軌道交通動(dòng)控復(fù)合電纜的研究與應(yīng)用

（湖北紅旗電纜有限責(zé)任公司 湖北宜昌 443000）

引言

21世紀(jì)是我國(guó)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(shí)期，地鐵與其他交通工具相比，具有行車速度快、旅客運(yùn)送量大等特點(diǎn)，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(guó)城市地鐵建設(shè)開(kāi)始進(jìn)入快速發(fā)展階段。有資料表明，目前國(guó)內(nèi)過(guò)百萬(wàn)的35個(gè)城市，已有20多個(gè)城市正在新建或籌建自己的軌道交通。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)委統(tǒng)計(jì)，“十五”期間，中國(guó)城市交通投資達(dá)8000億元，而軌道交通已通過(guò)立項(xiàng)的總長(zhǎng)度約為650km，據(jù)了解，至少有2000億元將用于修建地鐵，它將會(huì)在較長(zhǎng)時(shí)間里，成為我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)投資的重點(diǎn)之一。隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，“十一五”期間，全國(guó)在火熱地建設(shè)和籌建地鐵中，僅北京在奧運(yùn)過(guò)后，投資續(xù)建地鐵就超過(guò)900億元。同時(shí)，國(guó)內(nèi)其他九個(gè)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(zhǎng)春、深圳、重慶、武漢和大連在新建。2011年開(kāi)始邁入“十二五”計(jì)劃，城市軌道交通高速發(fā)展，孕育著無(wú)限商機(jī)。針對(duì)地鐵電纜眾多的特殊要求，展開(kāi)研究和設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了軌道交通動(dòng)控復(fù)合電纜。

1 軌道交通動(dòng)控復(fù)合電纜

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

2、 軌道交通動(dòng)控復(fù)合電纜設(shè)計(jì)原理

軌道交通動(dòng)控復(fù)合電纜技術(shù)原理主要包括以下幾項(xiàng)：

（1）工藝流程

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

（2）導(dǎo)體設(shè)計(jì)

為了滿足軌道交通的安裝要求，采用緊壓的退火銅導(dǎo)體。

（3）絕緣設(shè)計(jì)

電纜在直流電壓下絕緣內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度與其電阻率成正比分布，電纜在運(yùn)行中，電纜內(nèi)溫度升高，電阻率會(huì)受溫度的影響而發(fā)生變化，當(dāng)電纜負(fù)載為零食，最大電場(chǎng)強(qiáng)度出現(xiàn)在導(dǎo)電線芯表面；加上負(fù)載后，最大電場(chǎng)強(qiáng)度有想絕緣表面移動(dòng)的趨勢(shì)。因此，在絕緣材料選擇和厚度設(shè)計(jì)是不僅應(yīng)保證在空載時(shí)線芯表面場(chǎng)強(qiáng)不超過(guò)其允許值，而在還應(yīng)保證電纜在允許最大負(fù)載是，絕緣層表面的電場(chǎng)強(qiáng)度不超過(guò)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(fù)極電纜，因使用特性不同其絕緣層厚度設(shè)計(jì)也有相應(yīng)的區(qū)別。

（4）動(dòng)力線路和控制線路復(fù)合結(jié)構(gòu)

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

（5）護(hù)層設(shè)計(jì)

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(hù)層采用了具有防紫外線的無(wú)鹵低煙阻燃材料。經(jīng)對(duì)常用的幾種電纜材料的pH值和電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)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(lái)合理選擇外護(hù)套材料。

（6）阻燃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)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(hù)套材料采用阻燃材料是能過(guò)實(shí)現(xiàn)的。但對(duì)于A、B類阻燃要求來(lái)說(shuō)，比較困難。為了使電纜達(dá)到不同的阻燃級(jí)別要求，我們采取在絕緣和護(hù)層之間設(shè)計(jì)了一層厚度為1～2mm的高阻燃隔火層，以實(shí)現(xiàn)電纜的阻燃或是提高電纜的阻燃等級(jí)。

（7）電纜的防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

因?yàn)榈叵颅h(huán)境和大氣的影響，電纜長(zhǎng)期敷設(shè)在潮濕的環(huán)境中，水分子會(huì)通過(guò)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(dá)到保護(hù)絕緣的目的。通常可采用鋁/塑粘劑綜合護(hù)層；也可以在絕緣和護(hù)層之間單獨(dú)設(shè)計(jì)一層線性低密度聚乙烯材料作為防水層，因?yàn)榫€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(jì)

對(duì)于直流牽引電纜的防白蟻性能要求，根據(jù)我公司以往開(kāi)發(fā)防白蟻電纜的經(jīng)驗(yàn)，采用提高電纜護(hù)套的硬度時(shí)能滿足需要的。對(duì)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(lái)作為防鼠層，其效果明顯。

3 技術(shù)指標(biāo)

（1）電纜的導(dǎo)體應(yīng)符合下列規(guī)定：

導(dǎo)體采用符合GB/3956-1997規(guī)定的第2類導(dǎo)體。導(dǎo)體表面光潔，無(wú)油污，無(wú)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(guò) IEC 60502-1997 ANNEX D（normative） 或 GB/T 12706.2-2002附錄D（標(biāo)準(zhǔn)性目錄）透水試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)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(dāng)?shù)膹?qiáng)度和伸率滿足生產(chǎn)上加工的要求，我公司參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 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(biāo)稱值的90%，繞包應(yīng)圓整光滑。

（5）電纜的護(hù)套應(yīng)滿足要求：

電纜外護(hù)套用于保證電纜免于機(jī)械損傷等危害，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 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(hù)套厚度平均值應(yīng)不小于標(biāo)稱值，任一點(diǎn)最小厚度應(yīng)不小于標(biāo)稱值的 80%。

（6）電纜的成束阻燃試驗(yàn)

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

（7）導(dǎo)體直流電阻符合表1

表1 直流電阻值

（8）電纜參數(shù)簡(jiǎn)表如下

表2 電纜參數(shù)簡(jiǎn)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(yàn)

（9）電纜的結(jié)構(gòu)如下圖所示

圖1 軌道交通動(dòng)控復(fù)合電纜結(jié)構(gòu)圖

4、 結(jié)論

該項(xiàng)目嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家GB12760和Q/HL259標(biāo)準(zhǔn)，具有低鹵（或無(wú)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。。

本次研發(fā)的軌道交通動(dòng)控復(fù)合電纜完全符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)滿足用戶要求。隨著我國(guó)地鐵行業(yè)的發(fā)展，其應(yīng)用前景廣闊，適應(yīng)市場(chǎng)需求。