INFRASTRUCTUUR  
Maintenance Magazine 168 – mei 2024

Maintenance van zeekabels

Over de zeebodem lopen telecom- en energiekabels. Hun goede werking is niet alleen afhankelijk van een correcte installatie en een gedegen onderhoud. De natuur zorgt voor bijzondere uitdagingen. Ook schaduwvloten vormen tegenwoordig een geducht risico. We vroegen Geert Moerkerke (52), verantwoordelijke assets offshore bij Elia, dat meer dan 9.000 km aan hoogspanningsverbindingen beheert, te land en in zee, hoe de tranmissienetbeheerder dat monitort en mitigeert.

Elia monitort de route van energiekabels in het kanaal. Minstens eens per jaar wordt het hele traject met de sonar in beeld gebracht, vanop het strand tot het offshore platform, of, bij een interconnector, van de ene naar de andere kant. Dat gebeurt met schepen in shifts van 12 of 24 uur. “Dit akoestisch beeld van een 100 meter brede corridor leert ons hoe de zeebodem zich verplaatst. Hier is die zeer mobiel”, zegt Moerkerke. Zandduinen bewegen onder stromingseffecten, eb en vloed, storm,… Het gevaar bestaat dat kabels daardoor ontgraven worden waardoor ze kwetsbaarder worden voor andere risico’s zoals activiteiten op zee, vissersnetten -boomkorren van de zeevisserij gaan gemiddeld 30 tot 40 cm diep de grond in, afhankelijk van het bodemtype- baggerspecie die gestort wordt, scheepsankers,…

De wettelijk opgelegde begravingsdiepte van zeekabels bedraagt in België één meter ‘at all times’, stelt Moerkerke. “Bij het plaatsen van kabels brengt Elia verschillende risico’s in rekening. Niet alleen de mobiliteit van de zeebodem en de nabijheid van zandwinningsgebieden of stortplaatsen. Ook wordt bekeken welke schepen over de route varen. Hoe groter de schepen en hun Deadweight Tonnage (DWT), des te groter hun anker. Grotere schepen moeten typisch binnen de vaarroutes blijven, maar “we proberen ook het risico op accidenteel ankeren of ankeren in een noodsituatie in te schatten.” Elke bodemsoort -los zand, gecompacteerd zand, slib, harde klei,…- heeft een eigen resistentie en biedt bijgevolg een bepaalde bescherming tegen het indringen van ankers.

Deze risicoafweging resulteert bij het ontwerp in een ‘required burial depth’ en die is conservatiever dan de wettelijk opgelegde één meter in de vergunning. “Daarmee zitten we tussen één en drie meter diepte. Daarbovenop verwijderen we bij het ingraven van de kabel ook de ‘mobiele’ toplaag.” Die kan bestaan uit zandgolven van 4 tot 6 m en lokaal zelfs 8 m. “Die baggeren we weg tot op een referentie zeebodemniveau, het laagst verwachte bodemniveau over 5, 10 tot 15 jaar. En dan gaan we daar tot 3 m onder.” De kabel wordt vervolgens in de sleuf gelegd en erna opgevuld met gebaggerd en thermisch geschikt zand. De aanlegdiepte van telecomkabels is minder conservatief en voldoet meestal aan de 1 m begravingsdiepte.

Condition based monitoring

“Jaarlijks meten we het bodemverschil van die corridor maar detecteren we ook alle anomalieën op de zeebodem. Een mijn, een gezonken container die overboord ging, een verloren anker, visserstuig… Alle objecten die we detecteren karteren we en houden we bij in databanken.” Indien ze een gevaar voor de kabel kunnen inhouden, moeten ze verwijderd worden.

“We controleren de begravingsdiepte van de kabel. Ligt die niet meer diep genoeg dan zal een interventie hem ofwel dieper leggen, ofwel een extra bescherming bezorgen.” Via een steensorter met een valpijp komt er dan een extra laag stenen bovenop de kabel. Zo komt de kabel in een berm van rotsbescherming te liggen.

Vandaag gebeuren de sonar surveys met schepen. “We onderzoeken of dat ook onbemand kan. In de toekomst voorzien wij die uit te voeren met USV’s (Unmanned Surface Vehicles) of AUV’s (Autonomous Underwater Vehicles) die via inertiële systemen onderwater kunnen gepositioneerd worden. Deze systemen, die nu reeds op beperkte schaal worden ingezet, zijn een veiliger, milieuvriendelijker en kwaliteitsvol alternatief voor de traditionele scheepvaart, meent Moerkerke. Hij wijst op de nabijheid van een bedrijf als Exail Robotics, dat voor de nieuwe mijnenjagers onderwaterdrones ontwikkelt die mijnen kunnen opsporen, identificeren en vernietigen, maar ook naar het bedrijf GeoXYZ, eveneens gevestigd in Oostende, die onderwater surveydiensten uitvoert. “De idee is dat we dan meerdere malen per jaar surveys kunnen doen om aan Asset Management en preventief onderhoud op basis van condition based monitoring te doen.”

Zo deed Moerkerkes team eerder al maandelijkse scans voor de Nemo-kabel toen bleek dat de bodem in een ondiep gebied -de Goodwin Sands- snel van vorm veranderde en er nogal wat erosie in de buurt van de kabel optrad. “Dat bleek een seizoensgebonden gebeuren.”

Energiekabels met datavezels

Zowel AC- als DC-energiekabels hebben datakabels ingebouwd om te communiceren. Via deze glasvezels is het ook mogelijk de temperatuur van de kabel te meten/te bewaken. Een kabel veroudert sneller bij hogere temperaturen, zeker als deze tot dicht bij zijn maximum temperatuur uitgebaat wordt. De kabeltemperatuur hangt af van de stroom die er door gejaagd wordt. Ook andere factoren spelen een rol. Sedimenten kunnen de temperatuur van de kabel beïnvloeden. “Kustveenlagen bestaan uit plantaardig materiaal dat als een isolatiedeken de afgifte van de kabelwarmte beperkt.” Daarnaast is de kabeltemperatuur ook onderworpen aan de ingraafdiepte -hoe dieper de kabel is ingegraven, des te minder warmte hij kan afgeven aan de omgeving- en het sedimenttype. Een kabel haalt over zijn lengte dan ook andere temperaturen. “Wij meten en registreren dat.”

De maximale temperatuur van een kabel kan oplopen tot 70 à 90°C. Bij sterke opwarming kent de isolatie een ‘thermisch verval’ of veroudering die op zijn beurt de levensverwachting van de kabel kan beïnvloeden. Klassiek heeft hij een minimum design levensverwachting van 30 à 35 jaar. “Wil je de levensverwachting monitoren, dan moet je bijhouden hoe vaak je de kabel tot zijn maximum temperatuur brengt.” Een Distributed Temperature Sensing (DTS) – systeem monitort continu de temperatuur langs de kabel via optische vezels, terwijl het Real Time Thermal Rating (RTTR)-systeem de actuele stroomcapaciteit van de kabel dynamisch berekent op basis van die temperatuurgegevens en omgevingsomstandigheden. “Het opwarmen van een kabel kent een zekere latentie of vertraging. Deze inertie voor opwarming zorgt ervoor dat de kabel een zekere buffer heeft -van wel een paar uur- waarna hij wél snel gaat opwarmen. Dit fenomeen zorgt ervoor dat de kabel toch pieken van de windmolenparken kan verwerken en de beheerder de kabel optimaal op de maximale uitbatingstemperatuur kan brengen.”

Er zijn heel wat verschillende types metingen op de kabel mogelijk. Time Domain Reflection (TDR) meet de tijd tussen een elektrische puls en zijn reflectie die een gevolg is van een verandering van de impedantie door een kabelfout of -breuk. Zo hanteert men ook Optical Time Domain Reflectometers (OTDR) om metingen te doen over geheel de lengte van de glasvezel. Over het verouderen van de glasvezel zelf is nog maar heel weinig bekend. “Deze technologie wordt in deze context nog maar een dik decennium gebruikt…”

Kabelfouten

“Er zijn twee soorten kabelfouten. Interne fouten treden op in het productieproces of tijdens de installatie door een foute manipulatie van de kabel. Bijvoorbeeld teveel spanning/trek op de kabel of het niet respecteren van de maximale buigradius. Offshore kabels hebben een pantser van geweven gegalvaniseerd of roestvrij staal om te vermijden dat de kabel bij de installatie onder zijn eigen gewicht bezwijkt of onder te sterke trekkrachten bezwijkt. De tweede soort fouten ontstaat door externe factoren: bijvoorbeeld wanneer een anker of boomkor de kabel beschadigt of zelfs kapot trekt of een langzame slijtage door cyclische mechanische belasting, bv. trillingen, waardoor de loodmantel van de kabel bezwijkt (lead sheet fatigue).

Vooral de Cross-Linked Polyethyleen (XLPE) isolatie van een kabel veroudert met de leeftijd én het opwarmen van de kabel. Bij een falende isolatie kunnen vonken/ontladingen optreden. PD monitoring (Partial Discharge Monitoring) bewaakt en detecteert gedeeltelijke ontladingen binnen de isolatie van hoogspanningsapparatuur en -kabels.

Een én én verhaal

“We ‘luisteren’ ook constant via de kabels”, zegt Moerkerke. Met Distributed Acoustic Sensing (DAS) wordt continu een hoogfrequente lichtpuls door de fiber gestuurd om het teruggekaatste licht van elk punt van de fiberlengte te analyseren. Elk akoestisch signaal doorheen de waterkolom heeft een impact op de glasvezel, op moleculair niveau, en dat valt af te lezen als een faseverschuiving van het terugverstrooide lichtspectrum. DAS kan schepen detecteren maar ook een net of anker dat over de grond getrokken wordt. En dat over de gehele lengte van de kabel. Anderzijds kent zo’n signaal ook veel ruis. “Brandingszones, waar de golven op de kust breken, zorgen voor veel achtergrondgeluid, maar met deze techniek is het ook mogelijk om wagens over de weg of een graafmachine in de nabijheid van het onshore traject van de kabels te detecteren.” Bij meerdere geluidsbronnen wordt het lastig “maar we kijken om toch veel meer met deze signalen te doen. Om de akoestische voetafdruk van een vissersboot, een baggerschip of ander te kunnen herkennen. De technologie is veelbelovend en nog volop in ontwikkeling.”

Data van de ene technologie kan ook aan complementaire technologie gekoppeld worden. Bijvoorbeeld aan satellietbeelden. “Maar soms vergt het dagen vooraleer een satelliet op de juiste plek gericht is.” Vorig jaar deed men een ‘proof of concept’ om schepen van de schaduwvloot met satellieten te volgen. “Ook deze technologie is volop in ontwikkeling.” Het alternatief is een permanente, actieve aanwezigheid in de zone. “Het is een én én verhaal”, zegt Moerkerke die er op wijst dat elke technologie zijn voordelen en beperkingen kent. “Alle Elia-kabels leveren dagelijks meerdere terabytes aan data op. Teveel om zomaar te verwerken. Je moet er dus AI op loslaten die specifieke events kan detecteren en alarm slaat wanneer nodig. De uitdaging zit hier in de dataverwerking.

Door Luc De Smet