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 penetra en un cable óptico, puede aumentar la atenuación de la fibra; si penetra en un cable eléctrico, puede reducir su aislamiento, afectando su funcionamiento. Por lo tanto, en el proceso de fabricación de los cables ópticos y eléctricos se incorporan elementos de bloqueo de agua, como materiales absorbentes, para evitar la penetración de humedad o agua y garantizar la seguridad operativa.
Las principales formas de productos de materiales absorbentes de agua incluyen polvo absorbente de agua,cinta impermeable, hilo impermeabley grasa impermeable de tipo hinchable, etc. Dependiendo del lugar de aplicación, se puede utilizar un tipo de material impermeable o varios tipos diferentes simultáneamente para garantizar el rendimiento impermeable de los cables.
Con la rápida implementación 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 requisitos ecológicos y de protección ambiental, los cables de fibra óptica totalmente secos gozan de una creciente preferencia en el mercado. Una característica importante de estos cables es que no utilizan grasa impermeable de tipo relleno ni de tipo hinchable. En su lugar, emplean cinta y fibras impermeables para sellar la entrada de agua en toda la sección transversal del cable.
La aplicación de cintas impermeables en cables eléctricos y de fibra óptica es bastante común, y existe abundante literatura científica al respecto. Sin embargo, se han publicado relativamente menos estudios sobre hilos impermeables, en particular sobre materiales de fibra impermeables con propiedades superabsorbentes. Debido a su fácil desenrollado durante la fabricación de cables eléctricos y de fibra óptica, y a su procesamiento sencillo, 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 alimentación
Con el continuo fortalecimiento de la infraestructura de China, la demanda de cables de alta tensión para proyectos de energía eléctrica sigue en aumento. Los cables suelen instalarse mediante enterramiento directo, en zanjas, túneles o sistemas aéreos. 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 de un campo eléctrico, pueden formarse estructuras ramificadas en la capa aislante del conductor, un fenómeno conocido como arborización por agua. Cuando estas estructuras alcanzan cierto grado de desarrollo, pueden provocar la degradación del aislamiento del cable. La arborización por 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 los cables deben incorporar estructuras impermeables o medidas de impermeabilización que garanticen un buen rendimiento frente al agua.
Las vías de penetración de agua en los cables generalmente se dividen 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 de agua radial (transversal), 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 de agua 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 tener en cuenta la resistencia al agua en la dirección longitudinal (o axial) del conductor, la resistencia al agua fuera de la capa de aislamiento 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 impermeabilizantes. Para cables de alta tensión con conductores divididos en sectores, se recomienda utilizar hilo impermeabilizante como material de bloqueo de agua en el centro, como se muestra en la Figura 1. El hilo impermeabilizante también puede aplicarse en estructuras impermeabilizantes de estructura completa. Al colocar hilo impermeabilizante o cuerdas impermeabilizantes tejidas con hilo impermeabilizante en los espacios entre los distintos componentes del cable, se bloquean los canales por donde el agua podría fluir a lo largo de la dirección axial del cable, garantizando así el cumplimiento de los requisitos de estanqueidad 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 elemento de bloqueo de agua. 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 alcanzar entre 100 y 1100 veces su volumen original, formando una capa impermeable en la sección transversal circunferencial del núcleo del cable. Esta capa bloquea los canales de penetración del agua e impide la difusión y extensión del agua o el 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 de fibra óptica son requisitos fundamentales para un sistema de comunicación. Una medida para garantizar la vida útil de un cable de fibra óptica es evitar que el agua penetre en la fibra durante su funcionamiento, lo que provocaría un aumento de las pérdidas (por ejemplo, pérdidas por hidrógeno). La entrada 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 incrementa las pérdidas de 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 cables de fibra óptica se divide en diseño radial e integral. El diseño radial emplea una cubierta impermeable integral, es decir, una estructura con cinta compuesta de aluminio-plástico o acero-plástico enrollada longitudinalmente y luego extruida con polietileno. Simultáneamente, se añade un tubo suelto de materiales poliméricos como PBT (tereftalato de polibutileno) o acero inoxidable en el exterior de la fibra óptica. En el diseño de la estructura impermeable longitudinal, se considera la aplicación de múltiples capas de materiales impermeables en cada parte de la estructura. El material impermeable dentro del tubo suelto (o en las ranuras de un cable tipo esqueleto) cambia de grasa impermeable de relleno a material de fibra absorbente de agua para el tubo. Se colocan uno o dos hilos impermeables paralelos al elemento de refuerzo del núcleo del cable para evitar que el vapor de agua externo penetre longitudinalmente a lo largo del elemento de refuerzo. 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 pruebas de penetración de agua más rigurosas. 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