Zastosowanie włókien absorbujących wodę w kablach optycznych i energetycznych

Podczas eksploatacji kabli optycznych i elektrycznych, najpoważniejszym czynnikiem prowadzącym do pogorszenia ich wydajności jest wnikanie wilgoci. Jeśli woda dostanie się do kabla optycznego, może zwiększyć tłumienie włókien; jeśli dostanie się do kabla elektrycznego, może obniżyć parametry izolacji kabla, wpływając na jego działanie. Dlatego w procesie produkcji kabli optycznych i elektrycznych projektuje się elementy blokujące wodę, takie jak materiały absorbujące wodę, aby zapobiec wnikaniu wilgoci lub wody, zapewniając bezpieczeństwo eksploatacji.

Główne formy produktów materiałów absorbujących wodę obejmują proszek absorbujący wodę,taśma blokująca wodę, przędza blokująca wodęi smaru blokującego wodę o działaniu pęczniejącym itp. W zależności od miejsca zastosowania można zastosować jeden rodzaj materiału blokującego wodę lub jednocześnie kilka różnych rodzajów, aby zapewnić wodoodporność kabli.

Wraz z szybkim rozwojem technologii 5G, kable optyczne stają się coraz powszechniejsze, a wymagania wobec nich stają się coraz bardziej rygorystyczne. Szczególnie wraz z wprowadzeniem wymogów ekologicznych i ochrony środowiska, całkowicie suche kable optyczne cieszą się coraz większym zainteresowaniem na rynku. Istotną cechą całkowicie suchych kabli optycznych jest to, że nie zawierają one wypełniającego smaru blokującego wodę ani smaru pęczniejącego. Zamiast tego, do blokowania wody na całym przekroju kabla stosuje się taśmę blokującą wodę i włókna blokujące wodę.

Zastosowanie taśm blokujących wodę w kablach i kablach optycznych jest dość powszechne i istnieje bogata literatura naukowa na ten temat. Jednak stosunkowo niewiele jest badań dotyczących przędz blokujących wodę, a w szczególności materiałów z włókien blokujących wodę o właściwościach superchłonnych. Ze względu na łatwość rozdzielania podczas produkcji kabli optycznych i elektrycznych oraz prostotę przetwarzania, materiały z włókien superchłonnych są obecnie preferowanym materiałem blokującym wodę w produkcji kabli i kabli optycznych, zwłaszcza suchych kabli optycznych.

Zastosowanie w produkcji kabli energetycznych

Wraz z ciągłym rozwojem chińskiej infrastruktury, zapotrzebowanie na kable energetyczne w ramach projektów energetycznych stale rośnie. Kable są zazwyczaj instalowane bezpośrednio w ziemi, w wykopach kablowych, tunelach lub napowietrznie. Nieuchronnie znajdują się w wilgotnym środowisku lub mają bezpośredni kontakt z wodą, a nawet mogą być zanurzone w wodzie na krótki lub długi czas, co powoduje powolne wnikanie wody do wnętrza kabla. Pod wpływem pola elektrycznego w warstwie izolacyjnej przewodu mogą tworzyć się struktury przypominające drzewa – zjawisko to znane jest jako „drzewo wodne”. Kiedy drzewa wodne osiągną pewien poziom, doprowadzą do uszkodzenia izolacji kabla. „Drzewo wodne” jest obecnie uznawane na całym świecie za jedną z głównych przyczyn starzenia się kabli. Aby poprawić bezpieczeństwo i niezawodność systemu zasilania, projektowanie i produkcja kabli muszą uwzględniać konstrukcje blokujące wodę lub środki hydroizolacyjne, aby zapewnić dobre właściwości blokujące wodę.

Drogi przenikania wody w kablach można zasadniczo podzielić na dwa typy: przenikanie promieniowe (poprzeczne) przez osłonę oraz przenikanie podłużne (osiowe) wzdłuż przewodu i rdzenia kabla. W przypadku promieniowego (poprzecznego) blokowania wody często stosuje się kompleksową osłonę blokującą wodę, taką jak taśma kompozytowa aluminiowo-plastikowa, owinięta wzdłużnie, a następnie wytłoczona z polietylenu. Jeśli wymagane jest całkowite promieniowe blokowanie wody, stosuje się konstrukcję z osłoną metalową. W przypadku powszechnie stosowanych kabli ochrona przed blokowaniem wody koncentruje się głównie na wzdłużnym (osiowym) przenikaniu wody.

Projektując konstrukcję kabla, środki wodoszczelne powinny uwzględniać opór wody w kierunku wzdłużnym (lub osiowym) przewodu, opór wody na zewnątrz warstwy izolacyjnej oraz opór wody w całej konstrukcji. Ogólna metoda stosowania przewodów blokujących wodę polega na wypełnieniu materiałem blokującym wodę wewnątrz i na powierzchni przewodu. W przypadku kabli wysokiego napięcia z przewodami podzielonymi na sektory, zaleca się stosowanie przędzy blokującej wodę jako materiału blokującego wodę w środku, jak pokazano na rysunku 1. Przędza blokująca wodę może być również stosowana w konstrukcjach blokujących wodę o pełnej konstrukcji. Umieszczając przędzę blokującą wodę lub liny blokujące wodę utkane z przędzy blokującej wodę w szczelinach między różnymi elementami kabla, można zablokować kanały przepływu wody wzdłuż osi kabla, aby zapewnić spełnienie wymagań dotyczących wodoszczelności wzdłużnej. Schemat typowego kabla blokującego wodę o pełnej konstrukcji przedstawiono na rysunku 2.

W wyżej wymienionych konstrukcjach kablowych, jako element blokujący wodę stosowane są materiały włókniste o właściwościach absorpcyjnych. Mechanizm ten opiera się na dużej ilości żywicy superabsorbującej znajdującej się na powierzchni włókna. W kontakcie z wodą żywica szybko rozszerza się, zwiększając objętość wielokrotnie, tworząc zamkniętą warstwę blokującą wodę na przekroju poprzecznym rdzenia kabla. Blokuje ona kanały penetracji wody i uniemożliwia dalszą dyfuzję i rozprzestrzenianie się wody lub pary wodnej wzdłuż osi kabla, skutecznie chroniąc w ten sposób kabel.