轨道交通动控复合电缆的研究与应用

（湖北红旗电缆有限责任公司 湖北宜昌 443000）

引言

21世纪是我国城市轨道交通迅速发展（包括地铁、地面轻轨、高架轻轨）的时期，地铁与其他交通工具相比，具有行车速度快、旅客运送量大等特点，是目前解决城市交通拥挤的有效方法。根据建设部地铁与轻轨研究中心提供的信息，“十五”期间，我国城市地铁建设开始进入快速发展阶段。有资料表明，目前国内过百万的35个城市，已有20多个城市正在新建或筹建自己的轨道交通。据国家统计委统计，“十五”期间，中国城市交通投资达8000亿元，而轨道交通已通过立项的总长度约为650km，据了解，至少有2000亿元将用于修建地铁，它将会在较长时间里，成为我国基础建设投资的重点之一。随着经济的增长，“十一五”期间，全国在火热地建设和筹建地铁中，仅北京在奥运过后，投资续建地铁就超过900亿元。同时，国内其他九个城市也在建设自己的轨道交通，其中，上海、广州和天津在续建，南京、长春、深圳、重庆、武汉和大连在新建。2011年开始迈入“十二五”计划，城市轨道交通高速发展，孕育着无限商机。针对地铁电缆众多的特殊要求，展开研究和设计，开发了轨道交通动控复合电缆。

1 轨道交通动控复合电缆

针对工程本身的内外部条件，和每个工程选择的地铁直流1500V电力电缆各具特点，以及业内对不同结构的直流电缆提出的许多问题，展开对由地铁用轨道交通动控复合缆的研究。要求同时满足动力线路和控制线路结合在一起的复合电路，并且该电缆具有防水、防紫外线、防鼠、防白蚁、低烟无卤阻燃等特殊要求。

2、 轨道交通动控复合电缆设计原理

轨道交通动控复合电缆技术原理主要包括以下几项：

（1）工艺流程

铜导体绞制拉制（2类导体退火）→动力线芯和控制线芯乙丙绝缘挤制→配套、动力线芯成缆→成缆外绕包一层阻燃无纺布→纵包一层铝塑复合带→挤包PE内护套→控制绝缘线芯均匀分布在内护套周围成缆→绕包两层无碱玻璃布带→绕包一层铜带（内平拖一根铜丝）→绕包两层无碱玻璃布带→低烟无卤黑色防紫外线、防白蚁聚烯烃外护套挤制→成品检验→包装入库

（2）导体设计

为了满足轨道交通的安装要求，采用紧压的退火铜导体。

（3）绝缘设计

电缆在直流电压下绝缘内的电场强度与其电阻率成正比分布，电缆在运行中，电缆内温度升高，电阻率会受温度的影响而发生变化，当电缆负载为零食，最大电场强度出现在导电线芯表面；加上负载后，最大电场强度有想绝缘表面移动的趋势。因此，在绝缘材料选择和厚度设计是不仅应保证在空载时线芯表面场强不超过其允许值，而在还应保证电缆在允许最大负载是，绝缘层表面的电场强度不超过其允许值。

直流牵引电缆的绝缘一般采用电性能良好的交联聚乙烯或乙丙橡胶材料，直流输电线路中正负极电缆，因使用特性不同其绝缘层厚度设计也有相应的区别。

（4）动力线路和控制线路复合结构

动力线芯成缆后外加防水层，外面加控制线芯组合，该设计为创新产品，适用于地铁环境复杂，该电缆占地小，该电缆同时满足动力线路和控制线路的要求，节约了安装和材料成本。

（5）护层设计

为了保证电缆优良的电气性能和降低成本，绝缘采用了非阻燃材料，而护层采用了具有防紫外线的无卤低烟阻燃材料。经对常用的几种电缆材料的pH值和电导率进行测试可以获得其性能参数。因此可以根据直流牵引电缆不同性能的需要来合理选择外护套材料。

（6）阻燃结构设计

对于C类阻燃直流牵引电缆，采用乙丙橡胶和交联聚乙烯材料作绝缘，护套材料采用阻燃材料是能过实现的。但对于A、B类阻燃要求来说，比较困难。为了使电缆达到不同的阻燃级别要求，我们采取在绝缘和护层之间设计了一层厚度为1～2mm的高阻燃隔火层，以实现电缆的阻燃或是提高电缆的阻燃等级。

（7）电缆的防水结构设计

因为地下环境和大气的影响，电缆长期敷设在潮湿的环境中，水分子会通过橡胶或塑料层渗透到电缆的内部，引起绝缘电气性能下降，甚至造成安全事故。因此，直流牵引电缆应具有防水、防潮性能。

电缆防水一般以径向防水为主，采用一层不能渗水或难以透水的材料，将水分子阻挡在绝缘层以外，从而达到保护绝缘的目的。通常可采用铝/塑粘剂综合护层；也可以在绝缘和护层之间单独设计一层线性低密度聚乙烯材料作为防水层，因为线性低密度聚乙烯具有较好的韧度、耐磨及较低的透水性。另外，也可采用膨胀型阻水带缠绕在绝缘层的外表面，以便提升其纵向或是径向的防水作用。

（8）防白蚁、防鼠层设计

对于直流牵引电缆的防白蚁性能要求，根据我公司以往开发防白蚁电缆的经验，采用提高电缆护套的硬度时能满足需要的。对于直流牵引电缆的防鼠要求，选用了0.12mm厚的铜带或0.12mm厚的非磁性不锈钢钢带来作为防鼠层，其效果明显。

3 技术指标

（1）电缆的导体应符合下列规定：

导体采用符合GB/3956-1997规定的第2类导体。导体表面光洁，无油污，无损伤绝缘的毛刺、锐边及凸起或断裂的单线。

（2）电缆绝缘性能应符合下列规定：

按照国家标准GB/T 12706-2008《额定电压1KV（Um=1.2KV）到35KV（Um=40.5KV）挤包绝缘电力电缆及附件》电缆绝缘应满足阻燃、低烟、弯曲的要求，材料可以选用乙丙橡胶、聚氯乙烯或交联聚乙烯。聚氯乙烯不能满足低烟、低卤要求。

（3）电缆防水性能应符合以下规定：

电缆纵向阻水性能目前可以通过 IEC 60502-1997 ANNEX D（normative） 或 GB/T 12706.2-2002附录D（标准性目录）透水试验来进行试验和判定防水。

（4）电缆的铠装应满足要求：

即要考虑有足够的硬度经受鼠蚁的攻击，又要有适当的强度和伸率满足生产上加工的要求，我公司参照国家标准 GB/T 12706.2-2008附录 G的要求采用0.12mm软铜带重叠绕包，铜带的最小厚度不小于标称值的90%，绕包应圆整光滑。

（5）电缆的护套应满足要求：

电缆外护套用于保证电缆免于机械损伤等危害，参照国家标准 GB/T 12706-2008《额定电压 1KV（Um=1.2KV）到35KV（Um=40.5KV）挤包绝缘电力电缆及附件》基本技术要求外护套厚度平均值应不小于标称值，任一点最小厚度应不小于标称值的 80%。

（6）电缆的成束阻燃试验

该试验适用于无卤护套的电缆，试验要求和方法应符合GB/T18380.33—2008规定。

（7）导体直流电阻符合表1

表1 直流电阻值

（8）电缆参数简表如下

表2 电缆参数简表

弯曲半径 软电缆：6倍直径阻燃性能 具有良好的防火性能，满足A类成束垂直燃烧试验

（9）电缆的结构如下图所示

图1 轨道交通动控复合电缆结构图

4、 结论

该项目严格执行国家GB12760和Q/HL259标准，具有低卤（或无卤）、低烟、耐腐蚀、防鼠、防白蚁、防紫外线等特性，其特性完全符合 IEC60332、IEC60754、IEC61034标准规定要求。。

本次研发的轨道交通动控复合电缆完全符合国家相关标准，同时满足用户要求。随着我国地铁行业的发展，其应用前景广阔，适应市场需求。