¿Cómo lidia con el cable óptico aéreo (ADS) totalmente diieléctrico (ADS) con los desafíos de estabilidad a largo plazo en entornos complejos?

Debido a su estructura no metálica única y su diseño de autosuficiencia, Cable óptico aéreo de autosuficiencia totalmente dieléctrica (ADSS) se usa ampliamente en redes de comunicación de energía, especialmente adecuadas para la instalación en corredores de línea de transmisión de alto voltaje. Sin embargo, el entorno de colocación aérea plantea una prueba severa a la confiabilidad a largo plazo de los cables ópticos, incluida la radiación ultravioleta, las diferencias de temperatura extrema, la vibración dinámica del viento, las cargas de hielo y la nieve, e interferencia de campo eléctrico fuerte. El diseño de adaptabilidad ambiental del cable óptico ADSS se centra en estos desafíos, y a través de la aplicación integral de la selección de materiales, la optimización estructural y las estrategias de protección, garantiza su operación estable en condiciones de trabajo complejas.

En un entorno aéreo, la radiación ultravioleta (UV) es uno de los principales factores que conducen al envejecimiento de las vainas de cable óptico. La exposición a largo plazo a la luz solar directa puede causar fácilmente la rotura de la cadena molecular en los materiales de polietileno ordinario (PE), lo que resulta en vainas frágiles y agrietadas, lo que a su vez afecta las propiedades mecánicas y el sellado de cables ópticos. La vaina externa del cable óptico ADSS generalmente adopta polietileno de alta densidad (HDPE) o de polietileno resistente al seguimiento (AT-PE), y se agregan estabilizadores negros de carbono u otros estabilizadores anti-UV al material para absorber y rayos ultravioletas de forma efectiva y retrasar el proceso de fotooxidación. Este mecanismo de protección permite que el cable óptico mantenga la flexibilidad y la resistencia al impacto después de la operación al aire libre a largo plazo, evitando el aumento de la pérdida de microbios de fibra óptica causada por la degradación de la cubierta.

Además de los rayos ultravioleta, los cambios de temperatura drástica también plantean un desafío para la estabilidad estructural de los cables ópticos. En áreas con grandes diferencias de temperatura entre el día y la noche o los climas estacionales extremos, los materiales de cable óptico experimentarán una expansión y contracción térmicas repetidas. Si se diseña incorrectamente, puede causar estrés residual en la fibra óptica e incluso conducir al deterioro del rendimiento de la transmisión. El cable óptico ADSS hace frente a este problema optimizando el diseño de exceso de longitud. Su estructura de torsión de capa de tubo suelta permite que la fibra óptica mantenga un exceso de longitud moderada en la vaina, asegurando que la fibra óptica no se vea afectada por el estrés externo dentro de un amplio rango de temperatura de -40 ℃ a 70 ℃. Al mismo tiempo, el hilo de aramida, como elemento de tracción, tiene un coeficiente de expansión térmica extremadamente bajo, lo que permite que el cable óptico mantenga propiedades mecánicas estables cuando la temperatura fluctúa, evitando la concentración de tensión causada por la expansión y la contracción del material.

La vibración del viento y las cargas de hielo y nieve son otro tipo de estrés mecánico dinámico que enfrentan los cables ópticos aéreos. En entornos eólicos fuertes, los cables ópticos producirán vibraciones de alta frecuencia, y los efectos a largo plazo pueden causar fatiga estructural e incluso la rotura de fibra. Los cables ópticos ADSS utilizan hilo de aramida de alta resistencia específica como refuerzos, y su excelente resistencia a la tracción y la fatiga puede resistir efectivamente el impacto de la vibración del viento. Las características livianas del hilo de aramida también reducen el peso total del cable óptico, reducen su amplitud de oscilación bajo la fuerza del viento y, por lo tanto, reducen el impacto de la vibración del viento en la torre y el cuerpo del cable óptico. En áreas cubiertas de hielo y nieve, el material de la vaina de los cables ópticos ADSS debe tener suficiente resistencia a la compresión para evitar la deformación local causada por la acumulación de hielo. Su diseño estructural generalmente adopta una sección transversal circular para reducir la adhesión de hielo y nieve, y la flexibilidad de la vaina asegura que el rendimiento de la transmisión de la fibra óptica se pueda mantener bajo la cobertura de hielo.

El fuerte entorno de campo eléctrico del corredor de la línea de transmisión presenta requisitos de rendimiento eléctrico únicos para los cables ópticos ADSS. Dado que los cables ópticos generalmente se instalan en la misma torre que los conductores de alto voltaje, la descarga local puede ocurrir en su superficie debido a la inducción del campo eléctrico. Los efectos a largo plazo causarán corrosión eléctrica y perforación de la vaina, amenazando la vida del cable óptico. Con este fin, la vaina externa del cable óptico ADSS utiliza un material anti-seguimiento especialmente formulado y reduce la resistencia del campo eléctrico de la superficie al optimizar el grosor y las propiedades dieléctricas. Además, la superficie de la vaina puede tratarse con hidrofobicidad para reducir la acumulación de suciedad y humedad, evitar la formación de canales conductores y, por lo tanto, inhibir la descarga de corona y la erosión del arco. Este diseño permite que el cable óptico ADSS permanezca estable durante mucho tiempo en un fuerte entorno de campo eléctrico de 110 kV o incluso 500 kV, y se puede lograr un aislamiento confiable sin depender de una capa de protección de metal.

La adaptabilidad ambiental del cable óptico ADSS no solo se refleja en la optimización de un solo rendimiento, sino también en el equilibrio sistemático del diseño general. Por ejemplo, la resistencia UV de la vaina debe considerarse junto con las propiedades anti-seguimiento para evitar aditivos que afectan la estabilidad eléctrica del material; La resistencia a la tracción del hilo de aramida debe coincidir con el rendimiento de flexión del cable óptico para garantizar que no sea fácil romper en condiciones de viento fuertes, y la construcción y la colocación no se ven afectadas por la rigidez excesiva. Este concepto de diseño de optimización colaborativa de múltiples factores permite al cable óptico ADSS lograr un funcionamiento sin mantenimiento a largo plazo en entornos complejos y convertirse en una infraestructura clave para las redes de comunicación de energía.

En el futuro, a medida que los requisitos del sistema de energía para la confiabilidad de la comunicación continúan aumentando, el diseño de adaptabilidad ambiental de los cables ópticos ADSS continuará evolucionando. La introducción de nuevos materiales compuestos y tecnología de monitoreo inteligente puede proporcionar una mejor solución para la estabilidad a largo plazo de los cables ópticos en climas extremos y fuertes entornos electromagnéticos. Sin embargo, no importa cómo se desarrolle, su lógica de diseño central no cambiará: es decir, sobre la base de la arquitectura de todos los medios, a través de la profunda integración de la ciencia de los materiales y la mecánica estructural, el cable óptico siempre mantiene un excelente rendimiento mecánico y de transmisión en entornos complejos. .