1500V 軌道交通用直流電纜

 

“額定電壓1500V及以下軌道交通用直流電纜”應具備的無鹵、摘要：針對城市地鐵用低煙、阻燃A類、阻水、防水、防鼠、防白蟻、無毒、耐紫外線等性能，以及電纜敷設的復雜環境，介紹了電纜結構設計、材料選型、配合和加工技術要點。

 

軌道交通用直流電纜；三元乙丙膠；阻水帶；高阻燃無鹵玻璃纖維帶；聚烯烴中圖分類號：

 

引言

 

額定電壓1500V及以下軌道交通用直流電纜的設計與加工

 

內先進企業標準，制定了《額定電壓1500V軌道交通用直流電纜》企業標準。為滿足該電纜具有無鹵、低煙、阻燃A類、阻水、防水、防鼠、防白蟻、無毒、耐紫外線等性能，本文對其結構設計、材料選型、材料配合以及關鍵生產工藝進行了研究。

 

1

 

1．1

 

電纜結構設計

 

總體結構

 

該電纜結構設計主要考慮以下幾個因素：（1）

 

電纜敷設或彎曲安裝使用時產生應力，會出現開裂現象，故要求盡可能柔軟；（2）電纜運行時有可能長期浸泡在水里面，必須具有優異的阻水、防水性能；（3）電纜若僅采用氧指數較高的無鹵低煙阻燃護套料，則無法通過成束燃燒A類試驗，故還需覆蓋或擠包其它高阻燃材料。

 

圖1為過去行業內該電纜普遍采用的結構。據地鐵公司專家介紹，采用該結構的電纜，敷設在轉角

 

使用一段時間后，彎曲部位所產生的應力，會導處，

 

 

致開裂現象出現，嚴重時影響電網正常運行，故不得不更換。究其原因，一是防水層采用鋁－塑粘接層，它是由涂塑鋁帶與聚乙烯護套粘接組合而成，使電

纜變硬；二是無鹵、低煙、高阻燃隔氧料和無鹵、低

 

煙、高阻燃護套料其邵氏硬度大（通常在HSA90以上），影響電纜的柔軟性。因此，導致電纜彎曲部位在使用過程出現開裂現象的根本原因是鋁－塑粘接防水層、隔氧層和護套層等三種材料硬度過大。顯然，要滿足電纜防鼠、防白蟻、抗紫外線等使用特性，取消或取代護套層是不可行的。如何取消或取代鋁－塑粘接防水層和隔氧層，又能滿足電纜的徑向防水性能，并通過成束燃燒A類試驗是該電纜結構設計的關鍵。經過多次試驗，我們采用耐水性能優良的乙丙膠作絕緣層，并適當增加其厚度，以提高電纜的防水性能；增加高阻燃玻璃纖維帶厚度和繞包層數，從而達到取消擠包隔氧層的目的。圖2為本文推薦的軌道交通用直流電纜的結構

 

額定電壓1500V及以下軌道交通用直流電纜的設計與加工

 

選用三元乙丙橡膠作絕緣基料，其絕緣厚度在TB/T1484．1—2010絕緣厚度的基礎上加厚2．5mm，以提高電纜的徑向防水性能（見表1）。1．4阻水層

 

阻水層包覆在絕緣上，其作用是阻止水通過絕緣和阻燃層之間的間隙沿著電纜縱向遷移。選用遇水膨脹型復合阻水帶，采用雙層繞包，每層搭蓋率不

 

保證電纜每處阻水帶不小于2層。小于30%，1．5

 

阻燃層

 

電纜采用氧指數大于50、厚度為0．25mm的無

 

鹵玻璃纖維帶繞包，它不但具有高阻燃特性而且具有防鼠作用。采用雙層繞包，每層搭蓋率不小于60%，使得電纜每處無鹵玻璃纖維帶不小于4層，確保電纜阻燃性能達到A類要求。1．6護套層

 

護套以乙烯－醋酸乙烯（EVA）、聚烯烴彈性體（POE）作基料，1：氧指數大于35。依照IEC60245-2003規定的護套厚度幾種計算方法，并對計算的結果進行比較。由于絕緣厚度加厚的因素，護套厚度最適合下面計算公式：

 

t=0．085D+0．45

 

式中，t為護套厚度（mm）；D為絕緣線芯假定直徑（mm）。

 

2

 

1×150mm2，1×240表1為常用的1×95mm、

 

圖1

 

額定電壓1500V及以下軌道交通用直流電纜的設計與加工

 

原軌道交通用直流電纜結構圖

 

mm2三個規格直流電纜的結構尺寸。

 

表1

 

額定電壓1500V及以下軌道交通用直流

 

電纜結構尺寸

 

項目

 

導體標稱截面/mm2

 

電纜芯數

 

導體最大單線直徑/mm絕緣標稱厚度/mm護套標稱厚度/mm電纜平均外徑上限/mm電纜最小彎曲半徑

 

9510．314．52．2346D

 

規格15010．314．92．5386D

 

40010．415．12．8506D

 

圖2推薦的軌道交通用直流電纜結構圖

 

2材料選用及配合

 

1．2

 

導體結構

 

無鹵、低煙、高阻燃護套材料其邵氏硬度大，影

 

所有選用的材料應不含鹵素，燃燒時發煙量低、

 

無毒，能滿足ROHS指令，限制使用六類有害物質：

 

+6鉛（Pb）、汞（Hg）、鎘（Cd）、六價鉻（Cr）、多溴聯苯（PBB）、多溴二苯醚（PBDE）。

 

響電纜的柔軟性。為杜絕電纜使用時開裂，應盡可

 

 

 

 

能減小電纜的彎曲半徑（標準值6D），同時一改傳統采用5類導體的做法，選用了GB/T3956—2008中最柔軟的第6類導體。1．3

 

絕緣層

 

2．1

 

絕緣膠材料選用和配方

 

（1）生膠。為滿足絕緣耐熱、耐水、耐臭氧、耐

 

·9·

 

紫外線等性能，選用了美國陶氏（DOW）生產的三

元乙丙橡膠NORDELIP4725P作基料，其乙烯含量

 

125℃25），相應高（70%）、門尼粘度低（ML1+4，其絕緣電阻率高（20℃，不小于10

 

能好。

 

14

 

硫工藝參數見表3。

 

表2

 

工序名稱混煉

 

使用設備密煉機

 

項

 

目

 

絕緣膠煉膠工藝參數

 

工藝參數

 

控制范圍401．1±0．10．3±0．16±0．5105±560±590±298±290±250±1095±255±560±5

 

Ω·m）、加工性

 

（2）交聯劑。采用過氧化二異丙苯（DCP）作交

 

聯劑，三烯丙基異氰脲酸酯（TAIC）作助交聯劑。（3）防老劑。為滿足空氣彈老化試驗要求，兼顧對銅導體的保護作用，采用防老劑MB與防老劑RD并用。

 

（4）填充劑。選用難溶于水的微細滑石粉。

 

（5）絕緣膠基本配方。三元乙丙膠（NORDELIP4725P）100；過氧化二異丙苯（DCP）3．8；三烯丙基異氰脲酸酯（TAIC）2．9；氧化鋅5；防老劑MB2.5；防老劑RD1.2，；微細滑石粉（10μm）120；其它61.6；合計297；含膠率33.7%。2.2

 

護套膠材料選擇

 

POE作基料，以EVA、配合抗氧劑1010、防鼠

 

后轉子轉速/（r/min）上頂栓壓力/MPa冷卻水壓力/MPa混煉時間/min排膠溫度/℃

 

壓片過濾

 

開煉機濾膠機

 

輥溫/℃機身溫度/℃機頭溫度/℃螺桿溫度/℃

 

加硫壓片輾頁

 

密煉機開煉機壓延機

 

混煉時間/s排膠溫度/℃輥溫/℃輥溫/℃

 

表3

 

項

 

目

 

絕緣連硫工藝參數

 

控制范圍90±295±298±298±295±298±295±2151．1±0．1

 

80

 

劑、防白蟻劑、抗紫外線劑、消煙劑、軟化劑、氫氧化

 

鋁等無鹵阻燃劑。護套防鼠性能：LD50大于2000mg/kg；咬傷面積為0；實驗期間，SD大鼠無中毒、致畸、致突變、致癌現象。護套防白蟻性能依據GB2951.38—86規定：白蟻擊倒時間KT50不大于350min。

 

機身溫度/℃：Ⅰ

 

ⅡⅢ

 

機頭溫度/℃：Ⅰ

 

Ⅱ

 

模套溫度/℃螺桿溫度/℃牽引速度/（m/min）硫化汽壓/MPa硫化管道有效長度/m

 

3

 

3.1

 

現場關鍵工序控制

 

絕緣

 

絕緣膠加工

 

3．2

 

3.1.1

 

（1）膠料和配合劑。采用電子稱稱量。膠料：三元乙丙橡膠；配合劑：超細滑石粉、氧化鋅、促進劑、防老劑、交聯劑等。

 

（2）混煉。稱量好的膠料和配合劑采用密煉機混煉。

 

（3）濾橡。混煉好的混合膠在開煉機上壓片，片狀膠料由皮帶輸機運送到濾橡機對膠料的雜質進行過濾。

 

（4）加交聯劑。過濾后的膠料冷卻存放8～24h后，再次投入密煉機混煉，并加入交聯劑。排料后由皮帶運輸機輸送到開煉機上壓片，供壓延機輾頁。

 

（5）輾頁。采用壓延機壓片，膠片經冷卻裝置冷卻后，存放8～96h后，供電纜擠出用。（6）絕緣煉膠工藝參數見表2。3.1.2

 

絕緣連硫

 

導體擠包乙丙橡膠絕緣料，采用擠橡連續硫化機組，嚴格控制擠出溫度、牽引速度、硫化汽壓，以保證電纜的電性能和絕緣層的物理機械性能；絕緣連

 

·10·

 

護套

 

護套擠出采用專用螺桿，其壓縮比小，出膠量

 

大，螺桿轉速不宜太快，分段加熱，擠出時采用擠壓式，使電纜結構緊密，有利于電纜的阻燃和防水效果；護套擠出工藝參數見表4。

 

表4

 

項

 

目

 

護套擠出工藝參數

 

控制范圍120±2138±2152±2160±2162±2162±25～8

 

 

機身溫度/℃：Ⅰ

 

ⅡⅢⅣ

 

機頭溫度/℃模套溫度/℃牽引速度/（m/min）

 

4成品電纜性能

 

把地鐵常用的額定電壓1500V及以下軌道交

 

2

 

1×150mm2，1×400通用直流電纜：1×95mm

試驗項目

 

電性能

 

20℃時直流電阻/（Ω/km）環境溫度40℃電纜載流量/A5min）成品電纜耐壓試驗（6．5kV，20℃時絕緣電阻/（MΩ·km）

 

試驗結果7．8400+2－5－4－3－21－1350無裂紋

 

縱向透水試驗（100℃，透水10次）電纜燃燒試驗

 

電纜成束燃燒試驗（A類）炭化部分所達高度/m

 

≤±30≤±30≤±30≤±30≤±30≤±30≤175≤15無裂紋

 

煙密度試驗透光率/%燃燒氣體腐蝕性試驗絕緣pH值

 

電導率/（μs/mm）阻水層pH值

 

電導率/（μs/mm）阻燃層（玻璃纖維帶）pH值

 

電導率/（μs/mm）護套pH值

 

9150≤±30≤±30

 

10．2170

 

電導率/（μs/mm）

 

≥4．3≤10≥4．3≤10≥4．3≤10≥4．3≤10≥60≤2．5≤0．132≥490不擊穿≥150二端不應

 

有水滲出技術要求

 

Feb．，2013

 

試驗結果0．128567不擊穿1750符合要求

 

mm2三個規格電纜，送有關權威檢驗機構進行檢

 

測，各項性能指標完全達到國內外同類產品的先進

 

2

 

水平。表5為其中的1×150mm各項性能指標。

 

表5DC1500V1×150mm2軌道交通用直流

 

電纜試驗結果

 

試驗項目

 

技術要求≥5．0≥200

 

絕緣物理機械性能老化前抗張強度/MPa老化前斷裂伸長率/%168h）空氣烘箱老化（135℃，抗張強度變化率/%斷裂伸長率變化率/%16 額定電壓1500V及以下軌道交通用直流電纜的設計與加工_word文檔在線閱讀與下載_免費文檔http://www.mianfeiwendang.com/doc/0931de071cbaba96c64f0563/4 8h）帶導體老化（100℃，抗張強度變化率/%斷裂伸長率變化率/%40h）空氣彈老化（127℃，抗張強度變化率/%斷裂伸長率變化率/%0．2MPa）熱延伸試驗（200℃，載荷下伸長率/%冷卻后永久變形/%24h，耐臭氧試驗（25℃，

 

臭氧濃度0．025%～0．030%）護套物理機械性能老化前抗張強度/MPa老化前斷裂伸長率/%168h）空氣烘箱老化（100℃，抗張強度變化率/%斷裂伸長率變化率/%16h）低溫拉伸試驗（－25℃，伸長率/%耐氣候老化（1）1008h老化

 

抗張強度最大變化率/%伸長率最大變化率/%

 

（2）1008h老化后與504h老化后對比抗張強度最大變化率/%伸長率最大變化率/%

 

±15±15

 

－3－8

 

±30±30

 

+10

 

20

 

56+10+8

 

0．575

 

5．50．345．20．515．20．365．20．38

 

5結束語

 

我們研制的額定電壓1500V及以下軌道交通

 

用直流電纜經掛網運行，防水性能優良，在敷設、彎曲使用時未出現開裂現象，完全滿足使用要求。

 

參考文獻：

 

［1］TB/T1484．1—2010機車車輛電纜第1部分：額定電壓3kV

 

S］．及以下標準壁厚絕緣電纜［

 

［2］歐迪恒．電纜用三元乙丙膠的配合與混煉［J］．特種橡膠制

 

1991（4）：13-16．品，

 

［3］歐迪恒．滿足VDE規范橡套軟電纜實用配合技術與加工［J］．

 

2008（5）：19-24．電線電纜

 

 

 

 

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