Durante el funcionamiento de los cables ópticos y eléctricos, el factor más importante que provoca la degradación de su rendimiento es la penetración de humedad. Si el agua entra en un cable óptico, puede aumentar la atenuación de la fibra; si entra en un cable eléctrico, puede reducir su capacidad de aislamiento, afectando a su funcionamiento. Por lo tanto, se incorporan elementos de bloqueo de agua, como materiales absorbentes, en el proceso de fabricación de los cables ópticos y eléctricos para evitar la penetración de humedad o agua, garantizando así la seguridad operativa.
Las principales formas de productos de materiales absorbentes de agua incluyen polvo absorbente de agua,Cinta impermeable, hilo impermeable, y grasa hidrófuga de tipo expansivo, etc. Dependiendo del lugar de aplicación, se puede utilizar un tipo de material hidrófugo o varios tipos diferentes simultáneamente para garantizar el rendimiento impermeable de los cables.
Con la rápida implantación de la tecnología 5G, el uso de cables de fibra óptica se está generalizando y sus requisitos son cada vez más estrictos. En particular, con la introducción de normativas ecológicas y de protección del medio ambiente, los cables de fibra óptica totalmente secos gozan de una creciente demanda en el mercado. Una característica importante de estos cables es que no utilizan grasas hidrófugas de relleno ni de expansión. En su lugar, emplean cintas y fibras hidrófugas para proteger de la humedad en toda la sección transversal del cable.
El uso de cintas impermeables en cables eléctricos y de fibra óptica es bastante común, y existe abundante bibliografía al respecto. Sin embargo, se han publicado relativamente menos investigaciones sobre hilos impermeables, en particular sobre materiales de fibra impermeables con propiedades superabsorbentes. Debido a su fácil integración durante la fabricación de cables eléctricos y de fibra óptica y a su sencillo procesamiento, los materiales de fibra superabsorbentes son actualmente el material impermeable preferido en la fabricación de cables eléctricos y de fibra óptica, especialmente en cables de fibra óptica secos.
Aplicación en la fabricación de cables de potencia
Con el continuo fortalecimiento de la infraestructura en China, la demanda de cables de energía para los proyectos de suministro eléctrico sigue en aumento. Los cables se instalan generalmente mediante enterramiento directo, en zanjas, túneles o tendido aéreo. Inevitablemente, se encuentran en ambientes húmedos o en contacto directo con el agua, e incluso pueden sumergirse en ella de forma temporal o prolongada, lo que provoca que el agua penetre lentamente en su interior. Bajo la acción del campo eléctrico, se pueden formar estructuras arborescentes en la capa aislante del conductor, un fenómeno conocido como arborescencia de agua. Cuando estas arborescencias alcanzan cierto tamaño, provocan el deterioro del aislamiento del cable. La arborescencia de agua 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 eléctrico, el diseño y la fabricación de cables deben incorporar estructuras de bloqueo de agua o medidas de impermeabilización que garanticen un buen rendimiento de bloqueo de agua.
Las vías de penetración de agua en los cables se pueden dividir 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) del agua, se suele utilizar una cubierta impermeable integral, como una cinta compuesta de aluminio y plástico enrollada longitudinalmente y luego 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 agua se centra principalmente en la penetración longitudinal (axial).
Al diseñar la estructura del cable, las medidas de impermeabilización 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 la impermeabilización de conductores consiste en rellenar el interior y la superficie del conductor con materiales impermeables. Para cables de alta tensión con conductores segmentados, se recomienda utilizar hilo impermeable en el centro, como se muestra en la Figura 1. El hilo impermeable también se puede aplicar en estructuras impermeables de estructura completa. Al colocar hilo impermeable o cuerdas impermeables tejidas con este material en los espacios entre los distintos componentes del cable, se bloquean los canales por donde el agua puede fluir axialmente, garantizando así el cumplimiento de los requisitos de estanqueidad longitudinal. El diagrama esquemático de un cable impermeable de estructura completa típico se muestra en la Figura 2.
En las estructuras de cable mencionadas, se utilizan materiales de fibra absorbentes de agua como unidad de bloqueo de agua. El mecanismo se basa en la gran cantidad de resina superabsorbente presente en la superficie del material de fibra. Al entrar en contacto con el agua, la resina se expande rápidamente entre 10 y 100 veces su volumen original, formando una capa impermeable cerrada en la sección transversal circunferencial del núcleo del cable, bloqueando los canales de penetración de agua e impidiendo la difusión y extensión del agua o vapor de agua en la dirección longitudinal, protegiendo así eficazmente el cable.
Aplicación en cables ópticos
El rendimiento de transmisión óptica, el rendimiento mecánico y el comportamiento ambiental de los cables de fibra óptica son los requisitos más básicos de un sistema de comunicación. Una medida para garantizar la vida útil de un cable de fibra óptica es evitar la penetración de agua en la fibra durante su funcionamiento, lo que provocaría un aumento de las pérdidas (por ejemplo, pérdidas por hidrógeno). La intrusión de agua afecta a 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 conlleva un aumento de las pérdidas en la fibra óptica. Esta banda de longitud de onda abarca la mayor parte de las ventanas de transmisión utilizadas en los sistemas de comunicación óptica actuales. Por lo tanto, el diseño de una estructura impermeable se convierte en un elemento clave en la construcción de cables de fibra óptica.
El diseño de la estructura impermeable en los cables de fibra óptica se divide en diseño radial y diseño longitudinal. El diseño radial emplea una cubierta impermeable integral, es decir, una estructura con cinta compuesta de aluminio-plástico o acero-plástico enrollada longitudinalmente y posteriormente extruida con polietileno. Simultáneamente, se añade un tubo holgado de materiales poliméricos como PBT (tereftalato de polibutileno) o acero inoxidable en el exterior de la fibra óptica. En el diseño longitudinal impermeable, se considera la aplicación de múltiples capas de materiales impermeables en cada parte de la estructura. El material impermeable dentro del tubo holgado (o en las ranuras de un cable tipo esqueleto) se sustituye de grasa impermeable de relleno por fibra absorbente. Se colocan uno o dos hilos impermeables paralelos al elemento de refuerzo del núcleo del cable para evitar la penetración longitudinal de vapor de agua externo a lo largo de dicho elemento. Si es necesario, también se pueden colocar fibras impermeables en los espacios entre los tubos sueltos trenzados para garantizar que el cable óptico supere las estrictas pruebas de penetración de agua. La estructura de un cable óptico totalmente seco suele emplear un trenzado en capas, como se muestra en la figura 3.
Fecha de publicación: 28 de agosto de 2025