光ケーブルおよび電力ケーブルにおける吸水性繊維の応用

光ケーブルおよび電気ケーブルの運用において、性能劣化につながる最も重大な要因は水分の浸入です。光ケーブルに水が浸入すると、光ファイバの減衰が増大する可能性があります。また、電気ケーブルに水が浸入すると、ケーブルの絶縁性能が低下し、運用に影響を及ぼす可能性があります。そのため、光ケーブルおよび電気ケーブルの製造工程には、吸水材などの防水ユニットが組み込まれており、水分や水の浸入を防ぎ、運用上の安全性を確保しています。

吸水性材料の主な製品形態としては、吸水性粉末、防水テープ, 防水糸、膨潤性止水グリースなどがあり、使用場所に応じて1種類の止水材を使用する場合もあれば、複数の種類の止水材を同時に使用してケーブルの防水性能を確保する場合もあります。

5G技術の急速な普及に伴い、光ケーブルの利用がますます拡大し、それに対する要求もますます厳しくなっています。特にグリーン化や環境保護の要求が高まるにつれ、市場では完全乾式光ケーブルへの需要が高まっています。完全乾式光ケーブルの大きな特徴は、充填型止水グリースや膨潤型止水グリースを使用せず、代わりに止水テープと止水ファイバーを用いてケーブル断面全体を止水することです。

ケーブルや光ケーブルにおける止水テープの適用は非常に一般的であり、それに関する研究文献も豊富にあります。しかし、止水糸、特に高吸水性を有する止水繊維材料に関する研究報告は比較的少ないです。高吸水性繊維材料は、光ケーブルや電気ケーブルの製造時に容易に巻き取りが可能で、加工も簡単なため、現在、ケーブルや光ケーブル、特に乾式光ケーブルの製造において、止水材料として最も好まれています。

電力ケーブル製造における応用

中国のインフラ建設が継続的に強化されるにつれ、電力プロジェクトを支える電力ケーブルの需要は増加し続けています。ケーブルは通常、直接埋設、ケーブル溝、トンネル、または架空方式で敷設されます。ケーブルは必然的に湿気の多い環境に置かれ、水と直接接触する可能性があり、短期的または長期的に水に浸かることさえあります。その結果、水がケーブル内部に徐々に浸透します。電界の作用により、導体の絶縁層に樹木のような構造が形成されることがあります。この現象は「水トリー」と呼ばれ、水トリーが一定程度まで成長すると、ケーブルの絶縁破壊につながります。現在、水トリーはケーブルの老朽化の主な原因の一つとして国際的に認識されています。電力供給システムの安全性と信頼性を向上させるため、ケーブルの設計と製造において、ケーブルの優れた防水性能を確保するための遮水構造や防水対策を採用する必要があります。

ケーブル内の浸水経路は、一般的に、シースを貫通する放射状（横方向）浸水と、導体およびケーブルコアに沿った縦方向（軸方向）浸水の2種類に分けられます。放射状（横方向）浸水防止には、アルミニウムとプラスチックの複合テープを縦方向に巻き付け、ポリエチレンを押出成形した包括的な遮水シースがよく使用されます。完全な放射状遮水が必要な場合は、金属シース構造が採用されます。一般的なケーブルでは、遮水保護は主に縦方向（軸方向）浸水防止に重点を置いています。

ケーブル構造を設計する際には、導体の長手方向（軸方向）の耐水性、絶縁層の外側の耐水性、および構造全体の耐水性を考慮して防水対策を施す必要があります。導体の防水対策としては、導体内部および表面に防水材を充填するのが一般的です。導体がセクターに分割されている高圧ケーブルでは、図1に示すように、中央の防水材として防水糸を使用することをお勧めします。また、防水糸は、全構造防水構造にも適用できます。ケーブルの各部品間の隙間に防水糸または防水糸で編んだ防水ロープを配置することで、ケーブル軸方向の水の流路を遮断し、長手方向の防水性を確保できます。図2に、一般的な全構造防水ケーブルの概略図を示します。

上記のケーブル構造では、吸水性繊維材料を遮水ユニットとして採用しています。この機構は、繊維材料の表面に存在する多量の超吸水性樹脂を利用しています。この樹脂は水に遭遇すると、元の体積の10～10倍に急速に膨張し、ケーブルコアの円周断面に密閉された遮水層を形成します。これにより、水の浸入経路が遮断され、水または水蒸気の長手方向への拡散と広がりが阻止され、ケーブルが効果的に保護されます。