ISSN:
1616-7228
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Geosciences
,
Physics
Description / Table of Contents:
Summary Submarine cables are to be laid in the Baltic Sea and North Sea for the transmission over great distances of megawatts of electric power (in this case about 600 MW) by means of direct current (about 1300 A). The electric current in such cables causes large deflections of the magnetic compasses on nearby ships. The deflection depends on the current intensity, the water depth, the height of the compass on board ship, the lateral distance between the ship and the cable, the direction of the cable route relative to the horizontal component of the geomagnetic field and that component's strength. The deflection was calculated for various points along the projected cable route. The results show that deflection values up to 70° occur. These values rapidly decrease with increasing lateral distance from the cable (typically to 1° at a lateral distance of 100 m). The ship's track is calculated for situations when a helmsman—in thick weather and forced to rely solely on the magnetic compass — steers a set course and the ship comes into the cable's disturbance range. It was found that on a set course and the ship comes about a right angle to the cable, the ship crosses the cable and proceeds on its original course parallel to its original track with a shift of about 40 m or more. If the set course is in an angular range that is more or less parallel to the cable (i. e. if the angle between the set course and the cable is less than the maximum deflection angle), the ship is “captured” by the cable, i. e. it deviates from its original course and “follows” the cable. It is evident that such deviations do not only occur while the vessel crosses the cable and then disappear but that they also have lasting effects in the form of shift or “capture”. To investigate the extent to which ship dynamics influence these values, which were first calculated quasi-statically, the parallel shift and the conditions causing “capture” were investigated for various set courses, ship speeds and ship time constants using equipment simulating the ship's movement at sea. To this end, use was made of simulation equipment that is normally employed in autopilot testing in the Federal Maritime and Hydrographic Agency (BSH). It was found that the quasi-statically calculated values were obtained in the simulation for speeds up to 10 kn and ship time constants up to 10 s (these are approximately the values of the RVGauss). A noticeable reduction in the values of the parallel shift and the set course range in which the ship is “captured” is found only in the case of greater ship speeds and/or larger ships. Measurements at sea south of Gothenburg in the vicinity of a cable already in operation confirmed the accuracy of the calculations and simulations. Track deviations can be the cause of collisions. It is therefore essential that shipping should be adequately informed about the risks, for instance through pilot books, Notices to Mariners and conspicuous entries in nautical charts. Such deflections can be greatly reduced if two cables are laid: one conducting the outgoing, the other the returning current. They should be laid a short distance apart (e. g. 3 m). For economic reasons, it is planned to lay two cables only along a short part of the projected route.
Notes:
Zusammenfassung Zur Übertragung hoher elektrischer Leistungen (z. B. 600 MW) über große Entfernungen mit Hilfe von Gleichstrom (über 1300 A) sollen Kabel auf dem Meeresboden der Ostsee und der Nordsee verlegt werden. Der elektrische Strom ruft in der Nähe des Kabels erhebliche Ablenkungen des Magnetkompasses hervor. Diese hängen ab von der Stromstärke, der Wassertiefe, der Höhe des Kompasses im Schiff, dem seitlichen Abstand des Schiffes vom Kabel, der Richtung der Kabeltrasse im Erdfeld und der Erdfeldstärke. Die Ablenkungen wurden für verschiedene Punkte einer geplanten Kabeltrasse berechnet. Dabei ergaben sich Werte bis zu 70°, die mit seitlichem Abstand vom Kabel schnell abnehmen, bei 100 m (typisch) etwa auf 1°. Es wurden die Bahnen berechnet, auf denen ein Schiff fährt, wenn der Rudergänger — bei unsichtigem Wetter und nur auf den Magnetkompaß angewiesen—einen vorgegebenen Sollkurs steuert und in den Störbereich des Kabels gerät. Dabei ergab sich, daß bei Sollkursen in einem Winkelbereich etwa senkrecht zum Kabel das Schiff das Kabel kreuzt und anschließend auf dem Sollkurs mit einem Querversatz von typisch 40 m (und mehr) gegenüber der ursprünglichen Bahn weiterfährt. Liegt der Sollkurs in einem Winkelbereich etwa parallel zum Kabel (Abweichung des Sollkurses von der Kabelrichtung bis zu einem Winkel, der dem maximalen Ablenkungswinkel gleich ist), dann wird das Schiff vom Kabel „eingefangen”, d.h. es verläßt seinen ursprünglichen Kurs und „folgt” dem Kabel. Man erkennt daraus, daß diese Abweichungen nicht nur während des Überquerens auftreten und dann wieder verschwinden, sondern durch Querversatz und Einfangen auch nachhaltige Wirkungen haben. Zur Untersuchung der Frage, inwieweit die Schiffsdynamik diese zunächst quasistatisch berechneten Werte ändert, wurden mit einer im Selbststeuerlabor des Bundesamtes für Seeschiffahrt und Hydrographie vorhandenen Simulationsanlage die Querversatzwerte und das Einfangverhalten für verschiedene Sollkurse, Schiffsgeschwindigkeiten und Schiffszeitkonstanten untersucht. Dabei ergab sich, daß man bei Schiffsgeschwindigkeiten bis zu 10 kn und Schiffszeitkonstanten bis zu 10 s die quasistatisch berechneten Werte erhält. Erst bei größeren Schiffsgeschwindigkeiten und/oder größeren Schiffen ergibt sich eine merkliche Verringerung der Werte für den Querversatz und den Sollkursbereich, aus dem heraus das Schiff „eingefangen” wird. Messungen südlich von Göteborg, im Bereich eines bereits in Betrieb befindlichen Kabels, bestätigten die Richtigkeit der Rechnungen und Simulationen. Die Bahnabweichungen können zu Schiffskollisionen führen. Daher ist eine eingehende Information der Schiffahrt erforderlich, z.B. durch Seehandbücher, Nachrichten für Seefahrer und auffällige Einträge in die Seekarten. Bei gemeinsamer Verlegung von Hin- und Rückleiter in geringem Abstand (z. B. 3 m) werden diese Ablenkungen wesentlich geringer. Aus wirtschaftlichen Gründen ist diese Doppelkabelverlegung jedoch nur auf einem kleinen Teil der geplanten Trasse vorgesehen.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF02225885
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