Công nghệ rải cáp điện ngầm dưới biển

Một máy chôn cáp tự động đang được đưa xuống nước, bàn trượt phía trước chỉnh độ sâu-nông

Những sự cố, những mối nguy hại làm hỏng đường cáp dưới đáy biển là: Việc neo đậu tàu, lưới cá, đặc biệt là loại lưới rà đáy, ngoài ra còn do các dòng hải lưu, thậm chí do con người trong thi công các tuyến cáp điện khác giăng chéo, chằng chịt dưới đáy biển gây ra.

Đường cáp điện cao thế dưới đáy biển cũng có "ngã tư", "cầu vượt", "đường ngầm",  thế giới hiện đại cũng được thể hiện dưới đáy biển. Để làm việc này, người ta đã áp dụng nhiều loại công nghệ.

Rải và chôn cáp đồng thời - sử dụng công nghệ này, máy chôn cáp về bản chất là một robot lớn. Nó được tàu chuyên dùng kéo theo đúng tuyến đã được thiết kế và được hệ thống định vị toàn cầu GPS "dẫn đường".

Có một hệ thống ống phun nước áp lực cao tạo rãnh, hoặc lưỡi cày, máy đào gàu xúc ( dạng xích) tùy theo cấu tạo của máy, tùy theo chất đấy biển gắn trên máy. Máy này tạo nên rãnh cáp ở phía trước có độ sâu theo thiết kế.

Độ sâu chôn sâu-nông cáp chỉnh bằng 2 chân trượt phía trước. Tối đa có thể chôn sâu 3m so với mặt đáy biển tùy thuộc công suất của máy và yêu cầu từng vùng chôn…

Quy trình đào, chôn được giám sát, kiểm soát, điều chỉnh liên tục từ trên tàu chuyên dùng. Phương pháp này có ưu điểm là giảm thiểu tối đa hư hỏng cáp ngầm, tuy nhiên chi phí đầu tư cao do công nghệ phức tạp.

Rải trước, chôn sau - theo cách này, cáp được rải xuống bằng hệ thống rải cáp theo từng tuyến, sau đó máy chôn cáp thực hiện theo chiều sâu thiết kế. Hệ thống cảm biến nhận dạng cáp giúp máy chôn cáp định hướng di chuyển dọc theo thân sợi cáp. Phương pháp này có nguy cơ hư hỏng cáp ngầm trong quá trình thi công do neo tàu, hải lưu, lưới cá.

Đào rãnh trước, chôn sau: Dùng phương pháp này, rãnh cáp được đào sẵn theo độ sâu thiết kế bằng các thiết bị như: rôbốt, máy xúc, xáng cạp, sau đó cáp được rải xuống và lấp đất lại. So với 2 phương pháp trên, phương pháp này khá đơn giản và được chống được sự thủy phân …

Cáp biển ngày càng hiện đại

Hiện có hai loại cáp điện là cáp dầu hoặc cáp cách điện XLPE được sử dụng. Cáp cách điện giấy tẩm dầu, sử dụng cách điện đúc và được cải tiến liên tục để truyền được điện áp cao trong nhiều loại môi trường khác nhau như: chôn ngầm dưới đất, trong đường hầm, trong hầm lò và ở độ sâu dưới đại dương.

Cáp ngầm dưới biển có vỏ bọc bảo vệ bằng dây thép, cộng với lớp nhựa bitum phủ bên ngoài và các lớp sợi polypropylen để chống ăn mòn. Đối với các ứng dụng ở sâu dưới nước, vỏ bọc bảo vệ gồm có hai lớp dây quấn chéo nhau để tạo ra độ cân bằng lực xoắn.

Với các công trình công suất dẫn đi lớn, có thể phải qui định lớp vỏ bọc bằng đồng hoặc nhôm trong trường hợp cần đáp ứng các yêu cầu về thiết kế cơ khí.

Loại cáp XLPE cao áp gồm lõi dẫn bằng đồng hoặc nhôm bện xoắn cùng với một hệ thống cách điện đúc và các màn chắn, vỏ bọc và vỏ bảo vệ khác nhau. Giống như cáp dầu, trong ứng dụng thông thường, cáp XPLE có vỏ bọc bằng chì.

Cáp phải kín nước, nhất là chỗ mối nối và chống chịu được hiện tượng ăn mòn và mài mòn do các dòng hải lưu và sóng biển. Ở vùng nước sâu, chúng cũng phải chịu được áp suất cao tối đa ở độ sâu 210m là 2.000 kPa.

Hệ thống cách điện trên sợi cáp gồm có một màn chắn dẫn điện siêu nhẵn, lớp cách điện làm bằng XLPE siêu sạch và một lớp vỏ bọc cách điện. Hệ thống này đã được thực hiện trên máy quấn bốn đầu chéo nhau đặt trong dây chuyền đúc thẳng đứng. Công đoạn lưu hoá và làm mát đều được thực hiện trong môi trường nitơ khô. Băng nở chống nước được bố trí giữa hệ thống cách điện và vỏ chì bảo vệ để ngăn ngừa nước thâm nhập nếu chẳng may vỏ chì bị chọc thủng.

Vỏ bảo vệ cáp gồm hai lớp dây đồng đúc trong nhựa bitum. Bước xoắn của hai lớp được lựa chọn để tạo ra được một kiểu cáp cân bằng xoắn. Hai lớp sợi polypropylen được quấn bên ngoài vỏ bọc để bảo vệ chống ăn mòn.

Thiết kế các mối nối mới phức tạp. Nó có thân làm bằng cao su EPDM được đúc sẵn, có vỏ bảo vệ dày bên ngoài. Cách điện chỗ ngắt đoạn màn chắn được thiết kế chịu được điện áp xung 125 kV vì khoảng cách giữa các mối nối chuyển tiếp là lớn hơn 3 m. Mối nối được thi công trên bờ. Nếu cáp hỏng, cũng phải lôi cáp lên tàu để tạo mối nối mới, đo thử công phu rồi đưa xuống chôn lại.

Theo lý thuyết, có các sợi cáp quang được “gói” trong các cáp điện để điều hành quá trình dẫn điện đi xa dưới đáy biển. Từ đây có thể biết chất lượng dẫn điện từng đoạn, kịp xử lý.

Các cáp viễn thông chôn dưới biển cũng có các sợi cáp quang điều hành, có tác dụng kiểm tra, duy trì các “trạm lặp”, duy trì tín hiệu không bị suy hao do quãng đường và môi trường.

Tàu rải cáp chuyên dùng

Các con tàu này có sức chứa hàng ngàn tấn cáp, được trang bị hệ thống định vị tự động, máy lặn điều khiển từ xa được sử dụng để theo dõi cáp chạm đất trong quá trình rải cáp cùng hệ thống tời, ròng rọc, phao nâng cáp cự ly xa.

Các nhà quản lý cáp sau khi hoàn thành rải mỗi tuyến, phải trình và đăng ký thể hiện tuyến cáp trên hải đồ, để các ngành hoạt động trên đại dương đề phòng. Mỗi con tàu đều phải biết tuyến cáp trên hải đồ để tránh thả neo ở những nơi cáp đi qua, dễ mất an toàn.

Na Uy có một nhà máy xử lý và nén khí tiêu thụ một lượng điện năng khổng lồ. Người ta đã lắp đặt hệ thống cáp điện dưới biển, công suất 1.000 MW. Nước này cũng đã lập kỷ lục mới về cáp điện ngầm dưới đáy biển với cấp điện áp cao (đưa điện xoay chiều 420 kV từ đất liền ra biển)

Tập đoàn ABB của châu Âu cũng cung cấp cáp điện dẫn điện, tải được 350 MW dưới Vịnh Phần Lan để kết nối lưới điện Phần Lan và Estonia nhờ công nghệ truyền dẫn DC cao áp. Cáp truyền tải điện không tạo ra trường điện từ.

Việt Nam cũng tiến hành đưa cáp điện ngầm dẫn điện ra các đảo như Phú Quốc, Lý Sơn...điện áp tới 22 kV.

   Việt Hưng (Chinhphu.vn)