ระบบป้องกันสายเคเบิล ( CPS ) ทำหน้าที่ปกป้องสายเคเบิลไฟฟ้าใต้น้ำจากปัจจัยต่างๆ ที่อาจลดอายุการใช้งานของสายเคเบิล เมื่อสายเคเบิลเข้าสู่โครงสร้าง นอกชายฝั่ง

เมื่อมีการวางสายเคเบิลไฟฟ้าใต้น้ำ จะมีบริเวณหนึ่งที่สายเคเบิลอาจต้องเผชิญกับแรงไดนามิกที่เพิ่มขึ้น ซึ่งสายเคเบิลนั้นอาจไม่ได้ถูกออกแบบมาให้ทนทานต่อแรงดังกล่าวได้ตลอดอายุการใช้งาน

ระบบป้องกันสายเคเบิลช่วยลดข้อกำหนดและต้นทุนของสายเคเบิลไฟฟ้าใต้น้ำได้ โดยไม่จำเป็นต้องใช้เกราะป้องกันเพิ่มเติม สามารถผลิตสายเคเบิลได้ในราคาที่ถูกลง ในขณะที่ยังคงมีอายุการใช้งานมากกว่า 20 ปีตามที่ต้องการ

ผู้พัฒนา ฟาร์มกังหันลมในทะเลได้นำระบบป้องกันสายเคเบิลมาใช้กันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากบริเวณที่สายเคเบิลออกจากพื้นทะเลและเข้าสู่เสาเดี่ยว /ท่อรูปตัว J นั้นเป็นบริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ซึ่งส่วนหนึ่งเป็นเพราะมีโอกาส เกิด การกัดเซาะ เฉพาะจุด ใกล้กับโครงสร้างได้

โดยทั่วไป CPS ประกอบด้วยสามส่วน ได้แก่ ส่วนเชื่อมต่อศูนย์กลางหรือเสาเดี่ยว ระบบป้องกันสำหรับพื้นที่เคลื่อนไหว และระบบป้องกันสำหรับพื้นที่คงที่

การติดตั้งท่อรูปตัว J สำหรับเสาเข็มเดี่ยวสำหรับพลังงานหมุนเวียนนอกชายฝั่งนั้นถูกมองว่าเป็นวิธีการที่มีต้นทุนสูง และระบบป้องกันสายเคเบิลแบบ "ล็อค" ซึ่งเจาะผ่านผนังด้านนอกของเสาเข็มเดี่ยวผ่านช่องเปิดที่ทำมุมเฉพาะ ช่วยให้การออกแบบเสาเข็มเดี่ยวทำได้ง่ายขึ้น และขจัดความจำเป็นในการทำงานเพิ่มเติมหลังการตอกเสาเข็ม ซึ่งโดยปกติแล้วจะเกี่ยวข้องกับการใช้คนดำน้ำ วิธีการนี้ได้กลายเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมในการออกแบบเสาเข็มเดี่ยว ช่วยให้นักพัฒนาลดต้นทุนในการก่อสร้างได้

ระบบป้องกันสายเคเบิลแบบท่อครึ่งวงกลมที่เชื่อมต่อกันได้นั้น ถูกนำมาใช้ในการป้องกันสายเคเบิลบริเวณชายฝั่ง และพื้นที่อื่นๆ ที่คาดการณ์ว่าสายเคเบิลอาจเสียหายได้ และการฝังใต้ดินนั้นไม่เหมาะสม สิทธิบัตรสำหรับระบบป้องกันสายเคเบิลแบบท่อครึ่งวงกลมที่เชื่อมต่อกันได้นั้นมีมาตั้งแต่ปี 1929 โดยระบบดังกล่าวถูกอธิบายว่าเป็นเกราะป้องกันสายเคเบิล

"ปรับให้เหมาะสมเพื่อป้องกันสายเคเบิลจากความเสียหายและการสึกหรอที่เกิดจากการเสียดสีกับหิน การสัมผัสกับเรือ สมอเรือ หรือวัตถุอื่น ๆ และมีวัตถุประสงค์เพื่อจัดหาเกราะป้องกันที่ยืดหยุ่นได้ในทางปฏิบัติในระดับนี้ซึ่งสามารถนำไปใช้กับสายเคเบิลได้อย่างง่ายดายในทุกจุดตามความยาว" ^{[ 1 ]}

ตั้งแต่เริ่มแรก ระบบป้องกันสายเคเบิลได้รับการออกแบบให้เรียบง่าย มีประสิทธิภาพ และประกอบง่าย ระบบประกอบด้วยชิ้นส่วนรูปครึ่งวงกลมหลายชิ้น โดยมีขอบนูนที่ปลายด้านหนึ่งและขอบเบ้าขนาดใหญ่ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ทำให้ส่วนต่างๆ สามารถเชื่อมต่อกันได้อย่างยืดหยุ่นเหมือนข้อต่ออเนกประสงค์ นอกจากนี้ เนื่องจากการใช้ วัสดุ โลหะ หล่อ หรือ โลหะ ตีขึ้น รูปที่มีน้ำหนักมาก ระบบนี้จึงมีข้อดีเพิ่มเติมคือช่วยเพิ่มน้ำหนักของสายเคเบิลที่ติดตั้ง ทำให้ลดการเคลื่อนไหวบนพื้นทะเลได้

ตลอดหลายปีที่ผ่านมา มีการพัฒนานวัตกรรมเพื่อปรับปรุงการทำงานของข้อต่อ โดยท่อข้อต่อสมัยใหม่มีลักษณะคล้ายกับข้อต่อลูกบอล มากขึ้น และผู้ผลิตบางรายได้จัดหาท่อข้อต่อแบบ 'ไม่ต้องใช้สลักเกลียว' ซึ่งช่วยประหยัดเวลาในการประกอบ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

มี การเปลี่ยนแปลงในด้านโลหะวิทยาเกิดขึ้นเช่นกัน ส่งผลให้ท่อข้อต่อครึ่งเปลือกส่วนใหญ่ในปัจจุบันทำจากเหล็กดัดได้เนื่องจากมีคุณสมบัติความแข็งแรงและความยืดหยุ่นที่ดีขึ้น^{[ 5 ]}

ปัจจุบัน ท่อข้อต่อเหล่านี้ยังถูกนำมาใช้ประโยชน์ในด้านคุณสมบัติการจำกัดการโค้งงอ ทำให้สามารถนำไปใช้เป็นตัวจำกัดการโค้งงอสำหรับสายเคเบิลที่ได้รับการป้องกันได้

ระบบป้องกันสายเคเบิลได้รับการออกแบบมาเป็นหลักเพื่อปกป้องระบบจากความเสียหายตลอดอายุการใช้งานของสายเคเบิลที่เกิดจากความล้าการโค้งงอมากเกินไปของสายเคเบิล และเพื่อให้การป้องกันสายเคเบิลจนกว่าจะถึงบริเวณที่ฝังอยู่ใต้ดิน

ระบบป้องกันสายเคเบิลจะได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันตลอดอายุการใช้งานที่กำหนด ซึ่งเรียกว่า 'อายุการใช้งานตามการออกแบบ' ของระบบ ซึ่งอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมที่พบเจอ

ระบบป้องกันสายเคเบิลใต้น้ำอาจสึกหรอเนื่องจากการเคลื่อนไหว และการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบโดยทั่วไปเนื่องจากการจมอยู่ใต้น้ำเป็นเวลานาน เช่นการกัดกร่อนหรือการเปลี่ยนแปลงในสารประกอบโพลีเมอร์ ควรพิจารณาถึงผลกระทบที่เกิดขึ้นกับระบบป้องกันสายเคเบิลใต้น้ำ (CPS) อันเนื่องมาจากองค์ประกอบไดนามิกในสภาพแวดล้อม การเปลี่ยนแปลงง่ายๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ กระแสน้ำ หรือความเค็มอาจส่งผลให้ความสามารถของ CPS ในการป้องกันสายเคเบิลตลอดอายุการใช้งานเปลี่ยนแปลงไป ขอแนะนำให้ประเมินผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากการเคลื่อนไหวของ CPS อย่างรอบคอบ โดยสัมพันธ์กับความสามารถไดนามิกของสายเคเบิล CPS อาจทนต่อสภาวะที่เลวร้ายที่สุดได้ในระยะเวลา 100 ปี แต่สายเคเบิลภายใน CPS จะทนต่อการเคลื่อนไหวเหล่านั้นได้หรือไม่ ในบางกรณี เช่น ปลายสายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่อยู่บนฝั่งซึ่งมีโขดหินอยู่ การเคลื่อนไหวแบบไดนามิกสามารถลดลงได้โดยการยึดท่อข้อต่อเข้ากับหินใต้ทะเล ซึ่งจะช่วยลดระดับการเคลื่อนไหวที่เหลืออยู่

ผู้ผลิตบางรายได้ทำการทดสอบเชิงประจักษ์อิสระโดยใช้สิ่งอำนวยความสะดวก DMZC ที่มหาวิทยาลัยเอ็กเซเตอร์ในสหราชอาณาจักร เพื่อจำลองวงจรชีวิต 25 ปีของแรงไดนามิกที่ใช้ได้กับผลิตภัณฑ์ของตน เพื่อให้ลูกค้ามีความมั่นใจมากขึ้นในความอยู่รอดของระบบ^{[ 3 ]}

สาเหตุอีกประการหนึ่งที่ทำให้สายเคเบิลไฟฟ้าใต้น้ำชำรุดคือความร้อนสูงเกินไป ซึ่งอาจเกิดขึ้นเมื่อสายเคเบิลถูกบรรจุอยู่ภายในระบบจ่ายไฟฟ้าแบบรวมศูนย์ (CPS) ที่ไม่มีความสามารถในการระบายความร้อนที่เกิดจากสายเคเบิลอย่างเพียงพอ สิ่งเหล่านี้จะนำไปสู่การเสื่อมสภาพของฉนวนสายเคเบิลก่อนกำหนด ทำให้ต้องเปลี่ยนสายเคเบิลใหม่

เหตุการณ์สายเคเบิลใต้น้ำคิดเป็นประมาณ 77% ของต้นทุนรวมทั่วโลกของการสูญเสียฟาร์มกังหันลม ตั้งแต่ปี 2007 เปอร์เซ็นต์นี้ซึ่งแตกต่างกันไประหว่าง 70% ถึง 80% ได้รับการรายงานทางสถิติในแต่ละปี^{[ 3 ]}

ความเสถียรของพื้นทะเลเป็นปัจจัยสำคัญที่เกี่ยวข้องกับระบบป้องกันสายเคเบิล หากระบบป้องกันสายเคเบิลลอยตัว มากเกินไป ก็มีโอกาสน้อยที่จะคงสัมผัสกับพื้นทะเล ดังนั้นระบบป้องกันสายเคเบิลจึงมีแนวโน้มที่จะต้องการมาตรการแก้ไขความเสถียรเพิ่มเติม เช่น การติดตั้งแผ่นคอนกรีต ถุงหิน หรือการถมหิน

เมื่อติดตั้ง CPS เพื่อเชื่อมต่อกับโครงสร้างเสาเดี่ยว อาจเกิดการกัดเซาะพื้นทะเลในระดับหนึ่ง หากการกัดเซาะรุนแรงเกินไป CPS อาจแขวนอยู่ภายในหลุมกัดเซาะ และจำเป็นต้องสามารถรับน้ำหนักของตัวเองและน้ำหนักของสายเคเบิลภายในได้ หากไม่สามารถรับน้ำหนักในสถานการณ์นี้ได้ จะทำให้ CPS เสียหาย ซึ่งจะทำให้แรงกระทำต่อสายเคเบิลภายใน และในที่สุดจะนำไปสู่ความเสียหายของสายเคเบิล

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ใน ตลาด พลังงานหมุนเวียนการติดตั้ง CPS มักนิยมทำโดยไม่ต้องมีนักดำน้ำ เนื่องจากจะช่วยลดต้นทุนของผู้พัฒนาโครงการ และขจัดความเสี่ยงต่อชีวิตมนุษย์จากการดำน้ำในพื้นที่อันตราย

ข้อพิจารณาประการสุดท้ายสำหรับ CPS คือการถอดสายเคเบิลออกหากเกิดความล้มเหลว การออกแบบบางแบบกำหนดให้ต้องใช้คนดำน้ำเพื่อกู้สายเคเบิลพร้อมกับ CPS ควรพิจารณาอย่างรอบคอบถึงการถอด CPS ออกหากตัว CPS เองเกิดความเสียหาย ค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยน CPS ในระหว่างอายุการใช้งานของฟาร์มกังหันลมในทะเลนั้นไม่น้อยเลย เนื่องจากสายเคเบิลอาจต้องได้รับการซ่อมแซม/เปลี่ยนใหม่เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการด้วย

วิดีโอภายนอก
ตัวอย่างหนึ่งของตัวจำกัดการโค้งงอที่ทำจากพอลิเมอร์เหล่านี้
ซัพพลายเออร์รายหนึ่งจำหน่ายเปลือกโลหะครึ่งวงกลมสำหรับโซนคงที่ และตัวจำกัดการโค้งงอที่ทำจากโพลีเมอร์
อีกตัวอย่างหนึ่งของระบบพอลิเมอร์และโลหะ

มีการพัฒนาระบบนวัตกรรมต่างๆ เพื่อจำกัดการโค้งงอ รวมถึงท่อเหล็กหล่อเหนียวแบบข้อต่อ และระบบกระดูกสันหลังที่ทำจากพอลิเมอร์หรือโลหะ ตัวจำกัดการโค้งงอแบบกระดูกสันหลังมีให้เลือกทั้งแบบโลหะและแบบพอลิเมอร์ ระบบป้องกันสายเคเบิลบางระบบมีระบบกระดูกสันหลังที่ทำจากพอลิเมอร์ ซึ่งจำกัดรัศมีการโค้งงอสูงสุดเพียงไม่กี่องศาต่อส่วน ระบบเหล่านี้มีน้ำหนักเบากว่า (ในน้ำ) เมื่อเทียบกับระบบที่ทำจากโลหะ และมักมีราคาแพงกว่าในการผลิต แต่ต้องประเมินอายุการใช้งานอย่างรอบคอบในการใช้งานที่เสนอ เนื่องจากมีการใช้พอลิเมอร์ ระบบเหล่านี้จึงมักมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าระบบที่ทำจากโลหะ ซึ่งทำให้มีพื้นที่ผิวมากขึ้นสำหรับแรงต้านที่เกิดจากกระแสน้ำ

ตัวเสริมความแข็งแรงแบบโค้งงอเป็นชิ้นส่วนขึ้นรูปโพลีเมอร์รูปทรงกรวยที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มความแข็งแรงเฉพาะจุดให้กับผลิตภัณฑ์ที่บรรจุอยู่ภายใน จำกัดความเค้นดัดงอและความโค้งให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ โดยทั่วไปแล้วตัวเสริมความแข็งแรงแบบโค้งงอเหมาะสำหรับระดับความลึกของน้ำ 35 เมตรหรือน้อยกว่า และความเหมาะสมจะขึ้นอยู่กับกระแสน้ำและสภาพพื้นทะเลในพื้นที่นั้นๆ เป็นอย่างมาก ต้องใช้ความระมัดระวังอย่างยิ่งในการเลือกตัวเสริมความแข็งแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับอายุการใช้งานของระบบ เนื่องจากตัวเสริมความแข็งแรงเหล่านี้เองก็อาจเกิดความล้า/เปราะบางได้ เนื่องจากความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของพลาสติกที่ใช้ จึงควรพิจารณาการทดสอบและการควบคุมคุณภาพของพลาสติกอย่างรอบคอบ เนื่องจากมีข้อบกพร่องเกิดขึ้นระหว่างการผลิต การแปรรูป การกลึง และการขึ้นรูปวัสดุ^{[ 3 ]}

มีการพัฒนาระบบที่ใช้โพลิเมอร์เป็นส่วนประกอบอื่นๆ อีกหลายระบบ ซึ่งมีลักษณะเป็น "ท่อ" ที่ยืดหยุ่นได้ สามารถติดเข้ากับโครงสร้างล่วงหน้าก่อนการติดตั้งสายเคเบิลได้ แม้ว่าระบบเหล่านี้จะค่อนข้างใหม่ในอุตสาหกรรม และบางคนยังมองว่ายังไม่ได้รับการพิสูจน์ประสิทธิภาพก็ตาม

แม้ว่าจะไม่มีมาตรฐานเฉพาะสำหรับระบบป้องกันสายเคเบิล แต่มาตรฐาน DNVGL-RP-0360 สายเคเบิลไฟฟ้าใต้น้ำในน้ำตื้น มีส่วนที่กล่าวถึงการป้องกันสายเคเบิลบริเวณจุดเชื่อมต่อกับโครงสร้าง (ส่วนที่ 4.7)

การใช้ระบบ CPS เพื่อป้องกันสายเคเบิลไฟฟ้าพลังงานลมในทะเลประสบปัญหาความล้มเหลวของ CPS หลายประการ ส่งผลให้ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมระบบ CPS และสายเคเบิลไฟฟ้าที่ระบบเหล่านั้นควรได้รับการป้องกัน โดยทั่วไปแล้วจะไม่มีการเปิดเผยขอบเขต ค่าใช้จ่าย และความถี่ของการเกิดความล้มเหลวเหล่านี้อย่างแน่ชัด อย่างไรก็ตาม มีข้อยกเว้นบางประการ รวมถึงการประกาศจากบริษัทผู้พัฒนา/ผู้ดำเนินการ เช่น Orsted เกี่ยวกับขอบเขตและค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมที่คาดการณ์ไว้^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}