Wasserabweisende Kabelmaterialien
Wasserabweisende Materialien lassen sich generell in zwei Kategorien einteilen: aktive und passive Wasserabdichtung. Die aktive Wasserabdichtung nutzt die wasserabsorbierenden und quellfähigen Eigenschaften aktiver Materialien. Bei Beschädigung des Kabelmantels oder der Verbindung dehnen sich diese Materialien bei Wasserkontakt aus und begrenzen so das Eindringen von Wasser in das Kabel. Zu diesen Materialien gehören:wasserabsorbierendes, expandierendes Gel, wasserabweisendes Klebeband, wasserabweisendes Pulver,wasserabweisendes Garnund wasserabweisende Leitungen. Passive Wasserabdichtung hingegen nutzt hydrophobe Materialien, um das Eindringen von Wasser außerhalb des Kabels bei Beschädigung des Kabelmantels zu verhindern. Beispiele für passive Wasserabdichtungsmaterialien sind erdölhaltige Pasten, Schmelzklebstoffe und wärmeexpandierende Pasten.
I. Passive wasserabweisende Materialien
Das Einfüllen passiver wasserabweisender Materialien, wie beispielsweise Erdölpaste, in Kabel war die primäre Methode zur Wasserabdichtung in frühen Stromkabeln. Diese Methode verhindert zwar wirksam das Eindringen von Wasser in das Kabel, weist jedoch folgende Nachteile auf:
1. Es erhöht das Gewicht des Kabels erheblich;
2. Es führt zu einer Verringerung der Leitfähigkeit des Kabels;
3. Erdölpaste verunreinigt Kabelverbindungen stark, was die Reinigung erschwert;
4. Der vollständige Füllvorgang ist schwer zu kontrollieren, und eine unvollständige Befüllung kann zu einer schlechten Wasserdichtigkeit führen.
II. Aktive wasserabweisende Materialien
Aktuell werden in Kabeln hauptsächlich wasserabweisende Bänder, Pulver, Schnüre und Garne als aktive Wassersperrmaterialien eingesetzt. Im Vergleich zu Erdölpasten weisen diese Materialien folgende Eigenschaften auf: hohe Wasseraufnahme und hohe Quellfähigkeit. Sie absorbieren Wasser schnell und quellen rasch zu einer gelartigen Substanz auf, die das Eindringen von Wasser verhindert und so die Isolationssicherheit des Kabels gewährleistet. Darüber hinaus sind aktive Wassersperrmaterialien leicht, sauber und einfach zu installieren und zu verbinden. Sie haben jedoch auch einige Nachteile:
1. Wasserabweisendes Pulver lässt sich nur schwer gleichmäßig auftragen;
2. Wasserabweisendes Band oder Garn kann den Außendurchmesser vergrößern, was die Wärmeableitung beeinträchtigt, die thermische Alterung des Kabels beschleunigt und die Übertragungskapazität des Kabels einschränkt;
3. Aktive wasserabweisende Materialien sind im Allgemeinen teurer.
Analyse der Wasserblockierung: In China besteht die gängigste Methode zur Verhinderung des Eindringens von Wasser in die Isolierschicht von Kabeln derzeit in der Erhöhung der wasserdichten Schicht. Um jedoch eine umfassende Wasserblockierung von Kabeln zu erreichen, muss neben dem radialen Wassereintritt auch die Längsausbreitung des Wassers nach dem Eindringen in das Kabel wirksam verhindert werden.
Wasserdichte Isolierschicht aus Polyethylen (Innenmantel): Durch Extrusion einer wasserdichten Polyethylenschicht in Kombination mit einer feuchtigkeitsabsorbierenden Polsterschicht (z. B. wasserdichtem Klebeband) lassen sich die Anforderungen an die Längsdichtung und den Feuchtigkeitsschutz von Kabeln in mäßig feuchten Umgebungen erfüllen. Die wasserdichte Polyethylenschicht ist einfach herzustellen und erfordert keine zusätzliche Ausrüstung.
Kunststoffbeschichtetes Aluminiumband mit Polyethylen-Verbund-Isolierschicht: Bei Kabelverlegung in Wasser oder extrem feuchten Umgebungen kann die radiale Wasserdichtigkeit von Polyethylen-Isolierschichten unzureichend sein. Für Kabel mit höheren Anforderungen an die radiale Wasserdichtigkeit wird daher häufig eine Aluminium-Kunststoff-Verbundbandschicht um den Kabelkern gewickelt. Diese Abdichtung ist um ein Vielfaches wasserdichter als reines Polyethylen. Solange die Naht des Verbundbandes vollständig verklebt und abgedichtet ist, ist das Eindringen von Wasser nahezu unmöglich. Das Aluminium-Kunststoff-Verbundband erfordert ein Längswickel- und Verklebungsverfahren, das zusätzliche Investitionen und Anpassungen der Anlagen mit sich bringt.
In der Ingenieurpraxis ist die Längswasserabdichtung komplexer als die Radialwasserabdichtung. Verschiedene Methoden, wie beispielsweise die Umstellung der Leiterstruktur auf eine eng gepresste Ausführung, wurden angewendet, jedoch mit minimalem Erfolg, da im gepressten Leiter weiterhin Lücken bestehen, durch die Wasser kapillar diffundieren kann. Um eine effektive Längswasserabdichtung zu erreichen, müssen die Lücken im Litzenleiter mit wasserundurchlässigen Materialien gefüllt werden. Folgende zwei Maßnahmen- und Strukturebenen können zur Längswasserabdichtung in Kabeln eingesetzt werden:
1. Verwendung von wasserabweisenden Leitern. Bringen Sie wasserabweisendes Kabel, wasserabweisendes Pulver oder wasserabweisendes Garn an oder wickeln Sie wasserabweisendes Band um den fest gepressten Leiter.
2. Verwendung von wasserabweisenden Adern. Während des Kabelherstellungsprozesses wird die Ader mit wasserabweisendem Garn oder Draht gefüllt oder mit halbleitendem oder isolierendem wasserabweisendem Band umwickelt.
Die größte Herausforderung bei der longitudinalen Wasserblockierung liegt derzeit in den wasserblockierenden Leitern – wie man wasserblockierende Substanzen zwischen die Leiter einbringt und welche wasserblockierenden Substanzen man verwenden sollte, ist weiterhin ein Forschungsschwerpunkt.
III. Schlussfolgerung
Die radiale Wassersperrtechnologie nutzt hauptsächlich wasserundurchlässige Isolierschichten, die um die Isolierung des Leiters gewickelt werden, wobei außen eine feuchtigkeitsabsorbierende Polsterschicht angebracht ist. Bei Mittelspannungskabeln wird üblicherweise Aluminium-Kunststoff-Verbundband verwendet, während Hochspannungskabel typischerweise mit Metallabdichtungen aus Blei, Aluminium oder Edelstahl ausgestattet sind.
Die Technologie zur Längswasserblockierung konzentriert sich primär darauf, die Zwischenräume zwischen den leitfähigen Drähten mit wasserabweisenden Materialien zu füllen, um die Diffusion von Wasser entlang des Kerns zu verhindern. Nach dem aktuellen Stand der Technik ist das Füllen mit wasserabweisendem Pulver für die Längswasserblockierung relativ effektiv.
Die Herstellung wasserdichter Kabel wird zwangsläufig Auswirkungen auf die Wärmeableitung und die Leitfähigkeit des Kabels haben. Daher ist es unerlässlich, die geeignete wasserabweisende Kabelkonstruktion auf Basis der technischen Anforderungen auszuwählen oder zu entwerfen.
Veröffentlichungsdatum: 14. Februar 2025