado en masa).
• Pantalla: Hilos de cobre o cintas y vaina de plomo cuando se requiere.
• Armadura: La protección del cable frente a esfuerzos mecánicos se logra mediante la armadura constituida por hilos de acero (para cables uninúcleo la armadura debe ser de material no magnético – normalmente aluminio – para evitar el sobrecalentamiento de la armadura por corrientes de Foucault^[2] – efecto Joule), que proporcionan también a los cables la resistencia mecánica requerida durante el tendido o tiro. Los hilos de acero son de diferentes categorías de carga de rotura y están fuertemente galvanizados.
• Protección exterior: La protección exterior del cable, según las condiciones y requisitos de la instalación, se logra mediante vaina de PVC o PE y capas de hilos de polipropileno o yute.

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Cables de potencia de tres núcleos pueden incluir también cables de fibra óptica para comunicaciones, como se muestra en la Figura 1

Figura 1 – Construcción de cable submarino trifásico

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Cuando se usan cables de potencia uninúcleo, normalmente no incluyen fibras ópticas y en esta situación es necesario instalar también cables submarinos de fibra óptica como el que se muestra en la Figura 3.

Figura 2 – Cable submarino de fibra óptica

Algunos fabricantes incluyen en el mismo cable submarino comunicaciones (fibra óptica) y controles para sistemas de procesamiento y bombeo submarinos, ya sea que los requisitos sean para suministro de potencia de baja, media o alta tensión – cables umbilicales (ver Figura 3).

Los cables umbilicales pueden incluir también líneas de alta y baja presión (tubo de acero) usadas para fluidos.

Figura 3 – Cable umbilical

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Procedimiento Básico para el Tendido de Cables Submarinos

El tendido de un cable submarino es un negocio notablemente complejo, peligroso y costoso.

Las rutas deben ser inspeccionadas, la tecnología desarrollada, y el cable debe tenderse sin perderse, romperse o dañarse.

Previo a la instalación de un cable submarino es necesario realizar una serie de acciones:

• Elegir el trazado, usando cartas náuticas actualizadas.
• Evaluar las condiciones geológicas del trazado elegido.
• Proceder a la identificación del lecho marino, en lo referente a batimetría (profundidad), pendiente, existencia de accidentes topográficos, litología (naturaleza del lecho marino), condiciones ambientales, como salinidad, temperatura y pH, y los movimientos dinámicos que puedan existir en el lecho marino (olas, corrientes marinas, etc.) o que puedan afectarlo (tsunamis, actividad volcánica, corrientes de fango, etc.).

Una vez elegido el trazado y completados todos los estudios del lecho marino, es necesario identificar si hay tramos donde el cable necesita ser enterrado (usando una máquina de enterramiento por chorro hidráulico) y desarrollar tecnologías específicas para vigilar constantemente el lugar donde se instala el cable para evitar daños o pérdida del cable.

El tendido de cables submarinos se realiza generalmente mediante un buque tender de cables, como se ve en las Figuras 4 y 5, y se pueden usar robots para controlar el tendido del cable (ver Figura 6).

Figura 4 – Buque tender de cables

Figura 5 – Tendido de cable submarino

Figura 6 – Robot de tendido de cables

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Empalmes de Cables Submarinos

Cuando el recorrido del cable submarino es muy largo o si se produce daño en el cable, es necesario instalar empalmes de cable.

Estos empalmes de cable, que están sometidos a altas presiones, se ejecutan previamente a la instalación del cable en el lecho marino (siempre que sea posible en las instalaciones del fabricante), deben someterse a pruebas de aislamiento y dieléctricas y también a pruebas ultrasónicas y radiográficas, para asegurar la fiabilidad de la instalación.

La Figura 7 muestra una fase de empalme de cable submarino.

Figura 7 – Ejecución de empalme de cable submarino

Información útil:

^[1] IEC: Comisión Electrotécnica Internacional.

^[2] Las corrientes de Foucault son corrientes inducidas (fenómeno de inducción magnética).

Galería de Cables Submarinos / Submarinos y de Potencia

Sobre el Autor: Manuel Bolotinha

-Licenciatura en Ingeniería Eléctrica – Energía y Sistemas de Potencia (1974 – Instituto Superior Técnico/Universidad de Lisboa)
– Máster en Ingeniería Eléctrica y de Computadores (2017 – Facultad de Ciencias y Tecnología/Universidad Nova de Lisboa)
– Consultor Senior en Subestaciones y Sistemas de Potencia; Instructor Profesional

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