ในระหว่างการใช้งานสายเคเบิลใยแก้วนำแสงและสายเคเบิลไฟฟ้า ปัจจัยสำคัญที่สุดที่ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลงคือการซึมผ่านของความชื้น หากน้ำเข้าไปในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง จะทำให้การลดทอนสัญญาณของเส้นใยเพิ่มขึ้น หากน้ำเข้าไปในสายเคเบิลไฟฟ้า จะลดประสิทธิภาพการเป็นฉนวนของสายเคเบิล ส่งผลต่อการทำงาน ดังนั้น จึงมีการออกแบบหน่วยป้องกันน้ำ เช่น วัสดุดูดซับน้ำ เข้าไปในกระบวนการผลิตสายเคเบิลใยแก้วนำแสงและสายเคเบิลไฟฟ้า เพื่อป้องกันความชื้นหรือการซึมผ่านของน้ำ และเพื่อความปลอดภัยในการใช้งาน
ผลิตภัณฑ์หลักของวัสดุดูดซับน้ำ ได้แก่ ผงดูดซับน้ำเทปกันน้ำ, เส้นด้ายกันน้ำและจาระบีกันน้ำชนิดพองตัว เป็นต้น ขึ้นอยู่กับสถานที่ใช้งาน อาจใช้สารกันน้ำเพียงชนิดเดียว หรืออาจใช้หลายชนิดพร้อมกันเพื่อให้มั่นใจได้ว่าสายเคเบิลกันน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ด้วยการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี 5G อย่างรวดเร็ว การใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงจึงแพร่หลายมากขึ้น และข้อกำหนดต่างๆ ก็เข้มงวดขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการนำข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมมาใช้ สายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบแห้งสนิทจึงได้รับความนิยมในตลาดมากขึ้น คุณสมบัติที่สำคัญของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบแห้งสนิทคือ ไม่ใช้จาระบีกันน้ำแบบเติมหรือจาระบีกันน้ำแบบพองตัว แต่จะใช้เทปกันน้ำและเส้นใยกันน้ำแทนในการป้องกันน้ำตลอดแนวหน้าตัดของสายเคเบิล
การใช้เทปกันน้ำในสายเคเบิลและสายเคเบิลใยแก้วนำแสงนั้นค่อนข้างแพร่หลาย และมีงานวิจัยมากมายเกี่ยวกับเรื่องนี้ อย่างไรก็ตาม มีงานวิจัยเกี่ยวกับการใช้เส้นใยกันน้ำค่อนข้างน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุเส้นใยกันน้ำที่มีคุณสมบัติในการดูดซับน้ำสูง เนื่องจากหาได้ง่ายในระหว่างการผลิตสายเคเบิลใยแก้วนำแสงและสายเคเบิลไฟฟ้า และกระบวนการผลิตที่ไม่ซับซ้อน วัสดุเส้นใยดูดซับน้ำสูงจึงเป็นวัสดุกันน้ำที่นิยมใช้ในปัจจุบันในการผลิตสายเคเบิลและสายเคเบิลใยแก้วนำแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบแห้ง
การประยุกต์ใช้ในการผลิตสายไฟ
ด้วยการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานของจีนอย่างต่อเนื่อง ความต้องการสายส่งไฟฟ้าจากโครงการสนับสนุนด้านพลังงานจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยปกติแล้วสายเคเบิลจะถูกติดตั้งโดยวิธีการฝังดินโดยตรง ในร่องสายเคเบิล อุโมงค์ หรือวิธีการเหนือศีรษะ ซึ่งหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ชื้นหรือสัมผัสกับน้ำโดยตรง และอาจแช่อยู่ในน้ำในระยะสั้นหรือระยะยาว ทำให้มีน้ำซึมเข้าไปในสายเคเบิลอย่างช้าๆ ภายใต้การทำงานของสนามไฟฟ้า โครงสร้างคล้ายต้นไม้สามารถก่อตัวขึ้นในชั้นฉนวนของตัวนำ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า การเกิดต้นไม้จากน้ำ เมื่อต้นไม้จากน้ำเติบโตถึงระดับหนึ่ง จะทำให้ฉนวนของสายเคเบิลเสียหาย การเกิดต้นไม้จากน้ำได้รับการยอมรับในระดับสากลว่าเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของการเสื่อมสภาพของสายเคเบิล เพื่อปรับปรุงความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบจ่ายไฟฟ้า การออกแบบและการผลิตสายเคเบิลต้องใช้โครงสร้างป้องกันน้ำหรือมาตรการกันน้ำเพื่อให้แน่ใจว่าสายเคเบิลมีประสิทธิภาพในการป้องกันน้ำที่ดี
โดยทั่วไปแล้ว เส้นทางการซึมของน้ำในสายเคเบิลสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ การซึมผ่านในแนวรัศมี (หรือแนวขวาง) ผ่านปลอกหุ้ม และการซึมผ่านในแนวยาว (หรือแนวแกน) ตามตัวนำและแกนสายเคเบิล สำหรับการป้องกันน้ำซึมผ่านในแนวรัศมี (แนวขวาง) มักใช้ปลอกหุ้มป้องกันน้ำแบบครบวงจร เช่น เทปคอมโพสิตอะลูมิเนียม-พลาสติกที่พันในแนวยาวแล้วอัดขึ้นรูปด้วยโพลีเอทิลีน หากต้องการป้องกันน้ำซึมผ่านในแนวรัศมีอย่างสมบูรณ์ จะใช้โครงสร้างปลอกหุ้มโลหะ สำหรับสายเคเบิลที่ใช้กันทั่วไป การป้องกันน้ำซึมผ่านจะเน้นไปที่การซึมผ่านของน้ำในแนวยาว (แนวแกน) เป็นหลัก
ในการออกแบบโครงสร้างสายเคเบิล ควรคำนึงถึงมาตรการกันน้ำ โดยพิจารณาถึงความต้านทานน้ำในทิศทางตามยาว (หรือตามแนวแกน) ของตัวนำ ความต้านทานน้ำภายนอกชั้นฉนวน และความต้านทานน้ำตลอดทั้งโครงสร้าง วิธีทั่วไปในการป้องกันน้ำซึมเข้าสู่ตัวนำคือการเติมวัสดุป้องกันน้ำเข้าไปภายในและบนพื้นผิวของตัวนำ สำหรับสายเคเบิลแรงดันสูงที่มีตัวนำแบ่งออกเป็นส่วนๆ แนะนำให้ใช้เส้นใยป้องกันน้ำเป็นวัสดุป้องกันน้ำตรงกลาง ดังแสดงในรูปที่ 1 เส้นใยป้องกันน้ำยังสามารถใช้ในโครงสร้างป้องกันน้ำแบบเต็มโครงสร้างได้ โดยการวางเส้นใยป้องกันน้ำหรือเชือกป้องกันน้ำที่ถักทอจากเส้นใยป้องกันน้ำไว้ในช่องว่างระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ของสายเคเบิล จะสามารถปิดกั้นช่องทางการไหลของน้ำตามแนวแกนของสายเคเบิล เพื่อให้มั่นใจได้ว่าตรงตามข้อกำหนดความแน่นหนาของน้ำตามแนวยาว แผนภาพแสดงโครงสร้างสายเคเบิลป้องกันน้ำแบบเต็มโครงสร้างทั่วไปแสดงในรูปที่ 2
ในโครงสร้างสายเคเบิลที่กล่าวมาข้างต้น วัสดุเส้นใยดูดซับน้ำถูกนำมาใช้เป็นหน่วยป้องกันน้ำ กลไกนี้อาศัยเรซินดูดซับน้ำปริมาณมากที่อยู่บนพื้นผิวของวัสดุเส้นใย เมื่อสัมผัสกับน้ำ เรซินจะขยายตัวอย่างรวดเร็วถึง 15-10 เท่าของปริมาตรเดิม ก่อตัวเป็นชั้นป้องกันน้ำแบบปิดบนหน้าตัดตามแนวเส้นรอบวงของแกนสายเคเบิล ปิดกั้นช่องทางการซึมผ่านของน้ำ และหยุดการแพร่กระจายและการขยายตัวของน้ำหรือไอน้ำไปตามทิศทางตามยาว จึงช่วยปกป้องสายเคเบิลได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การประยุกต์ใช้ในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
ประสิทธิภาพการส่งสัญญาณแสง ประสิทธิภาพเชิงกล และประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงเป็นข้อกำหนดพื้นฐานที่สุดของระบบสื่อสาร มาตรการหนึ่งที่จะช่วยยืดอายุการใช้งานของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงคือการป้องกันไม่ให้น้ำแทรกซึมเข้าไปในใยแก้วนำแสงระหว่างการใช้งาน ซึ่งจะทำให้เกิดการสูญเสียเพิ่มขึ้น (เช่น การสูญเสียจากไฮโดรเจน) การแทรกซึมของน้ำส่งผลกระทบต่อจุดสูงสุดของการดูดซับแสงของใยแก้วนำแสงในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 1.3 ไมโครเมตรถึง 1.60 ไมโครเมตร ทำให้เกิดการสูญเสียในใยแก้วนำแสงเพิ่มขึ้น ช่วงความยาวคลื่นนี้ครอบคลุมหน้าต่างการส่งสัญญาณส่วนใหญ่ที่ใช้ในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงในปัจจุบัน ดังนั้น การออกแบบโครงสร้างกันน้ำจึงกลายเป็นองค์ประกอบสำคัญในการสร้างสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
การออกแบบโครงสร้างป้องกันน้ำในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบ่งออกเป็น การออกแบบป้องกันน้ำแบบรัศมี และการออกแบบป้องกันน้ำแบบตามยาว การออกแบบป้องกันน้ำแบบรัศมีใช้ปลอกป้องกันน้ำแบบครบวงจร กล่าวคือ โครงสร้างที่ประกอบด้วยเทปคอมโพสิตอะลูมิเนียม-พลาสติกหรือเหล็ก-พลาสติกห่อหุ้มตามแนวยาวแล้วอัดขึ้นรูปด้วยโพลีเอทิลีน ในขณะเดียวกันก็มีการเพิ่มท่อหลวมที่ทำจากวัสดุพอลิเมอร์ เช่น PBT (โพลีบิวทิลีนเทเรฟทาเลต) หรือสแตนเลสไว้ด้านนอกของใยแก้วนำแสง ในการออกแบบโครงสร้างป้องกันน้ำแบบตามยาว จะพิจารณาการใช้วัสดุป้องกันน้ำหลายชั้นในทุกส่วนของโครงสร้าง วัสดุป้องกันน้ำภายในท่อหลวม (หรือในร่องของสายเคเบิลแบบโครงกระดูก) จะเปลี่ยนจากจาระบีป้องกันน้ำแบบเติมเป็นวัสดุเส้นใยดูดซับน้ำสำหรับท่อ เส้นใยป้องกันน้ำหนึ่งหรือสองเส้นจะถูกวางขนานกับองค์ประกอบเสริมความแข็งแรงของแกนสายเคเบิลเพื่อป้องกันไอน้ำจากภายนอกไม่ให้แทรกซึมตามแนวยาวไปตามส่วนเสริมความแข็งแรง หากจำเป็น สามารถใส่เส้นใยป้องกันน้ำลงในช่องว่างระหว่างท่อที่พันกันหลวมๆ เพื่อให้แน่ใจว่าสายเคเบิลใยแก้วนำแสงผ่านการทดสอบการซึมผ่านของน้ำอย่างเข้มงวด โครงสร้างของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบแห้งสนิทมักใช้การพันแบบหลายชั้น ดังแสดงในรูปที่ 3
วันที่เผยแพร่: 28 สิงหาคม 2568