Durante el funcionamiento de cables ópticos y eléctricos, el factor más importante que degrada el rendimiento es la penetración de humedad. Si el agua penetra en un cable óptico, puede aumentar la atenuación de la fibra; si penetra en un cable eléctrico, puede reducir el rendimiento del aislamiento del cable, afectando su funcionamiento. Por lo tanto, se incorporan unidades de bloqueo de agua, como materiales absorbentes de agua, en el proceso de fabricación de cables ópticos y eléctricos para evitar la penetración de humedad y agua, garantizando así la seguridad operativa.
Las principales formas de productos de materiales absorbentes de agua incluyen polvo absorbente de agua,cinta bloqueadora de agua, hilo que bloquea el agua, y grasa bloqueadora de agua de tipo hinchable, etc. Dependiendo del sitio de aplicación, se puede utilizar un tipo de material bloqueador de agua o se pueden utilizar varios tipos diferentes simultáneamente para garantizar el rendimiento a prueba de agua de los cables.
Con la rápida implementación de la tecnología 5G, el uso de cables ópticos se está generalizando y sus requisitos se vuelven más estrictos. En particular, con la introducción de requisitos ecológicos y de protección ambiental, los cables ópticos completamente secos gozan de una creciente popularidad en el mercado. Una característica importante de los cables ópticos completamente secos es que no utilizan grasa impermeabilizante de relleno ni grasa impermeabilizante de expansión. En su lugar, se utilizan cinta y fibras impermeabilizantes para bloquear el agua en toda la sección transversal del cable.
La aplicación de cintas impermeabilizantes en cables y cables ópticos es bastante común, y existe abundante literatura al respecto. Sin embargo, la investigación sobre hilos impermeabilizantes es relativamente escasa, en particular sobre materiales de fibra impermeabilizantes con propiedades superabsorbentes. Gracias a su fácil recuperación durante la fabricación de cables ópticos y eléctricos y a su sencillo procesamiento, los materiales de fibra superabsorbentes son actualmente el material impermeabilizante preferido en la fabricación de cables y cables ópticos, especialmente cables ópticos secos.
Aplicación en la fabricación de cables de alimentación
Con el continuo fortalecimiento de la construcción de infraestructura en China, la demanda de cables eléctricos para proyectos energéticos de apoyo continúa en aumento. Los cables suelen instalarse enterrados directamente, en zanjas, túneles o por métodos aéreos. Inevitablemente, se encuentran en ambientes húmedos o en contacto directo con el agua, e incluso pueden estar sumergidos en agua a corto o largo plazo, lo que provoca que el agua penetre lentamente en el interior del cable. Bajo la acción de un campo eléctrico, se pueden formar estructuras arborescentes en la capa de aislamiento del conductor, un fenómeno conocido como arborización hídrica. Cuando la arborización hídrica crece hasta cierto punto, provoca la degradación del aislamiento del cable. La arborización hídrica se reconoce internacionalmente como una de las principales causas del envejecimiento de los cables. Para mejorar la seguridad y la fiabilidad del sistema de suministro de energía, el diseño y la fabricación de cables deben adoptar estructuras o medidas de impermeabilización que garanticen un buen rendimiento de arborización hídrica.
Las vías de penetración de agua en los cables se dividen generalmente en dos tipos: penetración radial (o transversal) a través de la cubierta y penetración longitudinal (o axial) a lo largo del conductor y el núcleo del cable. Para el bloqueo radial (transversal), se suele utilizar una cubierta completa, como una cinta compuesta de aluminio y plástico envuelta longitudinalmente y extruida con polietileno. Si se requiere un bloqueo radial completo, se adopta una estructura de cubierta metálica. En los cables de uso común, la protección contra el bloqueo de agua se centra principalmente en la penetración longitudinal (axial).
Al diseñar la estructura del cable, las medidas de impermeabilidad deben considerar la resistencia al agua en la dirección longitudinal (o axial) del conductor, la resistencia al agua fuera de la capa aislante y la resistencia al agua en toda la estructura. El método general para los conductores con impermeabilidad consiste en rellenar el interior y la superficie del conductor con materiales impermeabilizantes. Para cables de alta tensión con conductores divididos en sectores, se recomienda utilizar hilo impermeabilizante como material impermeabilizante en el centro, como se muestra en la Figura 1. El hilo impermeabilizante también se puede aplicar en estructuras de impermeabilización de estructura completa. Al colocar hilo impermeabilizante o cuerdas impermeabilizantes tejidas con hilo impermeabilizante en los espacios entre los diversos componentes del cable, se pueden bloquear los canales por los que fluye el agua a lo largo de la dirección axial del cable para garantizar que se cumplan los requisitos de impermeabilidad longitudinal. El diagrama esquemático de un cable impermeabilizante de estructura completa típico se muestra en la Figura 2.
En las estructuras de cable mencionadas anteriormente, se utilizan materiales de fibra absorbentes de agua como unidad de bloqueo. El mecanismo se basa en la gran cantidad de resina superabsorbente presente en la superficie de la fibra. Al entrar en contacto con el agua, la resina se expande rápidamente hasta multiplicar por 10 su volumen original, formando una capa cerrada de bloqueo de agua en la sección transversal circunferencial del núcleo del cable, bloqueando los canales de penetración de agua e impidiendo la difusión y extensión de agua o vapor de agua a lo largo de la dirección longitudinal, protegiendo así eficazmente el cable.
Aplicación en cables ópticos
El rendimiento de transmisión óptica, el rendimiento mecánico y el rendimiento ambiental de los cables ópticos son los requisitos más básicos de un sistema de comunicación. Una medida para garantizar la vida útil de un cable óptico es evitar la penetración de agua en la fibra óptica durante su funcionamiento, lo cual aumentaría las pérdidas (es decir, las pérdidas de hidrógeno). La intrusión de agua afecta los picos de absorción de luz de la fibra óptica en el rango de longitud de onda de 1,3 μm a 1,60 μm, lo que aumenta las pérdidas. Esta banda de longitud de onda cubre la mayoría de las ventanas de transmisión utilizadas en los sistemas de comunicación óptica actuales. Por lo tanto, el diseño de estructuras impermeables se convierte en un elemento clave en la construcción de cables ópticos.
El diseño de la estructura de bloqueo de agua en cables ópticos se divide en diseño de bloqueo de agua radial y diseño de bloqueo de agua longitudinal. El diseño de bloqueo de agua radial adopta una funda integral de bloqueo de agua, es decir, una estructura con cinta compuesta de aluminio-plástico o acero-plástico envuelta longitudinalmente y luego extruida con polietileno. Simultáneamente, se agrega un tubo holgado hecho de materiales poliméricos como PBT (tereftalato de polibutileno) o acero inoxidable fuera de la fibra óptica. En el diseño de la estructura longitudinal impermeable, se considera la aplicación de múltiples capas de materiales de bloqueo de agua para cada parte de la estructura. El material de bloqueo de agua dentro del tubo holgado (o en las ranuras de un cable tipo esqueleto) se cambia de grasa bloqueadora de agua de tipo relleno a material de fibra absorbente de agua para el tubo. Una o dos hebras de hilo bloqueador de agua se colocan paralelas al elemento de refuerzo del núcleo del cable para evitar que el vapor de agua externo penetre longitudinalmente a lo largo del miembro de resistencia. Si es necesario, también se pueden colocar fibras impermeabilizantes en los espacios entre los tubos holgados trenzados para garantizar que el cable óptico supere rigurosas pruebas de penetración de agua. La estructura de un cable óptico completamente seco suele utilizar un trenzado en capas, como se muestra en la Figura 3.
Hora de publicación: 28 de agosto de 2025