أثناء تشغيل الكابلات الضوئية والكهربائية، يُعدّ تسرب الرطوبة العاملَ الأهمّ المؤدّي إلى تدهور الأداء. فإذا دخل الماء إلى الكابل الضوئي، فإنه يزيد من فقدان الإشارة في الألياف؛ وإذا دخل إلى الكابل الكهربائي، فإنه يُقلّل من كفاءة عزله، ممّا يؤثّر على أدائه. لذلك، تُصمّم وحدات مانعة لتسرب الماء، مثل المواد الماصّة للماء، ضمن عملية تصنيع الكابلات الضوئية والكهربائية لمنع تسرب الرطوبة أو الماء، وضمان سلامة التشغيل.
تشمل الأشكال الرئيسية لمنتجات المواد الماصة للماء مسحوق امتصاص الماء،شريط مانع لتسرب الماء, خيوط مانعة لتسرب الماء، وشحم مانع لتسرب الماء من النوع المتورم، وما إلى ذلك. اعتمادًا على موقع التطبيق، يمكن استخدام نوع واحد من المواد المانعة لتسرب الماء، أو يمكن استخدام عدة أنواع مختلفة في وقت واحد لضمان أداء الكابلات المقاوم للماء.
مع الانتشار السريع لتقنية الجيل الخامس، يتزايد استخدام الكابلات الضوئية، وتزداد متطلباتها صرامة. ومع تطبيق معايير الاستدامة وحماية البيئة، يزداد إقبال السوق على الكابلات الضوئية الجافة تمامًا. ومن أبرز سمات هذه الكابلات أنها لا تستخدم مواد مانعة لتسرب الماء، سواءً كانت مواد مالئة أو مواد منتفخة. بل تستخدم شريطًا وأليافًا مانعة لتسرب الماء لعزل كامل مقطع الكابل.
يُعدّ استخدام الشريط العازل للماء في الكابلات والكابلات الضوئية شائعًا جدًا، وهناك العديد من الدراسات المنشورة حوله. مع ذلك، لا تزال الأبحاث المنشورة حول خيوط العزل المائي، وخاصةً حول مواد الألياف العازلة للماء ذات الخصائص فائقة الامتصاص، قليلة نسبيًا. ونظرًا لسهولة استخدامها أثناء تصنيع الكابلات الضوئية والكهربائية، وبساطة معالجتها، تُعدّ مواد الألياف فائقة الامتصاص حاليًا الخيار الأمثل لعزل الماء في صناعة الكابلات والكابلات الضوئية، وخاصةً الكابلات الضوئية الجافة.
تطبيقات في تصنيع كابلات الطاقة
مع استمرار تعزيز البنية التحتية في الصين، يتزايد الطلب على كابلات الطاقة لدعم مشاريع الطاقة. تُركّب الكابلات عادةً عن طريق الدفن المباشر، أو في خنادق الكابلات، أو الأنفاق، أو عبر خطوط النقل الهوائية. وهي حتمًا ما تتعرض لبيئات رطبة أو تتلامس مباشرة مع الماء، بل وقد تُغمر فيه لفترات قصيرة أو طويلة، مما يؤدي إلى تسرب الماء ببطء إلى داخل الكابل. وتحت تأثير المجال الكهربائي، تتشكل تراكيب شبيهة بالأشجار في طبقة العزل الخاصة بالموصل، وهي ظاهرة تُعرف باسم "التشعب المائي". وعندما تنمو هذه التراكيب إلى حد معين، فإنها تؤدي إلى تلف عزل الكابل. ويُعدّ التشعب المائي الآن أحد الأسباب الرئيسية لتقادم الكابلات، وهو أمر معترف به دوليًا. ولتحسين سلامة وموثوقية نظام إمداد الطاقة، يجب أن يعتمد تصميم الكابلات وتصنيعها على هياكل مانعة لتسرب الماء أو إجراءات عزل مائي لضمان أداء الكابل الجيد في منع تسرب الماء.
يمكن تقسيم مسارات تسرب الماء في الكابلات عمومًا إلى نوعين: التسرب الشعاعي (أو العرضي) عبر الغلاف، والتسرب الطولي (أو المحوري) على طول الموصل ولب الكابل. وللحماية من التسرب الشعاعي (العرضي)، يُستخدم غالبًا غلاف عازل شامل، مثل شريط مركب من الألومنيوم والبلاستيك ملفوف طوليًا ثم يُغطى بالبولي إيثيلين. أما إذا تطلب الأمر حماية شعاعية كاملة من التسرب، فيُعتمد هيكل غلاف معدني. وبالنسبة للكابلات شائعة الاستخدام، تركز الحماية من التسرب بشكل أساسي على الحماية من التسرب الطولي (المحوري).
عند تصميم بنية الكابل، ينبغي مراعاة مقاومة الماء في الاتجاه الطولي (أو المحوري) للموصل، ومقاومة الماء خارج طبقة العزل، ومقاومة الماء في جميع أنحاء البنية. وتتمثل الطريقة العامة لعزل الموصلات عن الماء في ملء مواد عازلة للماء داخل الموصل وعلى سطحه. بالنسبة لكابلات الجهد العالي ذات الموصلات المقسمة إلى قطاعات، يُوصى باستخدام خيوط عازلة للماء كمادة عازلة في المركز، كما هو موضح في الشكل 1. ويمكن أيضًا استخدام الخيوط العازلة للماء في هياكل الكابلات الكاملة. بوضع خيوط عازلة للماء أو حبال منسوجة منها في الفراغات بين مكونات الكابل المختلفة، يمكن سد قنوات تدفق الماء على طول المحور الطولي للكابل لضمان استيفاء متطلبات منع تسرب الماء الطولي. يوضح الشكل 2 المخطط التوضيحي لكابل نموذجي كامل الهيكل مانع لتسرب الماء.
في هياكل الكابلات المذكورة أعلاه، تُستخدم مواد ليفية ماصة للماء كوحدة مانعة لتسرب الماء. وتعتمد هذه الآلية على الكمية الكبيرة من الراتنج فائق الامتصاص الموجود على سطح المادة الليفية. فعند ملامسة الماء، يتمدد الراتنج بسرعة إلى عشرة أضعاف حجمه الأصلي، مُشكلاً طبقة مانعة لتسرب الماء على المقطع العرضي المحيطي لقلب الكابل، مما يسد قنوات تسرب الماء، ويوقف انتشار الماء أو بخار الماء وامتداده على طول المحور الطولي، وبالتالي يحمي الكابل بفعالية.
التطبيق في الكابلات الضوئية
يُعدّ أداء نقل البيانات الضوئية، والأداء الميكانيكي، والأداء البيئي للكابلات الضوئية من أهم المتطلبات الأساسية لأي نظام اتصالات. ومن التدابير اللازمة لضمان عمر خدمة الكابل الضوئي منع تسرب الماء إلى الألياف الضوئية أثناء التشغيل، إذ يُؤدي ذلك إلى زيادة الفقد (أي فقد الهيدروجين). ويؤثر تسرب الماء على ذروة امتصاص الضوء في الألياف الضوئية ضمن نطاق الأطوال الموجية من 1.3 ميكرومتر إلى 1.60 ميكرومتر، مما يُؤدي إلى زيادة فقد الألياف الضوئية. ويُغطي هذا النطاق الطيفي معظم نوافذ الإرسال المستخدمة في أنظمة الاتصالات الضوئية الحالية. لذا، يُصبح تصميم بنية مقاومة للماء عنصرًا أساسيًا في بناء الكابلات الضوئية.
ينقسم تصميم هيكل منع تسرب الماء في الكابلات الضوئية إلى تصميمين: تصميم شعاعي وتصميم طولي. يعتمد التصميم الشعاعي على غلاف مانع لتسرب الماء، أي هيكل يتكون من شريط مركب من الألومنيوم والبلاستيك أو الفولاذ والبلاستيك ملفوف طوليًا ثم يُغلف بالبولي إيثيلين. في الوقت نفسه، يُضاف أنبوب خارجي مصنوع من مواد بوليمرية مثل بولي بيوتيلين تيريفثالات (PBT) أو الفولاذ المقاوم للصدأ. أما في التصميم الطولي، فيُراعى استخدام طبقات متعددة من مواد منع تسرب الماء في كل جزء من الهيكل. وتُستبدل مادة منع تسرب الماء داخل الأنبوب الخارجي (أو في أخاديد الكابل الهيكلي) من مادة مانعة لتسرب الماء إلى مادة ليفية ماصة للماء. ويُوضع خيط أو خيطان من خيوط منع تسرب الماء بالتوازي مع عنصر تقوية قلب الكابل لمنع بخار الماء الخارجي من التسرب طوليًا على طول عنصر التقوية. عند الضرورة، يمكن وضع ألياف مانعة لتسرب الماء في الفراغات بين الأنابيب المجدولة لضمان اجتياز الكابل الضوئي لاختبارات اختراق الماء الصارمة. غالبًا ما يستخدم الكابل الضوئي الجاف تمامًا بنية مجدولة متعددة الطبقات، كما هو موضح في الشكل 3.
تاريخ النشر: 28 أغسطس 2025