¿Cómo garantizar la resistencia a la tracción de los cables ópticos ADSS?

1. descripción general

Los elementos de resistencia a la tracción principales en un cable óptico ADSS son los elemento de resistencia central (CSM), típicamente hecho de Plástico reforzado con fibra (PRFV), y el hilo de refuerzo, que es hilo de aramidaEl uso de estos elementos de tensión evita que las fibras ópticas internas soporten una tensión excesiva cuando el cable se instala en el aire, mitigando así el aumento de atenuación adicional. El Resistencia máxima a la tracción (UTS) o Resistencia a la rotura nominal (RBS) La resistencia a la tracción del cable ADSS es uno de los indicadores clave para verificar su cumplimiento. La metodología para garantizar una resistencia a la tracción adecuada varía según la estructura del cable y la longitud de tramo requerida. Por lo tanto, controlar el proceso de producción para garantizar que el cable posea la resistencia a la tracción especificada es una métrica crucial de control de calidad.

2. Importancia de la resistencia a la rotura del cable ADSS y el mecanismo de reparto simultáneo de carga

Los cables ópticos ADSS están suspendidos entre estructuras de soporte (postes/torres) con un hundimiento sobre un determinado longitud del tramo, lo que exige un alto rendimiento de tracción. El cable resistencia a la rotura (RBS/UTS) es el parámetro que define su resistencia a la tracción axial, cuantificando la eficacia de los elementos de tracción. Una mayor resistencia a la rotura indica una resistencia a la tracción axial superior, lo que protege mejor las fibras ópticas de fuerzas externas que podrían provocar un aumento de... tensión de la fibra y subsiguientes atenuación adicional Durante el funcionamiento. Para lograr la máxima resistencia a la rotura posible, es esencial que todos los elementos de tracción del cable ADSS soporten la carga. simultáneamenteDebido a los diferentes niveles de fricción entre los componentes en diferentes diseños de cables, se requieren distintos equipos, materiales y métodos de control de procesos durante la fabricación para garantizar un rendimiento óptimo de resistencia a la tracción.

3. Garantizar la resistencia a la tracción para diferentes estructuras de cables

3.1 Observaciones principales de las pruebas de resistencia a la rotura de cables

La prueba de resistencia a la rotura de cables ópticos ADSS simula el entorno mecánico durante la instalación aérea. La prueba consiste en asegurar ambos extremos de una muestra de cable con... guarniciones (o mordazas), aplicando una fuerza de tracción en un extremo y registrando la carga máxima en el momento de la ruptura del cable, que se define como la resistencia a la rotura o Resistencia máxima a la tracción (UTS) [1]. Un cable óptico se compone de múltiples componentes, incluyendo el elemento de refuerzo central, fibras ópticas, tubos holgados y una cubierta exterior. En los cables ADSS, los principales elementos portantes son los... hilo de aramida y el FRP (plástico reforzado con fibra) Varilla. Según los resultados de la prueba de resistencia a la rotura, el estado de estos dos elementos suele presentar tres resultados principales:

(1) Observación uno: El hilo de aramida y el FRP permanecen intactos (sin roturas) Esta situación suele deberse a una adhesión o compactación insuficiente de la funda exterior alrededor del hilo de aramida. A medida que la funda exterior se estira y se estrecha bajo tensión, deslizar Se produce una tensión entre la vaina exterior y el elemento de tracción principal (hilo de aramida). En consecuencia, el hilo de aramida y el elemento de FRP no soportan eficazmente la carga axial.

(2) Observación dos: el hilo de aramida se rompe, el FRP permanece intacto Este resultado sugiere que el FRP apenas comienza a soportar la carga. después El hilo de aramida ya ha alcanzado su límite máximo de deformación y se ha roto. Relativamente posterior deslizamiento Se produce una ruptura entre el hilo de aramida roto y los componentes de la capa interna adyacente, lo que impide la transferencia completa de la fuerza de tracción hacia el interior. Por lo tanto, el elemento de resistencia central (PRF) permanece intacto. Un caso especial es la rotura de la mayor parte del hilo de aramida, mientras que una parte del hilo de aramida y del PRF permanecen intactos. Esto suele atribuirse a anomalías. longitud de trenzado de aramida, lo que da como resultado una distribución de carga no simultánea entre las hebras de aramida.

(3) Observación tres: Ruptura tanto del hilo de aramida como del FRP Este es el resultado deseado, ya que confirma que tanto el hilo de aramida como el FRP aportaron su máxima contribución a la tracción. En este caso, se optimiza la resistencia a la rotura del cable.

3.2 Determinación de la fricción entre componentes en cables ópticos

La prueba de resistencia a la rotura del cable simula la aplicación de tensión durante la instalación del cable, donde el cable se sujeta en ambos extremos mediante guarniciones. Los herrajes ejercen una acción hacia el interior. fuerza de agarre F1​. Un axial carga de tracción Se aplica F2 a un extremo y se mide la carga máxima en el momento de la ruptura. Mediante el análisis de tensiones, se entiende que el cable tiende a alargarse en la dirección de la F2 aplicada. La carga de tracción se transfiere secuencialmente de las capas externas a las internas, mediada por la fuerza de agarre F1. Si deslizamiento relativo Si se produce entre dos componentes cualesquiera dentro de una capa, la transferencia de fuerza a los componentes internos se interrumpirá. Estos componentes internos no contribuirán a la resistencia a la rotura general y permanecerán intactos. Por lo tanto, es necesario garantizar una resistencia adecuada. fuerza de fricción Entre todos los componentes es de vital importancia.

Nuestra empresa utiliza un instrumento capaz de medir el máximo fuerza de fricción estática Entre componentes adyacentes. Este dispositivo suele constar de una máquina de ensayos de tracción, una varilla de extracción de componentes, una varilla de sujeción de componentes y un mecanismo de agarre. Está diseñado para medir la fuerza de fricción estática máxima justo antes del inicio del movimiento relativo (deslizamiento) entre los dos componentes probados.

3.3 Garantía de resistencia a la tracción para diferentes estructuras de cables

3.3.1 Abordaje de resultados de pruebas de rotura anómala

Para evitar la situación anómala de Observación Uno (El hilo de aramida y el FRP permanecen intactos), es necesario garantizar que la funda exterior tenga una resistencia suficientemente alta. fuerza de limitación (o integridad/estanqueidad de la vaina). Los factores de control clave para lograr esto incluyen seleccionar las dimensiones adecuadas de la punta y la cara del troquel, o aumentar la distancia entre ellas para aumentar la presión de extrusióny optimizar la temperatura de procesamiento para mejorar la adhesión/compactación de la funda alrededor del hilo de aramida.

La ocurrencia de la Observación dos La anomalía (el hilo de aramida se rompe, el FRP permanece intacto) se debe principalmente a deslizamiento relativo Entre la varilla de FRP y el tubo holgado circundante. Este deslizamiento reduce significativamente la contribución del FRP a la resistencia total a la tracción. Esta situación se observa con mayor frecuencia en Cables ópticos ADSS rellenos de grasaLos cables ópticos se clasifican según el método de bloqueo de agua en cables rellenos (de gel) y cables secos [2]. Realizamos pruebas de resistencia a la rotura en cables rellenos y secos, utilizando equipos, materiales y parámetros de proceso idénticos, con la única diferencia del material impermeabilizante (hilos y cintas impermeabilizantes para cables secos frente a grasa/gel de relleno para cables rellenos). Los resultados de las pruebas se resumen en la siguiente tabla: (Se asume que la tabla se incluye a continuación).

Residencia en Tabla 1La resistencia a la rotura (resistencia a la tracción) observada en el cable óptico relleno de gel es inferior a la del cable óptico completamente seco. El rendimiento del cable en el punto de rotura de la muestra rellena, en particular, muestra que la varilla de FRP permaneció intacta (observación dos del modo de fallo). Esto sugiere una distribución insuficiente de la carga desde el elemento de refuerzo central.

Por lo tanto, utilizamos el comprobador de fricción estática intercomponente de nuestra empresa para medir la fuerza de fricción entre la varilla de FRP y los componentes de tubo holgado adyacentes, tanto para los cables secos como para los rellenos. Los resultados de fuerza de fricción máxima, obtenidos en idénticas condiciones de fabricación, se presentan a continuación:

	Muestra experimental 1	Muestra experimental 2
Fuerza de fricción (N) Entre el tubo suelto y el FRP en un cable totalmente seco	88.6	91.2
	88.3	90.8
	89.2	91.4
Fuerza de fricción (N) entre tubo holgado y FRP en cable relleno de gel	45.5	57.3
	44.3	57.6
	46.7	57.4

La comparación experimental en la Tabla 2 muestra claramente que fuerza de fricción entre el tubo suelto y la varilla de FRP en el cable óptico relleno de gel es significativamente menor que en el cable óptico totalmente seco (Lleno de fricción

Esta diferencia se atribuye a la compuesto de relleno (gel para cables) actuando como un lubricante, lo que reduce sustancialmente la fricción entre ambos componentes. Durante la prueba de tracción (resistencia a la rotura), la fuerza de fricción insuficientemente baja entre el tubo holgado y la varilla de FRP provoca... deslizamiento relativo entre ellos. En consecuencia, la varilla de FRP no soporta la carga axial por completo o proporciona una carga significativamente mayor. contribución de tracción reducida.

3.3.2 Problema de baja fricción entre el tubo holgado y la varilla de FRP en cables ópticos rellenos de gel

Para evitar el deslizamiento relativo entre el tubo suelto y el elemento de resistencia (varilla de FRP) y aumentar de manera efectiva la fuerza de fricción entre estos dos componentes, se pueden realizar mejoras desde dos perspectivas principales: tecnología de procesamiento y modificación del material.

(I) Perspectiva de mejora de procesos

Los siguientes resultados de resistencia a la rotura (resistencia a la tracción) se obtuvieron reduciendo únicamente el paso de trenzado del hilo de aramida:

Cable óptico relleno de gel
Pasos de trenzado (mm)	Resistencia a la tracción (kN)	Rendimiento de muestra después de la prueba de rotura
650	16.8	Todos los componentes del cable están rotos excepto el FRP central.
600	17.3	Todos los componentes del cable están rotos excepto el FRP central.
550	17.7	Todos los componentes del cable están rotos excepto el FRP central.
500	18.7	Todos los componentes del cable están rotos.
450	19.6	Todos los componentes del cable están rotos.

Con base en los resultados experimentales, se puede concluir que reduciendo el paso de trenzado del hilo de aramida eficazmente aumenta la resistencia a la rotura del cable (resistencia a la tracción).

Este aumento se debe a un paso más pequeño, lo que genera una mayor longitud de movimiento axial bajo la fuerza de agarre de los accesorios. Esto prolonga la trayectoria de soporte de tensión del hilo de aramida, lo que permite que la fuerza de agarre del accesorio F1 se transfiera con mayor eficacia hacia el interior. Se logra el objetivo final: La varilla de FRP y el hilo de aramida soportan la carga simultáneamente..

Sin embargo, considerando la estabilidad del equipo de cableado durante la producción de cables, el paso de trenzado del hilo no puede ser demasiado pequeño. Además, al reducirse el paso de trenzado del hilo de aramida, la deformación del cable aumenta consecuentemente, lo que resulta en una mayor flecha al instalarse en altura y, en última instancia, aumenta la carga del cable.

(II) Perspectiva de la modificación del material

Para aumentar la fuerza de fricción entre el tubo holgado y el elemento de refuerzo, las superficies de contacto de estos componentes pueden rugosizarse intencionalmente. La investigación en este campo ha dado como resultado principalmente los dos métodos siguientes para aumentar la fricción superficial entre ambos componentes:

(1) Uso de FRP trenzado/envuelto helicoidalmente (W-FRP) para aumentar la fricción:

Este método implica envolver simultáneamente dos hilos de vidrio alrededor de la superficie del FRP durante el proceso de fabricación. Los hilos de vidrio que sobresalen de la superficie hacen que... FRP envuelto (W-FRP) Significativamente menos suave en comparación con el FRP convencional, lo que aumenta la fricción.

(2) Adición de una capa de amortiguación de PE grueso a la superficie de FRP:

Dado que la superficie de FRP es relativamente lisa, se puede aplicar una capa gruesa. Capa de amortiguación de PE (capa de polietileno) Se aplica a su superficie. Esta capa gruesa de PE aumenta eficazmente la fricción superficial entre el tubo holgado y el elemento de refuerzo (PRFV).

Cable óptico relleno de gel
	Fuerza de fricción con tubo suelto (N)	Resistencia a la tracción (kN)	Rendimiento de muestra después de la prueba de rotura
FRP normal	55.7	42.3	Todos los componentes se rompieron excepto el FRP.
FRP envuelto	188.2	48.7	Todos los componentes se rompieron.
Capa de amortiguación de FRP + PE	71	45.4	Todos los componentes se rompieron excepto el FRP.

Los resultados experimentales indican claramente que al utilizar FRP envuelto (W-FRP)La fuerza de fricción entre el tubo holgado y el elemento de refuerzo aumenta significativamente. La muestra de prueba de rotura muestra entonces una rotura de todos los componentes, lo que sugiere que tanto el hilo de aramida como la varilla de FRP proporcionaron sus máximas contribuciones de tracción, lo que resultó en una resistencia a la rotura óptima (máxima).

El experimento demuestra con éxito que la adopción FRP envuelto Previene eficazmente el fenómeno de deslizamiento entre el tubo holgado y el FRP, que de otro modo mantendría intacto el FRP. Esta modificación garantiza que el cable óptico relleno de gel posea una resistencia a la tracción (rotura) significativamente mayor.

4. Investigación de los ajustes del paso de trenzado para jaulas de trenzado de cables ADSS

4.1 Uso del equipo de jaula de varada

El hilo de aramida es el elemento de tracción (soporte de carga) más crucial en un cable ADSS (Autoportante Totalmente Dieléctrico). Durante la producción del cable, el hilo de aramida se trenza (enrolla) alrededor del núcleo del cable con un paso fijo para minimizar la diferencia de longitud entre los distintos extremos del hilo. Esto es necesario para evitar una reducción en la vida útil del cable. Resistencia a la tracción nominal (RTS) debido a longitudes desiguales del hilo.

El hilo de aramida se alimenta desde el sistema de desenrollado mediante una jaula de trenzado bajo cierta tensión. Por lo tanto, la estabilidad de la jaula de trenzado es fundamental. Nuestra empresa utiliza actualmente una Jaula de trenzado electromagnética de amortiguación de bobinasEste sistema utiliza inducción electromagnética para garantizar que el hilo de aramida se alimente de manera uniforme a una tensión constante y un paso de trenzado fijo.

Al instalar las bobinas de hilo de aramida, estas deben distribuirse uniformemente dentro de la jaula de trenzado para garantizar una correcta redondez del cable. Cuando se utilizan hilos de relleno junto con hilos de aramida, la capa más cercana a la cubierta exterior debe contener la máxima cantidad posible de hilo de aramida, ya que posee una resistencia a la tracción relativa mucho mayor. Además, al instalar las bobinas, se deben alternar los hilos gruesos y finos dentro de la jaula de trenzado para garantizar el rendimiento mecánico del cable.

4.2 Investigación de la configuración de la diferencia de paso de trenzado entre las capas interna y externa del hilo de aramida

Cuando se requiere una gran cantidad de hilos de aramida, se deben utilizar múltiples jaulas de trenzado simultáneamente para producir el cable ADSS. Tras la prueba de tracción, la observación de que algunos hilos permanecen intactos se debe principalmente a una diferencia de paso subóptima entre las jaulas de trenzado interior y exterior.

Por lo tanto, se realizó el siguiente experimento para investigar la configuración de la diferencia de paso entre las capas internas y externas de las jaulas de trenzado de hilo de aramida:

Relación entre el paso del hilo exterior A y el paso del hilo interior B (mm)	Resistencia a la tracción (kN)	Rendimiento de muestra después de la prueba de rotura
A > B	40.1	Todos los hilos exteriores se rompieron; los hilos internos y el FRP permanecieron intactos.
A = B	42.7	Se observó una estratificación significativa en la longitud de rotura del hilo; el FRP permaneció intacto.
A < B	45.3	Todos los componentes que soportaban la carga se rompieron.

El experimento demuestra que cuando el paso de trenzado del hilo exterior es menor que el paso de trenzado del hilo interior (A
En el accesorio, a medida que la fuerza se transfiere gradualmente hacia el interior, el hilo exterior soporta la carga antes que el interior. Cuando el paso del hilo exterior es mayor o igual que el paso del hilo interior (A≥B), el hilo exterior alcanza su alargamiento de rotura más rápidamente y se rompe prematuramente. Esto se debe a que se somete a tensión antes en el ensayo de tracción y a que tiene un paso de trenzado relativamente mayor. Esta distribución desigual de la tensión entre los elementos de tracción resulta en una menor resistencia a la rotura general del cable.

5. Resumen

Para garantizar que el cable óptico posee una resistencia a la ruptura (resistencia a la tracción) calificada (suficientemente alta), es esencial garantizar una integridad adecuada de la cubierta exterior a través de una selección de matriz y ajustes de temperatura de extrusión apropiados, y asegurar que la varilla de FRP contribuya con una fuerza de tracción suficientemente grande mediante el establecimiento de un paso de trenzado de hilo de aramida adecuado, manteniendo el diferencial de paso de capa interna y externa correcto y utilizando nuevos materiales como miembros de resistencia.