Beim Betrieb von optischen und elektrischen Kabeln ist das Eindringen von Feuchtigkeit der wichtigste Faktor, der zu Leistungseinbußen führt. Dringt Wasser in ein optisches Kabel ein, kann es die Faserdämpfung erhöhen; in ein elektrisches Kabel kann es dessen Isolationsleistung verringern und so dessen Funktion beeinträchtigen. Daher werden bei der Herstellung von optischen und elektrischen Kabeln wasserabweisende Einheiten, wie z. B. wasserabsorbierende Materialien, integriert, um das Eindringen von Feuchtigkeit oder Wasser zu verhindern und so die Betriebssicherheit zu gewährleisten.
Zu den wichtigsten Produktformen wasserabsorbierender Materialien gehören wasserabsorbierendes Pulver,wasserabweisendes Klebeband, wasserblockierendes Garnund quellendes, wasserblockierendes Fett usw. Je nach Einsatzort kann ein Typ wasserblockierendes Material oder mehrere verschiedene Typen gleichzeitig verwendet werden, um die Wasserdichtigkeit der Kabel sicherzustellen.
Mit der rasanten Verbreitung der 5G-Technologie werden Glasfaserkabel immer häufiger eingesetzt, und die Anforderungen an sie steigen. Insbesondere mit der Einführung von Umwelt- und Umweltschutzanforderungen werden vollständig trockene Glasfaserkabel zunehmend vom Markt bevorzugt. Ein wichtiges Merkmal vollständig trockener Glasfaserkabel ist, dass sie weder wasserabweisendes Fett noch quellendes Fett verwenden. Stattdessen werden wasserabweisende Bänder und Fasern verwendet, um die Wasserabweisung über den gesamten Kabelquerschnitt zu gewährleisten.
Die Verwendung von wasserabweisendem Klebeband in Kabeln und optischen Kabeln ist weit verbreitet und es gibt umfangreiche Forschungsliteratur dazu. Über wasserabweisendes Garn, insbesondere über wasserabweisende Fasermaterialien mit superabsorbierenden Eigenschaften, gibt es jedoch vergleichsweise wenig Forschung. Aufgrund ihrer einfachen Entnahme bei der Herstellung von optischen und elektrischen Kabeln und ihrer einfachen Verarbeitung sind superabsorbierende Fasermaterialien derzeit das bevorzugte wasserabweisende Material bei der Herstellung von Kabeln und optischen Kabeln, insbesondere trockenen optischen Kabeln.
Anwendung in der Stromkabelherstellung
Mit dem kontinuierlichen Ausbau der chinesischen Infrastruktur steigt auch die Nachfrage nach Stromkabeln zur Unterstützung von Energieprojekten weiter an. Kabel werden üblicherweise direkt im Boden, in Kabelgräben, Tunneln oder oberirdisch verlegt. Sie befinden sich zwangsläufig in feuchter Umgebung oder in direktem Kontakt mit Wasser und können sogar kurz- oder langfristig in Wasser eingetaucht sein, wodurch Wasser langsam in das Kabelinnere eindringt. Unter der Einwirkung eines elektrischen Felds können sich in der Isolierschicht des Leiters baumartige Strukturen bilden, ein Phänomen, das als Wasserbäumchenbildung bezeichnet wird. Wenn Wasserbäumchen ein gewisses Ausmaß erreichen, führen sie zum Zusammenbruch der Kabelisolierung. Wasserbäumchenbildung gilt mittlerweile international als eine der Hauptursachen für die Alterung von Kabeln. Um die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Stromversorgungssystems zu verbessern, müssen bei der Kabelkonstruktion und -herstellung wasserabweisende Strukturen oder Abdichtungsmaßnahmen berücksichtigt werden, um eine gute Wasserabdichtung des Kabels zu gewährleisten.
Wassereintrittswege in Kabeln lassen sich grundsätzlich in zwei Arten unterteilen: radiales (oder transversales) Eindringen durch den Mantel und longitudinales (oder axiales) Eindringen entlang des Leiters und des Kabelkerns. Zur radialen (transversalen) Wasserblockierung wird häufig ein umfassender wasserblockierender Mantel verwendet, beispielsweise ein längs umwickeltes und anschließend mit Polyethylen extrudiertes Aluminium-Kunststoff-Verbundband. Ist eine vollständige radiale Wasserblockierung erforderlich, wird eine Metallmantelstruktur verwendet. Bei gängigen Kabeln konzentriert sich der Wasserschutz hauptsächlich auf das longitudinale (axiale) Eindringen von Wasser.
Bei der Gestaltung der Kabelstruktur sollten bei wasserdichten Maßnahmen die Wasserbeständigkeit in Längs- (oder Axial-)Richtung des Leiters, die Wasserbeständigkeit außerhalb der Isolierschicht und die Wasserbeständigkeit der gesamten Struktur berücksichtigt werden. Die allgemeine Methode zum Abdichten von Leitern besteht darin, wasserabweisende Materialien in das Innere und auf die Oberfläche des Leiters zu füllen. Bei Hochspannungskabeln mit in Sektoren unterteilten Leitern wird die Verwendung von wasserabweisendem Garn als wasserabweisendes Material in der Mitte empfohlen, wie in Abbildung 1 dargestellt. Wasserabweisendes Garn kann auch in vollstrukturierten wasserabweisenden Strukturen eingesetzt werden. Durch Platzieren von wasserabweisendem Garn oder aus wasserabweisendem Garn gewebten wasserabweisenden Seilen in den Lücken zwischen den verschiedenen Komponenten des Kabels können die Kanäle, durch die das Wasser entlang der Axialrichtung des Kabels fließt, blockiert werden, um sicherzustellen, dass die Anforderungen an die Längswasserdichtheit erfüllt werden. Das schematische Diagramm eines typischen vollstrukturierten wasserabweisenden Kabels ist in Abbildung 2 dargestellt.
In den oben genannten Kabelstrukturen werden wasserabsorbierende Fasermaterialien als wasserblockierende Einheit verwendet. Der Mechanismus beruht auf der großen Menge an superabsorbierendem Harz auf der Oberfläche des Fasermaterials. Bei Kontakt mit Wasser dehnt sich das Harz schnell auf das bis zu 1-fache seines ursprünglichen Volumens aus und bildet eine geschlossene wasserblockierende Schicht auf dem Umfangsquerschnitt des Kabelkerns. Diese blockiert die Wassereintrittskanäle und verhindert die weitere Diffusion und Ausbreitung von Wasser oder Wasserdampf in Längsrichtung. So wird das Kabel wirksam geschützt.
Anwendung in optischen Kabeln
Die optische Übertragungsleistung, die mechanische Leistung und die Umweltverträglichkeit von Glasfaserkabeln sind die grundlegendsten Anforderungen an ein Kommunikationssystem. Eine Maßnahme zur Gewährleistung der Lebensdauer eines Glasfaserkabels besteht darin, das Eindringen von Wasser in die Glasfaser während des Betriebs zu verhindern, da dies zu erhöhten Verlusten (z. B. Wasserstoffverlusten) führen würde. Eindringendes Wasser beeinflusst die Lichtabsorptionsspitzen der Glasfaser im Wellenlängenbereich von 1,3 μm bis 1,60 μm und führt zu erhöhten Glasfaserverlusten. Dieses Wellenlängenband deckt die meisten Übertragungsfenster aktueller optischer Kommunikationssysteme ab. Daher ist die wasserdichte Konstruktion ein Schlüsselelement bei der Konstruktion optischer Kabel.
Das Design der wasserabweisenden Struktur in optischen Kabeln wird in radiale und longitudinale wasserabweisende Designs unterteilt. Das radiale wasserabweisende Design verwendet eine umfassende wasserabweisende Hülle, d. h. eine Struktur mit einem längs umwickelten und dann mit Polyethylen extrudierten Aluminium-Kunststoff- oder Stahl-Kunststoff-Verbundband. Gleichzeitig wird außerhalb der optischen Faser ein Bündelader aus Polymermaterialien wie PBT (Polybutylenterephthalat) oder Edelstahl angebracht. Beim Design der longitudinalen wasserdichten Struktur wird die Anwendung mehrerer Schichten wasserabweisenden Materials für jeden Teil der Struktur in Betracht gezogen. Das wasserabweisende Material im Bündelader (oder in den Rillen eines Skelettkabels) wird von wasserabweisendem Füllfett zu wasserabsorbierendem Fasermaterial für die Röhre geändert. Ein oder zwei Stränge wasserabweisenden Garns werden parallel zum Verstärkungselement des Kabelkerns platziert, um zu verhindern, dass äußerer Wasserdampf längs entlang des Verstärkungselements eindringt. Bei Bedarf können auch wasserabweisende Fasern in die Zwischenräume der verseilten Bündeladern eingebracht werden, um sicherzustellen, dass das Glasfaserkabel strenge Wasserdurchdringungstests besteht. Der Aufbau eines vollständig trockenen Glasfaserkabels erfolgt häufig in Form einer mehrlagigen Verseilung, wie in Abbildung 3 dargestellt.
Veröffentlichungszeit: 28. August 2025