Tijdens het gebruik van optische en elektrische kabels is vochtpenetratie de belangrijkste factor die leidt tot prestatievermindering. Als water een optische kabel binnendringt, kan dit de demping van de glasvezel verhogen; als het een elektrische kabel binnendringt, kan dit de isolatieprestaties van de kabel verminderen, wat de werking ervan beïnvloedt. Daarom worden waterblokkerende elementen, zoals waterabsorberende materialen, in het productieproces van optische en elektrische kabels geïntegreerd om vocht- of waterpenetratie te voorkomen en zo de operationele veiligheid te garanderen.
De belangrijkste productvormen van waterabsorberende materialen zijn waterabsorberend poeder,waterblokkerende tape, waterblokkerend garenen opzwellend waterblokkerend vet, enz. Afhankelijk van de toepassingslocatie kan één type waterblokkerend materiaal worden gebruikt of kunnen er verschillende typen tegelijkertijd worden gebruikt om de waterdichte prestaties van de kabels te garanderen.
Met de snelle toepassing van 5G-technologie wordt het gebruik van optische kabels steeds wijdverbreider en worden de eisen eraan steeds strenger. Met name met de introductie van milieu- en milieueisen wordt de voorkeur voor volledig droge optische kabels steeds groter. Een belangrijk kenmerk van volledig droge optische kabels is dat ze geen vullend waterblokkerend vet of zwellend waterblokkerend vet gebruiken. In plaats daarvan worden waterblokkerende tape en waterblokkerende vezels gebruikt om water over de gehele kabeldoorsnede te blokkeren.
Het gebruik van waterafstotende tape in kabels en optische kabels is vrij gebruikelijk en er is veel onderzoeksliteratuur over beschikbaar. Er is echter relatief weinig onderzoek gedaan naar waterafstotend garen, met name naar waterafstotende 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 meest gebruikte waterafstotende materiaal bij de productie van kabels en optische kabels, met name droge optische kabels.
Toepassing in de productie van stroomkabels
Met de voortdurende versterking van de Chinese infrastructuur blijft de vraag naar stroomkabels voor ondersteunende energieprojecten toenemen. Kabels worden meestal geïnstalleerd door middel van directe ingraving, in kabelgoten, tunnels of bovengrondse methoden. Ze bevinden zich onvermijdelijk in vochtige omgevingen of in direct contact met water, en kunnen zelfs kortstondig of langdurig in water worden ondergedompeld, waardoor water langzaam in de kabel binnendringt. Onder invloed van een elektrisch veld kunnen zich boomachtige structuren vormen in de isolatielaag van de geleider, een fenomeen dat bekend staat als water treeing. Wanneer water trees tot op zekere hoogte groeien, zullen ze leiden tot afbraak van de kabelisolatie. Water treeing wordt nu internationaal erkend als een van de belangrijkste oorzaken van kabelveroudering. Om de veiligheid en betrouwbaarheid van het stroomvoorzieningssysteem te verbeteren, moeten kabelontwerp en -productie waterblokkerende structuren of waterdichte maatregelen nemen om ervoor te zorgen dat de kabel goede waterblokkerende prestaties levert.
Waterdoorlaatwegen 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 kabelkern. Voor radiale (transversale) waterblokkering wordt vaak een complete waterblokkerende mantel gebruikt, zoals een aluminium-kunststof composiettape die in de lengterichting is omwikkeld en vervolgens geëxtrudeerd met polyethyleen. Indien volledige radiale waterblokkering vereist is, wordt een metalen mantelstructuur gebruikt. Bij veelgebruikte kabels richt waterblokkerende bescherming zich voornamelijk op longitudinale (axiale) waterdoorlaat.
Bij het ontwerpen van de kabelstructuur moeten waterdichte maatregelen rekening houden met de waterbestendigheid in de lengterichting (of axiale richting) van de geleider, de waterbestendigheid buiten de isolatielaag en de waterbestendigheid in de gehele structuur. De algemene methode voor het waterdicht maken van geleiders is het vullen 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 te gebruiken als waterdicht materiaal in het midden, zoals weergegeven in Afbeelding 1. Waterdicht garen kan ook worden toegepast in volledig waterdichte structuren. Door waterdicht garen of waterbestendige touwen, geweven van waterdicht garen, in de openingen tussen de verschillende componenten van de kabel te plaatsen, kunnen de kanalen waarlangs water langs de axiale richting van de kabel stroomt, worden geblokkeerd om te garanderen dat aan de eisen voor waterdichtheid in de lengterichting wordt voldaan. Het schema van een typische volledig waterdichte kabel is weergegeven in Afbeelding 2.
In de bovengenoemde kabelconstructies worden waterabsorberende vezelmaterialen gebruikt als waterblokkerende eenheid. Het mechanisme is gebaseerd op de grote hoeveelheid superabsorberende hars op het oppervlak van het vezelmateriaal. Bij contact met water zet de hars snel uit tot wel 100 tot 100 keer het oorspronkelijke volume, waardoor een gesloten waterblokkerende laag ontstaat op de omtreksdoorsnede van de kabelkern. Hierdoor worden de waterdoorlaatkanalen geblokkeerd en wordt de verdere diffusie en verspreiding van water of waterdamp in de lengterichting gestopt, waardoor de kabel effectief wordt beschermd.
Toepassing in optische kabels
De optische transmissieprestaties, mechanische prestaties en omgevingsfactoren van optische kabels zijn de meest fundamentele vereisten voor een communicatiesysteem. Een maatregel om de levensduur van een optische kabel te garanderen, is het voorkomen dat water tijdens gebruik in de optische vezel dringt, wat tot een verhoogd verlies (d.w.z. waterstofverlies) zou leiden. Het binnendringen van water beïnvloedt de lichtabsorptiepieken van de optische vezel in het golflengtebereik van 1,3 μm tot 1,60 μm, wat leidt tot een verhoogd verlies van de optische vezel. Deze golflengteband bestrijkt de meeste transmissievensters die in huidige optische communicatiesystemen worden gebruikt. Daarom is een waterdicht ontwerp een belangrijk element in de constructie van optische kabels.
Het ontwerp van de waterblokkerende structuur in optische kabels wordt onderverdeeld in radiale en longitudinale waterblokkerende ontwerpen. Het radiale waterblokkerende ontwerp maakt gebruik van een uitgebreide waterblokkerende mantel, d.w.z. een structuur met aluminium-kunststof of staal-kunststof composiettape die in de lengterichting omwikkeld en vervolgens geëxtrudeerd is 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 ontwerp van de longitudinale waterdichte structuur wordt rekening gehouden met de toepassing van meerdere lagen waterblokkerende materialen voor elk onderdeel van de structuur. Het waterblokkerende materiaal in de losse buis (of in de groeven van een skeletkabel) wordt vervangen door waterabsorberend vezelmateriaal in de buis. Een of twee strengen waterblokkerende garen worden parallel aan het versterkingselement van de kabelkern geplaatst om te voorkomen dat externe waterdamp in de lengterichting langs het versterkingselement binnendringt. Indien nodig kunnen ook waterafstotende vezels in de openingen tussen de losse litzes worden geplaatst om ervoor te zorgen dat de optische kabel strenge waterdichtheidstesten doorstaat. De structuur van een volledig droge optische kabel maakt vaak gebruik van een gelaagde litzes, zoals weergegeven in Afbeelding 3.
Plaatsingstijd: 28-08-2025