軌道交通動控復合電纜的研究與應用

（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。根據建設部地鐵與輕軌研究中心提供的信息，“十五”期間，我國城市地鐵建設開始進入快速發展階段。有資料表明，目前國內過百萬的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。據國家統計委統計，“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，成為我國基礎建設投資的重點之一。隨著經濟的增長，“十一五”期間，全國在火熱地建設和籌建地鐵中，僅北京在奧運過后，投資續建地鐵就超過900億元。同時，國內其他九個城市也在建設自己的軌道交通，其中，上海、廣州和天津在續建，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，展開研究和設計，開發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，以及業內對不同結構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計原理

軌道交通動控復合電纜技術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內護套→控制絕緣線芯均勻分布在內護套周圍成纜→繞包兩層無堿玻璃布帶→繞包一層銅帶（內平拖一根銅絲）→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）絕緣設計

電纜在直流電壓下絕緣內的電場強度與其電阻率成正比分布，電纜在運行中，電纜內溫度升高，電阻率會受溫度的影響而發生變化，當電纜負載為零食，最大電場強度出現在導電線芯表面；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計是不僅應保證在空載時線芯表面場強不超過其允許值，而在還應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計也有相應的區別。

（4）動力線路和控制線路復合結構

動力線芯成纜后外加防水層，外面加控制線芯組合，該設計為創新產品，適用于地鐵環境復雜，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，節約了安裝和材料成本。

（5）護層設計

為了保證電纜優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。因此可以根據直流牽引電纜不同性能的需要來合理選擇外護套材料。

（6）阻燃結構設計

對于C類阻燃直流牽引電纜，采用乙丙橡膠和交聯聚乙烯材料作絕緣，護套材料采用阻燃材料是能過實現的。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計了一層厚度為1～2mm的高阻燃隔火層，以實現電纜的阻燃或是提高電纜的阻燃等級。

（7）電纜的防水結構設計

因為地下環境和大氣的影響，電纜長期敷設在潮濕的環境中，水分子會通過橡膠或塑料層滲透到電纜的內部，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、防鼠層設計

對于直流牽引電纜的防白蟻性能要求，根據我公司以往開發防白蟻電纜的經驗，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 技術指標

（1）電纜的導體應符合下列規定：

導體采用符合GB/3956-1997規定的第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）電纜絕緣性能應符合下列規定：

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）電纜防水性能應符合以下規定：

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）電纜的鎧裝應滿足要求：

即要考慮有足夠的硬度經受鼠蟻的攻擊，又要有適當的強度和伸率滿足生產上加工的要求，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%，繞包應圓整光滑。

（5）電纜的護套應滿足要求：

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》基本技術要求外護套厚度平均值應不小于標稱值，任一點最小厚度應不小于標稱值的 80%。

（6）電纜的成束阻燃試驗

該試驗適用于無鹵護套的電纜，試驗要求和方法應符合GB/T18380.33—2008規定。

（7）導體直流電阻符合表1

表1 直流電阻值

（8）電纜參數簡表如下

表2 電纜參數簡表

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）電纜的結構如下圖所示

圖1 軌道交通動控復合電纜結構圖

4、 結論

該項目嚴格執行國家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標準規定要求。。

本次研發的軌道交通動控復合電纜完全符合國家相關標準，同時滿足用戶要求。隨著我國地鐵行業的發展，其應用前景廣闊，適應市場需求。