¿Cómo se rompe el cable óptico ADSS a través de los límites ambientales?

El sistema de comunicación de las líneas de transmisión de alto voltaje debe enfrentar tres amenazas ambientales importantes:

Alta humedad: la humedad del aire en las áreas montañosas y costeras es> 80% durante todo el año, y la penetración de la molécula de agua causa pérdida de microbios de fibra óptica;

Rayos ultravioleta fuertes: la radiación anual en las áreas de meseta y desértica es> 5000 mJ/m², lo que acelera el envejecimiento de los materiales de polímero;

Diferencia de temperatura extrema: cuando la diferencia de temperatura entre el día y la noche excede los 50 ℃, la expansión térmica y la contracción causan grietas en la vaina.

Los cables ópticos de metales tradicionales son propensos a la concentración de estrés bajo diferencias de temperatura extrema debido a la diferencia en los coeficientes de expansión térmica entre los conductores metálicos y los materiales de la cubierta, mientras que los cables ópticos ADS evitan fundamentalmente este problema a través de la tecnología compuesta no metálica.

Principio de diseño cooperativo de la capa de barrera de agua y la vaina exterior

1. Capa de barrera de agua: una barrera protectora a nivel molecular microscópico

Selección del material: la capa de barrera de agua utiliza un sustrato de polietileno (HDPE) o polipropileno (PP) de alta densidad, con resina súper absorbente (SAP) o hilo de bloqueo de agua agregado. Las partículas de savia se hinchan a 300 veces su volumen original cuando se exponen al agua, formando una barrera similar a un gel para bloquear la penetración longitudinal del agua.
Diseño estructural: el grosor de la capa de bloqueo de agua es ≥0.5 mm, y se establece una capa de tampón "Honeycomb" entre el paquete de fibra para garantizar que el agua se absorba rápidamente cuando se difunde radialmente y evita el contacto con el recubrimiento de fibra.
Mecanismo de sinergia: la estructura densa de la vaina externa y las características de expansión de la capa de bloqueo de agua forman un efecto de "doble bloqueo de agua". Por ejemplo, cuando la vaina externa tiene microcracks debido al daño mecánico, la capa de bloqueo de agua puede reemplazar temporalmente su función impermeable para comprar tiempo para reparaciones de emergencia.

2. Varela externa: guardián de propiedades mecánicas macroscópicas
Innovación material:
Polietileno de seguimiento eléctrico (AT/PE): las nanopartículas de alúmina (al₂o₃) se introducen a través de la combinación de tecnología de combinación para mejorar el rendimiento de seguimiento anti-eléctrico. Su resistividad de la superficie es mayor que 10¹⁴Ω · cm, lo que suprime efectivamente la descarga de corona.
Elastómero de poliolefina (POE): el proceso de vulcanización dinámica se utiliza para formar una estructura de red interpenetratante entre el caucho de polietileno y etileno -propileno (EPR), con una alargamiento a una ruptura superior al 400%, y la flexibilidad se mantiene a una temperatura baja de -40 ° C.
Optimización estructural: la vaina exterior adopta el proceso de "coextrusión de doble capa", siendo la capa interna una capa resistente a la intemperie y la capa externa es una capa resistente al desgaste. Se agrega un recubrimiento de dióxido de nano-silicón (SIO₂) de 0.2 μm a la superficie de la capa resistente al desgaste para reducir el coeficiente de fricción a 0.15 y reducir el desgaste con la abrazadera de alambre.
Adaptabilidad ambiental: la vaina externa debe pasar la "Prueba de envejecimiento climático artificial" en el estándar IEC 60794-1-2, incluidas 1000 horas de radiación de la lámpara de xenón (simulando 10 años de envejecimiento natural), 12 ciclos de ciclos calientes y fríos (-40 ℃ → 70 ℃) y otras pruebas.

Integración profunda de la ciencia material y la mecánica estructural
1. Ingeniería del segmento molecular: una cadena protectora de micro a macro
Mecanismo antiultravioleta: el estabilizador de luz de benzotriazol (como la tinuvina 770) agregada al material de la vaina exterior puede absorber rayos ultravioleta de 300-400 nm y convertirlos en energía térmica inofensiva. El anillo de benceno y el anillo de triazol en su estructura molecular forman una "trampa de electrones" para capturar radicales libres y retrasar la degradación del polímero.
La humedad y la resistencia al calor: los segmentos moleculares de polipropileno (PP) en la capa de bloqueo de agua aumentan la estabilidad a través del mecanismo dual de "cristalización de reticulación". La estructura de reticulación aumenta la temperatura de transición del vidrio (TG) del material, y el área de cristalización forma una barrera física para evitar que las moléculas de agua penetren.

2. Optimización de distribución de tensión: ventajas mecánicas de estructuras compuestas no metálicas
Resistencia al corte de la capa entre capas: la interfaz entre la capa de bloqueo de agua y la vaina exterior adopta un "diseño de transición de gradiente", y la adhesión de la interfaz se mejora al agregar un compatibilizador (como el polietileno injertado con anhídrido maleico) para garantizar que la resistencia al corte entre capas sea mayor que 2.5 MPA.
COMPARACIÓN DE EXPANSIÓN Térmica: el coeficiente de expansión térmica del refuerzo de hilo de aramida (2.5 × 10⁻⁵/℃) está cerca del de la vaina externa (1.8 × 10⁻⁴/℃), evitando el ceñado entre capas causados ​​por la diferencia de temperatura.
Predicción de la vida de fatiga: basado en la teoría de la mecánica de fractura, la vida de la fatiga de ADSS Cables ópticos puede estimarse mediante la fórmula de París (DA/DN = C (ΔK) ⁿ). La tasa de crecimiento de grietas (DA/DN) de estructuras compuestas no metálicas es un orden de magnitud más baja que la de los cables ópticos de metal.

Estándares técnicos y control de calidad
1. Sistema estándar internacional
IEC 60794-1-2: Define la clasificación de adaptabilidad ambiental de los cables ópticos. Los cables ópticos ADSS deben pasar "Clase A" "(-40 ℃ a 70 ℃) y" "Clase B" "(-55 ℃ a 85 ℃).

IEEE 1222: Especifica que las especificaciones de instalación de los cables ópticos en entornos de potencia, lo que requiere que el potencial de punto colgante de los cables ópticos ADSS sea inferior a 25 kV (vaina de clase B).

NEMA TC-7: Estándar americano, enfatizando la resistencia UV de los cables ópticos, que requiere que la transmitancia a una longitud de onda de 340 nm sea inferior al 5%.

2. Proceso de control de calidad
Prueba de materia prima: análisis de espectroscopía infrarroja de transformación de Fourier (FTIR) de materiales como AT/PE y POE para garantizar que no haya impurezas; Prueba de velocidad de absorción de agua de SAP, que requiere una tasa de absorción de agua> 90% en 10 minutos.

Monitoreo del proceso: use un medidor de espesor en línea para monitorear el grosor de la vaina exterior en tiempo real, con una desviación de ≤ ± 0.05 mm; Use una máquina de prueba de tracción para verificar la resistencia de unión entre capas.
Inspección del producto terminado: cada lote de cables ópticos debe pasar la "Prueba de inmersión del agua" (24 horas), "Prueba de ciclo caliente y fría" (12 ciclos) y "Prueba de envejecimiento acelerado ultravioleta" (1000 horas) .