В процессе эксплуатации оптических и электрических кабелей наиболее существенным фактором, приводящим к ухудшению их характеристик, является проникновение влаги. Попадание воды в оптический кабель может увеличить затухание сигнала в волокне; попадание воды в электрический кабель может снизить изоляционные свойства кабеля, влияя на его работу. Поэтому в процессе производства оптических и электрических кабелей в конструкцию включаются влагозащитные элементы, такие как водопоглощающие материалы, предотвращающие проникновение влаги или воды и обеспечивающие безопасность эксплуатации.
К основным формам выпуска водопоглощающих материалов относятся водопоглощающий порошок,водонепроницаемая лента, водоотталкивающая пряжаа также вспучивающаяся водоотталкивающая смазка и т. д. В зависимости от места применения может использоваться один тип водоотталкивающего материала или несколько различных типов одновременно для обеспечения водонепроницаемости кабелей.
В связи с быстрым внедрением технологии 5G использование оптических кабелей становится все более распространенным, а требования к ним — все более строгими. В частности, с введением экологических требований, все большую популярность на рынке приобретают полностью сухие оптические кабели. Важной особенностью полностью сухих оптических кабелей является то, что в них не используется заполняющая или расширяющаяся водоотталкивающая смазка. Вместо этого для защиты от влаги по всему поперечному сечению кабеля используются водоотталкивающая лента и водоотталкивающие волокна.
Применение водоотталкивающей ленты в кабелях и оптических кабелях довольно распространено, и по этой теме существует обширная научная литература. Однако исследований, посвященных водоотталкивающей пряже, особенно водоотталкивающим волокнистым материалам со сверхвпитывающими свойствами, сравнительно меньше. Благодаря простоте использования при производстве оптических и электрических кабелей и простоте обработки, сверхвпитывающие волокнистые материалы в настоящее время являются предпочтительным водоотталкивающим материалом при производстве кабелей и оптических кабелей, особенно сухих оптических кабелей.
Применение в производстве силовых кабелей
В связи с непрерывным наращиванием инфраструктурных проектов в Китае, спрос на силовые кабели для вспомогательных энергетических проектов продолжает расти. Кабели обычно прокладываются путем прямой прокладки в грунт, в траншеях, туннелях или надземным способом. Они неизбежно находятся во влажной среде или в непосредственном контакте с водой, а также могут даже кратковременно или длительно погружаться в воду, что приводит к постепенному проникновению влаги внутрь кабеля. Под действием электрического поля в изоляционном слое проводника могут образовываться древовидные структуры – явление, известное как образование водяных древовидных структур. Когда водяные древовидные структуры достигают определенного размера, они приводят к разрушению изоляции кабеля. Образование водяных древовидных структур 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 применять водонепроницаемые конструкции или меры гидроизоляции, чтобы обеспечить хорошие водоотталкивающие свойства кабеля.
Пути проникновения воды в кабели, как правило, делятся на два типа: радиальное (или поперечное) проникновение через оболочку и продольное (или осевое) проникновение вдоль проводника и сердечника кабеля. Для радиальной (поперечной) защиты от воды часто используется комплексная водонепроницаемая оболочка, например, алюминиево-пластиковая композитная лента, продольно обмотанная и затем экструдированная с полиэтиленом. Если требуется полная радиальная защита от воды, используется металлическая оболочка. Для широко используемых кабелей защита от воды в основном направлена на защиту от продольного (осевого) проникновения воды.
При проектировании кабельной конструкции необходимо учитывать водонепроницаемость в продольном (или осевом) направлении проводника, водонепроницаемость вне изоляционного слоя и водонепроницаемость по всей конструкции. Общий метод гидроизоляции проводников заключается в заполнении водонепроницаемыми материалами внутренней и внешней поверхности проводника. Для высоковольтных кабелей с проводниками, разделенными на сектора, в качестве водонепроницаемого материала в центре рекомендуется использовать водонепроницаемую нить, как показано на рисунке 1. Водонепроницаемая нить также может применяться в водонепроницаемых конструкциях с полной гидроизоляцией. Размещая водонепроницаемую нить или водонепроницаемые канаты, сплетенные из водонепроницаемой нити, в зазорах между различными компонентами кабеля, можно перекрыть каналы для потока воды вдоль осевого направления кабеля, чтобы обеспечить соблюдение требований к продольной водонепроницаемости. Схема типичного водонепроницаемого кабеля с полной гидроизоляцией показана на рисунке 2.
В описанных выше кабельных конструкциях в качестве водонепроницаемого элемента используются водопоглощающие волокнистые материалы. Механизм основан на большом количестве суперабсорбирующей смолы, присутствующей на поверхности волокнистого материала. При контакте с водой смола быстро расширяется в 20-20 раз по сравнению с первоначальным объемом, образуя замкнутый водонепроницаемый слой на окружном поперечном сечении 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 устойчивость к воздействию окружающей среды являются основными требованиями к системам связи. Одной из мер по обеспечению срока службы оптического кабеля является предотвращение проникновения воды в оптическое волокно во время работы, что приводит к увеличению потерь (например, водородных потерь). Проникновение воды влияет на пики поглощения света в оптическом волокне в диапазоне длин волн от 1,3 мкм до 1,60 мкм, что приводит к увеличению потерь в оптическом волокне. Этот диапазон длин волн охватывает большинство диапазонов передачи, используемых в современных системах оптической связи. Поэтому водонепроницаемая конструкция становится ключевым элементом в проектировании оптических кабелей.
Конструкция водонепроницаемой оболочки оптических кабелей делится на радиальную и продольную. В радиальной водонепроницаемой конструкции используется комплексная водонепроницаемая оболочка, то есть конструкция из алюминиево-пластиковой или стале-пластиковой композитной ленты, продольно обернутой и затем экструдированной полиэтиленом. Одновременно снаружи оптического волокна добавляется свободная трубка из полимерных материалов, таких как ПБТ (полибутилентерефталат) или нержавеющая сталь. В продольной водонепроницаемой конструкции для каждой части конструкции предусмотрено нанесение нескольких слоев водонепроницаемых материалов. Водонепроницаемый материал внутри свободной трубки (или в канавках кабеля каркасного типа) заменяется с заполняющей водонепроницаемой смазки на водопоглощающий волокнистый материал для трубки. Одна или две нити водонепроницаемой пряжи располагаются параллельно элементу усиления сердечника кабеля, чтобы предотвратить проникновение водяного пара вдоль этого элемента в продольном направлении. При необходимости в зазоры между свободными многожильными трубками можно также поместить водонепроницаемые волокна, чтобы гарантировать прохождение строгих испытаний на водопроницаемость оптического кабеля. В структуре полностью сухого оптического кабеля часто используется многослойная структура, как показано на рисунке 3.
Дата публикации: 28 августа 2025 г.