高速铁路数字信号电缆对地电容不平衡的影响因素分析及控制

王子纯

(江苏东强股份有限公司，江苏东台224247)

0 引言

随着我国高铁的迅速发展，高速铁路数字信号电缆生产企业将迎来难得的发展机遇，但其市场的竞争最终还是取决于产品质量。高速铁路数字信号电缆缆芯结构规格及型号较多，工艺流程繁琐，电气及传输指标要求也复杂。通过对近几年同行及本公司生产该产品的各项指标检测数据统计，我们发现，电缆对地电容不平衡值波动会影响到其他参数指标的控制。

在高速铁路数字信号电缆的应用环境中，对电缆线路传输特性产生影响的外界干扰源主要有传输线路、电气化铁道接触网、大功率用电设备、雷电放电、无线电台和有线广播网等。这些场源对沿高铁线敷设的高速铁路数字信号电缆线路造成的影响有两类，即危险影响和干扰影响。这种由外界电磁场产生的危险影响和干扰影响，会对高速铁路数字信号电缆的传输线路产生重大危害。轻则引起串音干扰，降低传输质量;重则破坏信号设备、引起信号设备的误动作。这些误动现象的严重性，除了不能正确反映电路的现状外，还会出现信号的晋级显示，危及人身安全。高速铁路数字信号电缆的对地电容不平衡指标是评价电缆抗外界干扰能力的关键指标，但作为电缆本身的要求，铁路信号电缆对地电容不平衡是评价电缆抗外界干扰能力的关键性指标。因此，本文就影响电缆对地电容不平衡指标的几个因素进行分析，并对其控制方法进行讨论。

1 数字信号电缆对地电容不平衡的定义及计算公式

信号电缆的对地电容不平衡，会增加邻近干扰源对电缆串音的干扰，电容不平衡的大小，说明电缆抗外界干扰的能力。因此，对于音频电缆来说，电容不平衡及电容耦合系数是评价电缆制造工艺和电缆质量的一个重要指标。

铁道部产品质量监督检测中心发布的铁路信号电缆检测细则中规定:铁路数字信号电缆的电气性能指标中，对地电容不平衡属A类项目指标，单项不合格则产品判定不合格。对地电容不平衡的定义及近似公式，见表1。

表1 数字信号电缆对地电容不平衡的定义及近似公式

2 数字信号电缆对地电容不平衡影响因素分析

信号电缆的对地电容不平衡指标是一个较为复杂的参数，其影响因素较多，且在电缆的屏蔽层工序完成后(即内屏蔽数字信号电缆的屏蔽四线组工序、数字信号电缆、信号电缆的综合护套和铝护套挤出工序后)才具备检测条件。但当电缆具备测试条件后，也就失去了补救机会，一旦该项指标超标，也就造成产品的不良缺陷或导致产品不合格。在实际生产过程中，相同工艺下的细微差异，会导致电缆对地电容不平衡指标0～1 500 pF/km的变化。因此，在高速铁路数字信号电缆的生产过程中应注意以下因素，保证电缆对地电容不平衡指标的合格。

2.1 绝缘单线的挤制

绝缘单线的均匀一致性是影响高速铁路数字信号电缆对地电容不平衡的关键因素。绝缘单线铜线的几何形状及均匀性、铜线伸长率、铜线与绝缘层的粘结剥离强度、绝缘层的同心度、椭圆度、发泡度及发泡质量、各色谱绝缘单线绝缘层中色母料配比的一致性等都将直接影响该指标参数。

绝缘单线的生产主要应控制好以下三个方面:

(1)控制好铜线的几何形状及均匀性、铜线伸长率。首先，优质的拉丝模具能保证铜线表面光洁，而铜线的圆整性完全取决于模具的精度和圆整性。另外，在生产过程中应注意定期检查拉丝模具的磨损情况，并及时更换拉丝模，防止出现铜线的批量不合格;其次，铜线退火温度与铜线的伸长率相关，退火温度过高，则铜线会很软，过低，则铜线会很硬。铜线过软和过硬均会增加后续工序加工难度，从而导致电缆对地电容不平衡指标的波动。铜线退火电流的波动幅度越大，铜线伸长率越不均匀。在生产过程中，必须对退火电流适时监控，及时调整;最后，因铜线放线张力由舞蹈轮控制，故舞蹈轮配重不当，也会导致铜线尺寸在长度上发生不均匀变化。

(2)控制好绝缘单线外径的均匀性、同心度、椭圆度、表面光洁度、绝缘与导线的粘附力、绝缘发泡的均匀性、同轴电容的均匀性。生产线速度、挤出机螺杆转速及生产线张力的稳定性都会影响绝缘线芯外径及其电容的稳定性;在挤出过程中，预热温度不均匀或设置不当，会影响绝缘与导线的粘附力以及绝缘的发泡质量。

(3)由于在生产过程中，影响导线直径、绝缘外径、同心度、椭圆度、同轴电容的因素时时存在，因此要保持生产线外部和内部的清洁:如勤换过滤布和退火冷却水，保持拉丝乳液和退火冷却水的清洁程度，及时清理拉丝出线模口的铜粉;要及时检查模具的位置;要注意冷却水的急缓;要控制好各导轮的灵活程度。

2.2 四线组的星绞

星绞的绞合节距、收放线张力、扎纱的节距、扎纱的张力都会不同程度地影响成品电缆对地电容不平衡指标。星形四线组中的4根绝缘单线必须为同一工艺的同一批次产品，其单线的导体直径、导体伸长率、绝缘外径等结构尺寸及电容必须在规定的偏差范围内;绝缘单线的放线张力大小适中且均匀一致;如放线张力不一致、不均匀都会导致四根线芯长短不一，星绞线组位置不对称，会影响线绞合节距的稳定，节距不宜过大或过小，因过大或过小都会影响电缆结构的变形;偏心补偿仪中线芯的走向一致，不能交叉压线;定径模模孔尺寸大小合理、结构圆整、光洁度高;单线、四线组通道中无挤压、变形、擦伤等不良现象;采用较小的扎纱节距及合理的扎纱张力，确保星绞生产作业电缆的K1值指标合格(K1为电缆电耦合系数，应不大于81 pF/km)，确保四线组结构的对称稳定性。

2.3 星绞组的屏蔽

铜带厚度的均匀性、轧纹模具的结构、导向模的位置和孔径、排线质量等都会引起线组对地电容不平衡的变化;根据铜带轧纹深度要求配制结构合理的轧纹模具。在生产过程中，要定期检查轧纹模具、导向模的磨损情况并及时更换。由于排线不当导致屏蔽体发生周期或非周期性的弯曲将造成电缆结构的局部畸变，严重的还会使绝缘外径、线芯电容发生突变，从而造成对地电容不平衡等指标的不合格，因此在收排屏蔽组时要格外小心，一定要做到张力均匀、排列整齐。

2.4 成缆

成缆生产时，屏蔽四线组的优化配盘至关重要，是对已有较大对地电容不平衡值的屏蔽四线组采取的一个补救手段。

2.5 其他

电缆铝护套与缆芯的间隙，对电缆的对地电容不平衡也有一定的影响。当铝套与缆芯的间隙小，即铝护套生产过程中缆芯受到挤压变形时，原较大的对地电容不平衡指标会有一定程度的下降。

综上所述，导致铁路信号电缆的对地电容不平衡指标不合格的因素是综合性的，需在日常生产过程中，从产品的结构尺寸、相关的性能指标、生产设备、工装模具、产品实现的工艺过程等方面的综合因素逐一验证、判定并排除。

3 结束语

通过对影响高速铁路数字信号电缆对地电容不平衡的因素进行分析，高速铁路数字信号电缆在生产制造过程中应及时发现并排除各种不利因素，进而实现有效控制和精确制造，减小不必要的损失。此外，还需从对地电容不平衡指标的测试原理及方法、测试环境等方面对电缆进行更为准确的分析评价，力争生产出更加优质、满足高速铁路数字信号传输需求的产品。