При эксплуатации оптических и электрических кабелей наиболее значимым фактором, приводящим к ухудшению их характеристик, является проникновение влаги. Попадание воды в оптический кабель может привести к увеличению затухания в волокне; попадание воды в электрический кабель может ухудшить изоляционные свойства кабеля, что негативно скажется на его работе. Поэтому в процессе производства оптических и электрических кабелей применяются водоблокирующие элементы, такие как водопоглощающие материалы, для предотвращения проникновения влаги и воды, обеспечивая безопасность эксплуатации.
Основные формы выпуска водопоглощающих материалов включают в себя водопоглощающий порошок,водоблокирующая лента, водоблокирующая пряжа, а также набухающая водоблокирующая смазка и т. д. В зависимости от места применения может использоваться один тип водоблокирующего материала или одновременно несколько различных типов для обеспечения водонепроницаемости кабелей.
С быстрым внедрением технологии 5G использование оптических кабелей становится всё более распространённым, а требования к ним ужесточаются. В частности, с введением экологических требований и требований по защите окружающей среды, полностью сухие оптические кабели становятся всё более востребованными на рынке. Важной особенностью полностью сухих оптических кабелей является отсутствие в них заполняющей или набухающей водоблокирующей смазки. Вместо этого для обеспечения водоблокировки по всему сечению кабеля используются водоблокирующая лента и водоблокирующие волокна.
Применение водоблокирующей ленты в кабелях и оптических кабелях довольно распространено, и этому посвящено множество исследований. Однако водоблокирующей пряже, особенно водоблокирующим волокнистым материалам с суперабсорбирующими свойствами, посвящено сравнительно меньше исследований. Благодаря своей высокой окупаемости при производстве оптических и электрических кабелей и простоте обработки, суперабсорбирующие волокнистые материалы в настоящее время являются предпочтительным водоблокирующим материалом при производстве кабелей и оптических кабелей, особенно сухих оптических кабелей.
Применение в производстве силовых кабелей
В связи с непрерывным укреплением инфраструктурного строительства в Китае, спрос на силовые кабели для поддержки энергетических проектов продолжает расти. Кабели обычно прокладываются путем прямой прокладки в кабельных траншеях, туннелях или по воздуху. Они неизбежно находятся во влажной среде или в прямом контакте с водой и могут даже быть погружены в воду на короткое или длительное время, что приводит к медленному проникновению воды внутрь кабеля. Под действием электрического поля в слое изоляции проводника могут образовываться древовидные структуры, явление, известное как водяное триинг. Когда водяные триинги достигают определенной степени, они приводят к пробою изоляции кабеля. Водяное триинг в настоящее время признано на международном уровне одной из основных причин старения кабелей. Для повышения безопасности и надежности системы электроснабжения при проектировании и производстве кабелей необходимо использовать водоблокирующие конструкции или меры гидроизоляции, чтобы гарантировать хорошие водоблокирующие характеристики кабеля.
Пути проникновения воды в кабели обычно можно разделить на два типа: радиальное (или поперечное) проникновение через оболочку и продольное (или осевое) проникновение вдоль проводника и сердечника кабеля. Для радиальной (поперечной) блокировки воды часто используется комплексная водоблокирующая оболочка, например, алюмопластиковая композитная лента, продольно обернутая и затем экструдированная полиэтиленом. Если требуется полная радиальная блокировка воды, применяется металлическая оболочка. Для широко используемых кабелей защита от проникновения воды сосредоточена главным образом на продольном (осевом) проникновении воды.
При проектировании кабельной конструкции меры по обеспечению водонепроницаемости должны учитывать водостойкость в продольном (осевом) направлении жилы, водостойкость вне слоя изоляции и водостойкость по всей конструкции. Общим методом водоблокировки жил является заполнение водоблокирующими материалами внутренней и внешней поверхности жилы. Для высоковольтных кабелей с секционированными жилами в качестве водоблокирующего материала рекомендуется использовать водоблокирующую пряжу в центре, как показано на рисунке 1. Водоблокирующая пряжа может также применяться в полноструктурных водоблокирующих конструкциях. Размещение водоблокирующей пряжи или водоблокирующих канатов, сплетенных из водоблокирующей пряжи, в зазорах между различными элементами кабеля позволяет перекрыть каналы для стока воды в осевом направлении кабеля, обеспечивая тем самым выполнение требований к продольной водонепроницаемости. Принципиальная схема типового полноструктурного водоблокирующего кабеля представлена на рисунке 2.
В упомянутых выше кабельных конструкциях в качестве водоблокирующего элемента используются водопоглощающие волокнистые материалы. Этот механизм основан на большом количестве суперпоглощающей смолы, присутствующей на поверхности волоконного материала. При контакте с водой смола быстро расширяется в объёме, в 2–3 раза превышающем её первоначальный объём, образуя замкнутый водоблокирующий слой по окружности сердечника кабеля, блокируя каналы проникновения воды и предотвращая дальнейшее распространение и распространение воды или водяного пара в продольном направлении, тем самым эффективно защищая кабель.
Применение в оптических кабелях
Оптические характеристики передачи, механические характеристики и экологические характеристики оптических кабелей являются важнейшими требованиями к системам связи. Одной из мер по обеспечению длительного срока службы оптического кабеля является предотвращение проникновения воды в оптическое волокно во время эксплуатации, что может привести к увеличению потерь (например, водородных потерь). Попадание воды влияет на пики поглощения света оптического волокна в диапазоне длин волн от 1,3 до 1,60 мкм, что приводит к увеличению потерь в оптическом волокне. Этот диапазон длин волн охватывает большинство окон передачи, используемых в современных оптических системах связи. Поэтому водонепроницаемая конструкция становится ключевым элементом при проектировании оптических кабелей.
Конструкция водоблокирующей структуры в оптических кабелях делится на радиальную водоблокирующую конструкцию и продольную водоблокирующую конструкцию. Радиальная водоблокирующая конструкция использует комплексную водоблокирующую оболочку, т. е. конструкцию с продольной обмоткой из алюминиево-пластиковой или стально-пластиковой композитной ленты, а затем экструдированной полиэтиленом. Одновременно с внешней стороны оптического волокна добавляется свободная трубка из полимерных материалов, таких как ПБТ (полибутилентерефталат) или нержавеющая сталь. В конструкции продольной водоблокирующей структуры рассматривается применение нескольких слоев водоблокирующих материалов для каждой части структуры. Водоблокирующий материал внутри свободной трубки (или в канавках каркасного кабеля) заменяется с заполняющей водоблокирующей смазки на водопоглощающий волокнистый материал для трубки. Одна или две нити водоблокирующей пряжи размещаются параллельно элементу усиления сердечника кабеля, чтобы предотвратить проникновение внешнего водяного пара продольно вдоль силового элемента. При необходимости в зазоры между скрученными свободными трубками можно также поместить водоблокирующие волокна, чтобы обеспечить прохождение строгих испытаний на водопроницаемость оптического кабеля. Полностью сухой оптический кабель часто имеет многослойную скрутку, как показано на рисунке 3.
Время публикации: 28 августа 2025 г.