Tijdens het gebruik van optische en elektrische kabels is vochtpenetratie de belangrijkste factor die tot prestatievermindering leidt. Als water een optische kabel binnendringt, kan dit de vezeldemping verhogen; als het een elektrische kabel binnendringt, kan dit de isolatieprestaties van de kabel verminderen en de werking ervan beïnvloeden. Daarom worden waterwerende elementen, zoals waterabsorberende materialen, in het productieproces van optische en elektrische kabels ingebouwd om vocht- of waterpenetratie te voorkomen en de bedrijfsveiligheid te waarborgen.
De belangrijkste productvormen van waterabsorberende materialen zijn onder andere waterabsorberend poeder,waterdichte tape, waterdicht garenen zwellend waterdichtmakend vet, enz. Afhankelijk van de toepassing kan één type waterdichtmakend materiaal worden gebruikt, of kunnen verschillende typen tegelijkertijd worden gebruikt om de waterdichtheid van de kabels te garanderen.
Door de snelle toepassing van 5G-technologie wordt het gebruik van optische kabels steeds gangbaarder en worden de eisen eraan steeds strenger. Met name door de toenemende eisen op het gebied van milieuvriendelijkheid en duurzaamheid, wint de markt steeds meer aan populariteit voor volledig droge optische kabels. Een belangrijk kenmerk van volledig droge optische kabels is dat ze geen gebruik maken van waterdichtmakend vet of zwellend vet. In plaats daarvan worden waterdichtmakende tape en vezels gebruikt om de gehele doorsnede van de kabel waterdicht te maken.
Het gebruik van waterdichtende tape in kabels en optische kabels is vrij gebruikelijk en er is veel literatuur over dit onderwerp. Er is echter relatief weinig onderzoek gedaan naar waterdicht garen, met name naar waterdichtende vezelmaterialen met superabsorberende eigenschappen. Vanwege hun gemakkelijke afwikkeling tijdens de productie van optische en elektrische kabels en hun eenvoudige verwerking, zijn superabsorberende vezelmaterialen momenteel het geprefereerde waterdichtingsmateriaal bij de productie van kabels en optische kabels, vooral droge optische kabels.
Toepassing in de productie van stroomkabels
Door de voortdurende versterking van de infrastructuur in China neemt de vraag naar stroomkabels voor de ondersteuning van energieprojecten steeds verder toe. Kabels worden doorgaans in de grond gelegd, in kabelgoten, tunnels of bovengronds. Ze bevinden zich onvermijdelijk in vochtige omgevingen of in direct contact met water, en kunnen zelfs kortstondig of langdurig onder water komen te staan, waardoor water langzaam in de kabel kan doordringen. Onder invloed van een elektrisch veld kunnen zich boomachtige structuren vormen in de isolatielaag van de geleider, een fenomeen dat bekend staat als waterboomvorming. Wanneer waterbomen een bepaalde omvang bereiken, leiden ze tot aantasting van de kabelisolatie. Waterboomvorming wordt internationaal erkend als een van de belangrijkste oorzaken van kabelveroudering. Om de veiligheid en betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet te verbeteren, moeten bij het ontwerp en de productie van kabels waterafstotende structuren of waterdichtingsmaatregelen worden toegepast om een goede waterdichtheid te garanderen.
Waterpenetratiepaden in kabels kunnen over het algemeen worden onderverdeeld in twee typen: radiale (of transversale) penetratie door de mantel en longitudinale (of axiale) penetratie langs de geleider en de kabelkern. Voor radiale (transversale) waterafscherming wordt vaak een volledig waterdichte mantel gebruikt, zoals een aluminium-kunststofcomposietband die in de lengte is gewikkeld en vervolgens geëxtrudeerd met polyethyleen. Als volledige radiale waterafscherming vereist is, wordt een metalen mantelconstructie toegepast. Bij veelgebruikte kabels richt de waterafscherming zich voornamelijk op longitudinale (axiale) waterpenetratie.
Bij het ontwerpen van de kabelstructuur moet rekening worden gehouden met de waterdichtheid in de lengterichting (of axiale richting) van de geleider, de waterdichtheid buiten de isolatielaag en de waterdichtheid van de gehele structuur. De gebruikelijke methode voor het waterdicht maken van geleiders is het aanbrengen van waterdicht materiaal in en op het oppervlak van de geleider. Voor hoogspanningskabels met geleiders die in sectoren zijn verdeeld, wordt aanbevolen om waterdicht garen als waterdicht materiaal in het midden te gebruiken, zoals weergegeven in figuur 1. Waterdicht garen kan ook worden toegepast in volledig waterdichte constructies. Door waterdicht garen of van waterdicht garen geweven touwen in de openingen tussen de verschillende componenten van de kabel te plaatsen, kunnen de kanalen waarlangs water langs de axiale richting van de kabel kan stromen, worden geblokkeerd, waardoor aan de eisen voor waterdichtheid in de lengterichting wordt voldaan. Het schema van een typische volledig waterdichte kabelstructuur is weergegeven in figuur 2.
In de hierboven beschreven kabelconstructies worden waterabsorberende vezelmaterialen gebruikt als waterdichtingslaag. Het mechanisme berust op de grote hoeveelheid superabsorberende hars die zich op het oppervlak van het vezelmateriaal bevindt. Wanneer de hars in contact komt met water, zet deze snel uit tot 100 tot 1000 keer het oorspronkelijke volume, waardoor een gesloten waterdichtingslaag ontstaat op de omtrek van de kabelkern. Deze laag blokkeert de waterpenetratiekanalen en voorkomt verdere verspreiding van water of waterdamp in de lengterichting, waardoor de kabel effectief wordt beschermd.
Toepassing in optische kabels
De optische transmissieprestaties, mechanische prestaties en milieuprestaties van optische kabels zijn de meest fundamentele eisen van een communicatiesysteem. Een maatregel om de levensduur van een optische kabel te garanderen, is het voorkomen van water dat tijdens gebruik de optische vezel binnendringt, aangezien dit leidt tot verhoogd verlies (oftewel waterstofverlies). De indringing van water beïnvloedt de lichtabsorptiepieken van de optische vezel in het golflengtebereik van 1,3 μm tot 1,60 μm, wat leidt tot verhoogd verlies in de optische vezel. Deze golflengteband omvat het grootste deel van de transmissievensters die in de huidige optische communicatiesystemen worden gebruikt. Daarom is een waterdicht ontwerp een cruciaal element in de constructie van optische kabels.
Het ontwerp van de waterafstotende structuur in optische kabels wordt onderverdeeld in radiale en longitudinale waterafstotende ontwerpen. Bij het radiale ontwerp wordt een complete waterafstotende mantel gebruikt, dat wil zeggen een structuur met een aluminium-kunststof of staal-kunststof composiettape die in de lengte is gewikkeld en vervolgens geëxtrudeerd met polyethyleen. Tegelijkertijd wordt een losse buis van polymeermaterialen zoals PBT (polybutyleentereftalaat) of roestvrij staal aan de buitenkant van de optische vezel toegevoegd. Bij het longitudinale waterdichte ontwerp wordt rekening gehouden met de toepassing van meerdere lagen waterafstotend materiaal voor elk onderdeel van de structuur. Het waterafstotende materiaal in de losse buis (of in de groeven van een kabel met een skeletstructuur) wordt vervangen van een vullend waterafstotend vet door waterabsorberend vezelmateriaal voor de buis. Een of twee strengen waterafstotend garen worden parallel aan het verstevigingselement van de kabelkern geplaatst om te voorkomen dat waterdamp van buitenaf in de lengte langs het verstevigingselement doordringt. Indien nodig kunnen er ook waterdichte vezels in de openingen tussen de losse buizen worden geplaatst om ervoor te zorgen dat de optische kabel de strenge waterdichtheidstests doorstaat. De structuur van een volledig droge optische kabel maakt vaak gebruik van een gelaagde strengstructuur, zoals weergegeven in figuur 3.
Geplaatst op: 28 augustus 2025