軌道交通動控復合電纜的研究與應(yīng)用

（湖北紅旗電纜有限責任公司 湖北宜昌 443000）

引言

21世紀是我國城市軌道交通迅速發(fā)展（包括地鐵、地面輕軌、高架輕軌）的時期，地鐵與其他交通工具相比，具有行車速度快、旅客運送量大等特點，是目前解決城市交通擁擠的有效方法。根據(jù)建設(shè)部地鐵與輕軌研究中心提供的信息，“十五”期間，我國城市地鐵建設(shè)開始進入快速發(fā)展階段。有資料表明，目前國內(nèi)過百萬的35個城市，已有20多個城市正在新建或籌建自己的軌道交通。據(jù)國家統(tǒng)計委統(tǒng)計，“十五”期間，中國城市交通投資達8000億元，而軌道交通已通過立項的總長度約為650km，據(jù)了解，至少有2000億元將用于修建地鐵，它將會在較長時間里，成為我國基礎(chǔ)建設(shè)投資的重點之一。隨著經(jīng)濟的增長，“十一五”期間，全國在火熱地建設(shè)和籌建地鐵中，僅北京在奧運過后，投資續(xù)建地鐵就超過900億元。同時，國內(nèi)其他九個城市也在建設(shè)自己的軌道交通，其中，上海、廣州和天津在續(xù)建，南京、長春、深圳、重慶、武漢和大連在新建。2011年開始邁入“十二五”計劃，城市軌道交通高速發(fā)展，孕育著無限商機。針對地鐵電纜眾多的特殊要求，展開研究和設(shè)計，開發(fā)了軌道交通動控復合電纜。

1 軌道交通動控復合電纜

針對工程本身的內(nèi)外部條件，和每個工程選擇的地鐵直流1500V電力電纜各具特點，以及業(yè)內(nèi)對不同結(jié)構(gòu)的直流電纜提出的許多問題，展開對由地鐵用軌道交通動控復合纜的研究。要求同時滿足動力線路和控制線路結(jié)合在一起的復合電路，并且該電纜具有防水、防紫外線、防鼠、防白蟻、低煙無鹵阻燃等特殊要求。

2、 軌道交通動控復合電纜設(shè)計原理

軌道交通動控復合電纜技術(shù)原理主要包括以下幾項：

（1）工藝流程

銅導體絞制拉制（2類導體退火）→動力線芯和控制線芯乙丙絕緣擠制→配套、動力線芯成纜→成纜外繞包一層阻燃無紡布→縱包一層鋁塑復合帶→擠包PE內(nèi)護套→控制絕緣線芯均勻分布在內(nèi)護套周圍成纜→繞包兩層無堿玻璃布帶→繞包一層銅帶（內(nèi)平拖一根銅絲）→繞包兩層無堿玻璃布帶→低煙無鹵黑色防紫外線、防白蟻聚烯烴外護套擠制→成品檢驗→包裝入庫

（2）導體設(shè)計

為了滿足軌道交通的安裝要求，采用緊壓的退火銅導體。

（3）絕緣設(shè)計

電纜在直流電壓下絕緣內(nèi)的電場強度與其電阻率成正比分布，電纜在運行中，電纜內(nèi)溫度升高，電阻率會受溫度的影響而發(fā)生變化，當電纜負載為零食，最大電場強度出現(xiàn)在導電線芯表面；加上負載后，最大電場強度有想絕緣表面移動的趨勢。因此，在絕緣材料選擇和厚度設(shè)計是不僅應(yīng)保證在空載時線芯表面場強不超過其允許值，而在還應(yīng)保證電纜在允許最大負載是，絕緣層表面的電場強度不超過其允許值。

直流牽引電纜的絕緣一般采用電性能良好的交聯(lián)聚乙烯或乙丙橡膠材料，直流輸電線路中正負極電纜，因使用特性不同其絕緣層厚度設(shè)計也有相應(yīng)的區(qū)別。

（4）動力線路和控制線路復合結(jié)構(gòu)

動力線芯成纜后外加防水層，外面加控制線芯組合，該設(shè)計為創(chuàng)新產(chǎn)品，適用于地鐵環(huán)境復雜，該電纜占地小，該電纜同時滿足動力線路和控制線路的要求，節(jié)約了安裝和材料成本。

（5）護層設(shè)計

為了保證電纜優(yōu)良的電氣性能和降低成本，絕緣采用了非阻燃材料，而護層采用了具有防紫外線的無鹵低煙阻燃材料。經(jīng)對常用的幾種電纜材料的pH值和電導率進行測試可以獲得其性能參數(shù)。因此可以根據(jù)直流牽引電纜不同性能的需要來合理選擇外護套材料。

（6）阻燃結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于C類阻燃直流牽引電纜，采用乙丙橡膠和交聯(lián)聚乙烯材料作絕緣，護套材料采用阻燃材料是能過實現(xiàn)的。但對于A、B類阻燃要求來說，比較困難。為了使電纜達到不同的阻燃級別要求，我們采取在絕緣和護層之間設(shè)計了一層厚度為1～2mm的高阻燃隔火層，以實現(xiàn)電纜的阻燃或是提高電纜的阻燃等級。

（7）電纜的防水結(jié)構(gòu)設(shè)計

因為地下環(huán)境和大氣的影響，電纜長期敷設(shè)在潮濕的環(huán)境中，水分子會通過橡膠或塑料層滲透到電纜的內(nèi)部，引起絕緣電氣性能下降，甚至造成安全事故。因此，直流牽引電纜應(yīng)具有防水、防潮性能。

電纜防水一般以徑向防水為主，采用一層不能滲水或難以透水的材料，將水分子阻擋在絕緣層以外，從而達到保護絕緣的目的。通?？刹捎娩X/塑粘劑綜合護層；也可以在絕緣和護層之間單獨設(shè)計一層線性低密度聚乙烯材料作為防水層，因為線性低密度聚乙烯具有較好的韌度、耐磨及較低的透水性。另外，也可采用膨脹型阻水帶纏繞在絕緣層的外表面，以便提升其縱向或是徑向的防水作用。

（8）防白蟻、防鼠層設(shè)計

對于直流牽引電纜的防白蟻性能要求，根據(jù)我公司以往開發(fā)防白蟻電纜的經(jīng)驗，采用提高電纜護套的硬度時能滿足需要的。對于直流牽引電纜的防鼠要求，選用了0.12mm厚的銅帶或0.12mm厚的非磁性不銹鋼鋼帶來作為防鼠層，其效果明顯。

3 技術(shù)指標

（1）電纜的導體應(yīng)符合下列規(guī)定：

導體采用符合GB/3956-1997規(guī)定的第2類導體。導體表面光潔，無油污，無損傷絕緣的毛刺、銳邊及凸起或斷裂的單線。

（2）電纜絕緣性能應(yīng)符合下列規(guī)定：

按照國家標準GB/T 12706-2008《額定電壓1KV（Um=1.2KV）到35KV（Um=40.5KV）擠包絕緣電力電纜及附件》電纜絕緣應(yīng)滿足阻燃、低煙、彎曲的要求，材料可以選用乙丙橡膠、聚氯乙烯或交聯(lián)聚乙烯。聚氯乙烯不能滿足低煙、低鹵要求。

（3）電纜防水性能應(yīng)符合以下規(guī)定：

電纜縱向阻水性能目前可以通過 IEC 60502-1997 ANNEX D（normative） 或 GB/T 12706.2-2002附錄D（標準性目錄）透水試驗來進行試驗和判定防水。

（4）電纜的鎧裝應(yīng)滿足要求：

即要考慮有足夠的硬度經(jīng)受鼠蟻的攻擊，又要有適當?shù)膹姸群蜕炻蕽M足生產(chǎn)上加工的要求，我公司參照國家標準 GB/T 12706.2-2008附錄 G的要求采用0.12mm軟銅帶重疊繞包，銅帶的最小厚度不小于標稱值的90%，繞包應(yīng)圓整光滑。

（5）電纜的護套應(yīng)滿足要求：

電纜外護套用于保證電纜免于機械損傷等危害，參照國家標準 GB/T 12706-2008《額定電壓 1KV（Um=1.2KV）到35KV（Um=40.5KV）擠包絕緣電力電纜及附件》基本技術(shù)要求外護套厚度平均值應(yīng)不小于標稱值，任一點最小厚度應(yīng)不小于標稱值的 80%。

（6）電纜的成束阻燃試驗

該試驗適用于無鹵護套的電纜，試驗要求和方法應(yīng)符合GB/T18380.33—2008規(guī)定。

（7）導體直流電阻符合表1

表1 直流電阻值

（8）電纜參數(shù)簡表如下

表2 電纜參數(shù)簡表

彎曲半徑 軟電纜：6倍直徑阻燃性能 具有良好的防火性能，滿足A類成束垂直燃燒試驗

（9）電纜的結(jié)構(gòu)如下圖所示

圖1 軌道交通動控復合電纜結(jié)構(gòu)圖

4、 結(jié)論

該項目嚴格執(zhí)行國家GB12760和Q/HL259標準，具有低鹵（或無鹵）、低煙、耐腐蝕、防鼠、防白蟻、防紫外線等特性，其特性完全符合 IEC60332、IEC60754、IEC61034標準規(guī)定要求。。

本次研發(fā)的軌道交通動控復合電纜完全符合國家相關(guān)標準，同時滿足用戶要求。隨著我國地鐵行業(yè)的發(fā)展，其應(yīng)用前景廣闊，適應(yīng)市場需求。