Tổng quan về vật liệu và cấu trúc cáp chống thấm nước

Vật liệu cáp chống nước

Vật liệu chống thấm nước nói chung có thể được chia thành hai loại: chống thấm nước chủ động và chống thấm nước thụ động. Chống thấm nước chủ động tận dụng đặc tính hấp thụ và trương nở của vật liệu hoạt tính. Khi vỏ bọc hoặc mối nối bị hư hỏng, các vật liệu này sẽ giãn nở khi tiếp xúc với nước, hạn chế sự xâm nhập của nước vào bên trong cáp. Các vật liệu đó bao gồm:gel nở hút nướcBăng keo chống thấm nước, bột chống thấm nước,sợi chống thấm nướcvà dây chống thấm nước. Mặt khác, phương pháp chống thấm nước thụ động sử dụng các vật liệu kỵ nước để ngăn nước xâm nhập vào bên trong cáp khi lớp vỏ bị hư hỏng. Ví dụ về các vật liệu chống thấm nước thụ động là bột nhão chứa dầu mỏ, keo nóng chảy và bột nhão giãn nở nhiệt.

I. Vật liệu ngăn nước thụ động

Việc nhồi các vật liệu chống thấm thụ động, chẳng hạn như hỗn hợp dầu mỏ, vào bên trong cáp là phương pháp chính để chống thấm nước trong các loại cáp điện thời kỳ đầu. Phương pháp này ngăn nước xâm nhập vào cáp một cách hiệu quả nhưng có những nhược điểm sau:

1. Điều này làm tăng đáng kể trọng lượng của dây cáp;

2. Nó gây ra sự suy giảm hiệu suất dẫn điện của cáp;

3. Chất bôi trơn gốc dầu mỏ làm ô nhiễm nghiêm trọng các mối nối cáp, gây khó khăn cho việc làm sạch;

4. Quá trình đổ đầy hoàn toàn rất khó kiểm soát, và việc đổ đầy không hoàn toàn có thể dẫn đến hiệu quả chống thấm nước kém.

II. Vật liệu ngăn nước chủ động

Hiện nay, các vật liệu chống thấm chủ động được sử dụng trong cáp chủ yếu là băng chống thấm, bột chống thấm, dây chống thấm và sợi chống thấm. So với hồ dán gốc dầu mỏ, vật liệu chống thấm chủ động có những đặc điểm sau: khả năng hấp thụ nước cao và tỷ lệ trương nở cao. Chúng có thể hấp thụ nước nhanh chóng và trương nở nhanh để tạo thành một chất dạng gel ngăn chặn sự xâm nhập của nước, do đó đảm bảo an toàn cách điện cho cáp. Ngoài ra, vật liệu chống thấm chủ động nhẹ, sạch sẽ và dễ lắp đặt và nối. Tuy nhiên, chúng cũng có một số nhược điểm:

1. Bột chống thấm nước khó bám đều;

2. Băng hoặc sợi chống thấm nước có thể làm tăng đường kính ngoài, cản trở khả năng tản nhiệt, đẩy nhanh quá trình lão hóa nhiệt của cáp và hạn chế khả năng truyền tải của cáp;

3. Các vật liệu chống thấm chủ động thường đắt hơn.

Phân tích khả năng chống thấm nước: Hiện nay, phương pháp chính ở Trung Quốc để ngăn nước thấm vào lớp cách điện của cáp là tăng cường lớp chống thấm. Tuy nhiên, để đạt được khả năng chống thấm nước toàn diện trong cáp, chúng ta không chỉ cần xem xét sự thấm nước theo hướng xuyên tâm mà còn phải ngăn chặn hiệu quả sự khuếch tán theo chiều dọc của nước một khi nó đã xâm nhập vào cáp.

Lớp cách ly chống thấm bằng Polyethylene (vỏ trong): Việc ép đùn một lớp chống thấm nước bằng polyethylene, kết hợp với một lớp đệm hút ẩm (như băng keo chống thấm nước), có thể đáp ứng các yêu cầu về chống thấm nước theo chiều dọc và bảo vệ chống ẩm cho cáp được lắp đặt trong môi trường có độ ẩm vừa phải. Lớp chống thấm nước bằng polyethylene dễ sản xuất và không cần thiết bị bổ sung.

Lớp cách ly chống thấm bằng băng nhôm phủ nhựa liên kết polyethylene: Nếu cáp được lắp đặt trong môi trường nước hoặc cực kỳ ẩm ướt, khả năng ngăn nước xuyên tâm của lớp cách ly polyethylene có thể không đủ. Đối với các loại cáp yêu cầu hiệu suất ngăn nước xuyên tâm cao hơn, hiện nay người ta thường quấn một lớp băng composite nhôm-nhựa quanh lõi cáp. Lớp bịt kín này có khả năng chống nước cao hơn hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn lần so với polyethylene nguyên chất. Miễn là đường nối của băng composite được liên kết và bịt kín hoàn toàn, nước gần như không thể xâm nhập. Băng composite nhôm-nhựa yêu cầu quy trình quấn và liên kết theo chiều dọc, điều này đòi hỏi đầu tư thêm và sửa đổi thiết bị.

Trong thực tiễn kỹ thuật, việc đạt được khả năng ngăn nước theo chiều dọc phức tạp hơn so với ngăn nước theo chiều xuyên tâm. Nhiều phương pháp đã được sử dụng, chẳng hạn như thay đổi cấu trúc dây dẫn thành thiết kế ép chặt, nhưng hiệu quả rất hạn chế vì vẫn còn những khe hở trong dây dẫn ép chặt cho phép nước khuếch tán qua hiện tượng mao dẫn. Để đạt được khả năng ngăn nước theo chiều dọc thực sự, cần phải lấp đầy các khe hở trong dây dẫn bện bằng vật liệu chống thấm nước. Có thể sử dụng hai cấp độ biện pháp và cấu trúc sau đây để đạt được khả năng ngăn nước theo chiều dọc trong cáp:

1. Sử dụng dây dẫn chống thấm nước. Thêm dây chống thấm nước, bột chống thấm nước, sợi chống thấm nước hoặc quấn băng chống thấm nước quanh dây dẫn được ép chặt.

2. Sử dụng lõi chống thấm nước. Trong quá trình sản xuất cáp, hãy lấp đầy lõi bằng sợi, dây chống thấm nước, hoặc quấn lõi bằng băng chống thấm nước bán dẫn hoặc cách điện.

Hiện nay, thách thức chính trong việc ngăn nước theo chiều dọc nằm ở các dây dẫn có khả năng ngăn nước – làm thế nào để lấp đầy các chất ngăn nước giữa các dây dẫn và nên sử dụng chất ngăn nước nào vẫn là trọng tâm của nghiên cứu.

III. Kết luận

Công nghệ chống thấm nước xuyên tâm chủ yếu sử dụng các lớp cách ly chống thấm nước quấn quanh lớp cách điện của dây dẫn, với một lớp đệm hút ẩm được thêm vào bên ngoài. Đối với cáp điện áp trung bình, băng composite nhôm-nhựa thường được sử dụng, trong khi cáp điện áp cao thường sử dụng vỏ bọc kín bằng kim loại chì, nhôm hoặc thép không gỉ.

Công nghệ chống thấm dọc chủ yếu tập trung vào việc lấp đầy các khe hở giữa các sợi dẫn điện bằng vật liệu chống thấm để ngăn chặn sự khuếch tán của nước dọc theo lõi. Từ những phát triển công nghệ hiện nay, việc lấp đầy bằng bột chống thấm tương đối hiệu quả đối với việc chống thấm dọc.

Việc chế tạo cáp chống thấm nước chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến khả năng tản nhiệt và dẫn điện của cáp, vì vậy điều cần thiết là phải lựa chọn hoặc thiết kế cấu trúc cáp chống thấm nước phù hợp dựa trên các yêu cầu kỹ thuật.