“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、材料選型、配合和加工技術(shù)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：

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的設(shè)計與加工

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

1

1．1

電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計

總體結(jié)構(gòu)

該電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮以下幾個因素：（1）

電纜敷設(shè)或彎曲安裝使用時產(chǎn)生應(yīng)力，會出現(xiàn)開裂現(xiàn)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(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(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

使用一段時間后，彎曲部位所產(chǎn)生的應(yīng)力，會導(dǎo)處，

致開裂現(xiàn)象出現(xiàn)，嚴重時影響電網(wǎng)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(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(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。經(jīng)過多次試驗，我們采用耐水性能優(yōu)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(shù)，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(jié)構(gòu)

額定電壓1500V及以下軌道交通用直流電纜的設(shè)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(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(shù)大于35。依照IEC60245-2003規(guī)定的護套厚度幾種計算方法，并對計算的結(jié)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(shè)計與加工

原軌道交通用直流電纜結(jié)構(gòu)圖

mm2三個規(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

項目

導(dǎo)體標稱截面/mm2

電纜芯數(shù)

導(dǎo)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(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。為杜絕電纜使用時開裂，應(yīng)盡可

能減小電纜的彎曲半徑（標準值6D），同時一改傳統(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

項

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要求，兼顧對銅導(dǎo)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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(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(xiàn)象。護套防白蟻性能依據(jù)GB2951.38—86規(guī)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(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：超細滑石粉、氧化鋅、促進劑、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混煉。

（3）濾橡?；鞜捄玫幕旌夏z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(zhì)進行過濾。

（4）加交聯(lián)劑。過濾后的膠料冷卻存放8～24h后，再次投入密煉機混煉，并加入交聯(lián)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(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(zhuǎn)速不宜太快，分段加熱，擠出時采用擠壓式，使電纜結(jié)構(gòu)緊密，有利于電纜的阻燃和防水效果；護套擠出工藝參數(shù)見表4。

表4

項

目

護套擠出工藝參數(shù)

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(huán)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(jié)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(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

試驗結(jié)果0．128567不擊穿1750符合要求

mm2三個規(guī)格電纜，送有關(guān)權(quán)威檢驗機構(gòu)進行檢

測，各項性能指標完全達到國內(nèi)外同類產(chǎn)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(jié)果

試驗項目

技術(shù)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(shè)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(dǎo)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(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)運行，防水性能優(yōu)良，在敷設(shè)、彎曲使用時未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，完全滿足使用要求。

參考文獻：

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