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(yīng)具備的無鹵、摘要：針對(duì)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(shè)的復(fù)雜環(huán)境，介紹了電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選型、配合和加工技術(shù)要點(diǎn)。

 

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(hào)：

 

引言

 

額定電壓1500V及以下軌道交通用直流電纜的設(shè)計(jì)與加工

 

內(nèi)先進(jìn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定了《額定電壓1500V軌道交通用直流電纜》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。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(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選型、材料配合以及關(guān)鍵生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究。

 

1

 

1．1

 

電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

 

總體結(jié)構(gòu)

 

該電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個(gè)因素：（1）

 

電纜敷設(shè)或彎曲安裝使用時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力，會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，故要求盡可能柔軟；（2）電纜運(yùn)行時(shí)有可能長期浸泡在水里面，必須具有優(yōu)異的阻水、防水性能；（3）電纜若僅采用氧指數(shù)較高的無鹵低煙阻燃護(hù)套料，則無法通過成束燃燒A類試驗(yàn)，故還需覆蓋或擠包其它高阻燃材料。

 

圖1為過去行業(yè)內(nèi)該電纜普遍采用的結(jié)構(gòu)。據(jù)地鐵公司專家介紹，采用該結(jié)構(gòu)的電纜，敷設(shè)在轉(zhuǎn)角

 

使用一段時(shí)間后，彎曲部位所產(chǎn)生的應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)處，

 

 

致開裂現(xiàn)象出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)影響電網(wǎng)正常運(yùn)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(hù)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(hù)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(dǎo)致電纜彎曲部位在使用過程出現(xiàn)開裂現(xiàn)象的根本原因是鋁－塑粘接防水層、隔氧層和護(hù)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(hù)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(yàn)是該電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。經(jīng)過多次試驗(yàn)，我們采用耐水性能優(yōu)良的乙丙膠作絕緣層，并適當(dāng)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(shù)，從而達(dá)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(jié)構(gòu)

 

額定電壓1500V及以下軌道交通用直流電纜的設(shè)計(jì)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(chǔ)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(fù)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(shù)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(dá)到A類要求。1．6護(hù)套層

 

護(hù)套以乙烯－醋酸乙烯（EVA）、聚烯烴彈性體（POE）作基料，1：氧指數(shù)大于35。依照IEC60245-2003規(guī)定的護(hù)套厚度幾種計(jì)算方法，并對(duì)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較。由于絕緣厚度加厚的因素，護(hù)套厚度最適合下面計(jì)算公式：

 

t=0．085D+0．45

 

式中，t為護(hù)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(shè)計(jì)與加工

 

原軌道交通用直流電纜結(jié)構(gòu)圖

 

mm2三個(gè)規(guī)格直流電纜的結(jié)構(gòu)尺寸。

 

表1

 

額定電壓1500V及以下軌道交通用直流

 

電纜結(jié)構(gòu)尺寸

 

項(xiàng)目

 

導(dǎo)體標(biāo)稱截面/mm2

 

電纜芯數(shù)

 

導(dǎo)體最大單線直徑/mm絕緣標(biāo)稱厚度/mm護(hù)套標(biāo)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(guī)格15010．314．92．5386D

 

40010．415．12．8506D

 

圖2推薦的軌道交通用直流電纜結(jié)構(gòu)圖

 

2材料選用及配合

 

1．2

 

導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

 

無鹵、低煙、高阻燃護(hù)套材料其邵氏硬度大，影

 

所有選用的材料應(yīng)不含鹵素，燃燒時(shí)發(fā)煙量低、

 

無毒，能滿足ROHS指令，限制使用六類有害物質(zhì)：

 

+6鉛（Pb）、汞（Hg）、鎘（Cd）、六價(jià)鉻（Cr）、多溴聯(lián)苯（PBB）、多溴二苯醚（PBDE）。

 

響電纜的柔軟性。為杜絕電纜使用時(shí)開裂，應(yīng)盡可

 

 

 

 

能減小電纜的彎曲半徑（標(biāo)準(zhǔn)值6D），同時(shí)一改傳統(tǒng)采用5類導(dǎo)體的做法，選用了GB/T3956—2008中最柔軟的第6類導(dǎo)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(chǎn)的三

元乙丙橡膠NORDELIP4725P作基料，其乙烯含量

 

125℃25），相應(yīng)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(shù)見表3。

 

表2

 

工序名稱混煉

 

使用設(shè)備密煉機(jī)

 

項(xiàng)

 

目

 

絕緣膠煉膠工藝參數(shù)

 

工藝參數(shù)

 

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(lián)劑。采用過氧化二異丙苯（DCP）作交

 

聯(lián)劑，三烯丙基異氰脲酸酯（TAIC）作助交聯(lián)劑。（3）防老劑。為滿足空氣彈老化試驗(yàn)要求，兼顧對(duì)銅導(dǎo)體的保護(hù)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(xì)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(xì)滑石粉（10μm）120；其它61.6；合計(jì)297；含膠率33.7%。2.2

 

護(hù)套膠材料選擇

 

POE作基料，以EVA、配合抗氧劑1010、防鼠

 

后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速/（r/min）上頂栓壓力/MPa冷卻水壓力/MPa混煉時(shí)間/min排膠溫度/℃

 

壓片過濾

 

開煉機(jī)濾膠機(jī)

 

輥溫/℃機(jī)身溫度/℃機(jī)頭溫度/℃螺桿溫度/℃

 

加硫壓片輾頁

 

密煉機(jī)開煉機(jī)壓延機(jī)

 

混煉時(shí)間/s排膠溫度/℃輥溫/℃輥溫/℃

 

表3

 

項(xiàng)

 

目

 

絕緣連硫工藝參數(shù)

 

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(hù)套防鼠性能：LD50大于2000mg/kg；咬傷面積為0；實(shí)驗(yàn)期間，SD大鼠無中毒、致畸、致突變、致癌現(xiàn)象。護(hù)套防白蟻性能依據(jù)GB2951.38—86規(guī)定：白蟻擊倒時(shí)間KT50不大于350min。

 

機(jī)身溫度/℃：Ⅰ

 

ⅡⅢ

 

機(jī)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(xiàn)場關(guān)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(xì)滑石粉、氧化鋅、促進(jìn)劑、防老劑、交聯(lián)劑等。

 

（2）混煉。稱量好的膠料和配合劑采用密煉機(jī)混煉。

 

（3）濾橡�；鞜捄玫幕旌夏z在開煉機(jī)上壓片，片狀膠料由皮帶輸機(jī)運(yùn)送到濾橡機(jī)對(duì)膠料的雜質(zhì)進(jìn)行過濾。

 

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

 

（5）輾頁。采用壓延機(jī)壓片，膠片經(jīng)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(shù)見表2。3.1.2

 

絕緣連硫

 

導(dǎo)體擠包乙丙橡膠絕緣料，采用擠橡連續(xù)硫化機(jī)組，嚴(yán)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(jī)械性能；絕緣連

 

·10·

 

護(hù)套

 

護(hù)套擠出采用專用螺桿，其壓縮比小，出膠量

 

大，螺桿轉(zhuǎn)速不宜太快，分段加熱，擠出時(shí)采用擠壓式，使電纜結(jié)構(gòu)緊密，有利于電纜的阻燃和防水效果；護(hù)套擠出工藝參數(shù)見表4。

 

表4

 

項(xiàng)

 

目

 

護(hù)套擠出工藝參數(shù)

 

控制范圍120±2138±2152±2160±2162±2162±25～8

 

 

機(jī)身溫度/℃：Ⅰ

 

ⅡⅢⅣ

 

機(jī)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(yàn)項(xiàng)目

 

電性能

 

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

 

試驗(yàn)結(jié)果7．8400+2－5－4－3－21－1350無裂紋

 

縱向透水試驗(yàn)（100℃，透水10次）電纜燃燒試驗(yàn)

 

電纜成束燃燒試驗(yàn)（A類）炭化部分所達(dá)高度/m

 

≤±30≤±30≤±30≤±30≤±30≤±30≤175≤15無裂紋

 

煙密度試驗(yàn)透光率/%燃燒氣體腐蝕性試驗(yàn)絕緣pH值

 

電導(dǎo)率/（μs/mm）阻水層pH值

 

電導(dǎo)率/（μs/mm）阻燃層（玻璃纖維帶）pH值

 

電導(dǎo)率/（μs/mm）護(hù)套pH值

 

9150≤±30≤±30

 

10．2170

 

電導(dǎo)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(yīng)

 

有水滲出技術(shù)要求

 

Feb．，2013

 

試驗(yàn)結(jié)果0．128567不擊穿1750符合要求

 

mm2三個(gè)規(guī)格電纜，送有關(guān)權(quán)威檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢

 

測，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全達(dá)到國內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)

 

2

 

水平。表5為其中的1×150mm各項(xiàng)性能指標(biāo)。

 

表5DC1500V1×150mm2軌道交通用直流

 

電纜試驗(yàn)結(jié)果

 

試驗(yàn)項(xiàng)目

 

技術(shù)要求≥5．0≥200

 

絕緣物理機(jī)械性能老化前抗張強(qiáng)度/MPa老化前斷裂伸長率/%168h）空氣烘箱老化（135℃，抗張強(qiáng)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(shè)計(jì)與加工_word文檔在線閱讀與下載_免費(fèi)文檔http://www.mianfeiwendang.com/doc/0931de071cbaba96c64f0563/4 8h）帶導(dǎo)體老化（100℃，抗張強(qiáng)度變化率/%斷裂伸長率變化率/%40h）空氣彈老化（127℃，抗張強(qiáng)度變化率/%斷裂伸長率變化率/%0．2MPa）熱延伸試驗(yàn)（200℃，載荷下伸長率/%冷卻后永久變形/%24h，耐臭氧試驗(yàn)（25℃，

 

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

 

抗張強(qiáng)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(duì)比抗張強(qiáng)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(jié)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(jīng)掛網(wǎng)運(yùn)行，防水性能優(yōu)良，在敷設(shè)、彎曲使用時(shí)未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，完全滿足使用要求。

 

參考文獻(xiàn)：

 

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S］．及以下標(biāo)準(zhǔn)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(guī)范橡套軟電纜實(shí)用配合技術(shù)與加工［J］．

 

2008（5）：19-24．電線電纜

 

 

 

 

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