浅析地铁电连接器电缆端接方式的问题及改进措施

游城 贾庆

摘要：地铁跳接电缆电连接器电缆端接前期广泛运用“旋转顶针”方式，随着地铁上用电负荷的不断增加，该方式弊端越来越明显。本文从安装工艺，接触电阻、可靠性等方面进行问题分析，并提出了改进措施。

关键词：接触电阻;城市轨道交通;电连接器;电缆端接

一、问题背景

西南某市轨道交通电科列车出现四起跳接电缆电连接器接地短路现象。该线路使用受流器供电，若电连接出现金属性永久短路现象，会直接导致地铁线路变电站跳闸，从而整条线路停运，影响重大。

二、问题分析

经过对出现接地短路的电连接器仔细分析，其均出现多芯线缆变色，固定接触件的绝缘组件因短路产生的巨大能量烧损、碳化，而插针、插孔接触件对接处完好。这显然在电缆端接处发生较大温升，时间一长，导致绝缘组件老化，绝缘和机械性能急剧下降。加之，跳接插头的拆动或列车运行时产生的振动等，导致接触件与金属外壳的爬电距离不足，发生击穿短路现象。其根本原因就是电连接器电缆端接处接触电阻较大，根据焦耳定律，这导致发热量随之增大。我们知道，接触电阻（Rc）由收缩电阻（Rs）和层膜电阻（Rf）构成：

Rc=Rs+ Rf

收缩电阻是指两个导体接触时，实际接触面积比名义接触面积要小得多，导致电流经过接触面时，路径受到压缩而产生的电阻。层膜电阻是指两个金属接触面上存在的薄氧化膜、硫化膜及其他无机膜对电流的阻碍。他们受两个导体的接触压力、导体材质、电流性质、微动、环境和温度等影响。

对于电连接器电缆端接的接触电阻来说，电缆线芯和接触件的接触压力影响最显著。我们知道，接触压力小于其拐点压力时，接触电阻随压力增加而下降;当接触压力大于拐点时，接触电阻随压力变化而逐渐趋于稳定。此次接地短路的电缆端接方式，采用了“旋转顶针”式如图1。该方式，安装时需将线缆送入插孔及顶针的间隙中。首先将轴向顶针松至最底，使线缆能够完全插入插孔腔内，然后使用专用工具旋转顶针，通过顶针挤压线芯，使线芯张开并与插孔腔接触。

从安装工艺上分析，“旋转顶针”式电缆端接主要有如下问题：1、插孔腔未设置观察孔，电缆是否插到位无法确认。2、顶针紧固牢靠性无法保证。机械紧固牢靠，使用定扭矩是较好的判断方式。顶针压接在蓬松的线芯上，无法实现定扭矩判断紧固牢靠。过紧易压断线芯，过松在列车运行过程中，电缆的摆动、振动都会使线芯无法可靠与插孔腔紧密接触。3、顶针挤压线芯过程中，需要线芯均匀分布在顶针头四周。而受电缆切断、剥线等影响，无法保证线芯均匀分布在顶针头四周，同样使得线芯无法可靠与插孔腔紧密接触。综上，“旋转顶针”式电缆端接不能可靠保证线芯与插孔腔的接触压力。

为了验证上述分析，我们使用Vanguard公司Auto-Ohm-200 S3型号的直流微欧表来测量“旋转顶针”式电缆端接的接触电阻来验证线芯与插孔腔的接觸紧密性。该微欧表能够精确测量从1μΩ到5Ω的电阻值。测量电流大于5安培时，分辨率为0.1μΩ。根据GB/T 34119-2017 《轨道交通 机车车辆用电连接器》要求，电缆截面积70mm2的线缆端接使用测试电流为23A，最大接触电阻为0.015mΩ。我们分别选择了：6根新“旋转顶针”电缆端接接触电阻最小的、发生接地短路的列车（已运行5年）上同型号的及其标准扭力值紧固、旋转顶针松一圈，旋转顶针半紧固，旋转顶针全松四种状态的等五个接触电阻进行比较。受仪器输出电流选择限制，测试电流选择25A，具体见表1。需要说明的是：GB/T 34119-2017规定电缆端接的压接接触电阻测量方法是按照GB/T 5095.2-1997中试验2a进行的，与本次测量方式有少许差别，但测量原理相同，结果精度更高。另外，“旋转顶针”式电缆端接生产于2018-02-01之前，测试结果不能作为合规性审查依据。

显然“旋转顶针”式电缆端接，无论是新做还是运行使用5年的接触电阻都未能达到国标的要求。而且顶针松一圈，接触电阻增加近一倍。

三、改进措施

将“旋转顶针”式（图2上部）改为压接式（图2下部）电缆端接。压接式设有观察孔，有效避免了因线芯为插接到位而导致端接不牢靠的问题。通过压接工具的定压力，压接工具的抗拉强度检定等手段，有效保证了电缆端接的牢靠性。同时，我们随机选取了5个压接式新电缆端接进行接触电阻测量，其中最大接触电阻为0.013mΩ（见表2）。

四、结语

“旋转顶针”式电缆端接装配工艺困难，压接接触电阻也较大，特别是在顶针不能有效挤压线芯时，接触电阻急剧增加。这些都将导致电连接器温度升高，使得绝缘组件性能下降，存在接地短路的风险。压接式电缆端接，受压接工具技术的发展，将广泛应用于电缆端接。它有效的避免了旋转顶针式的弊端，增加了电连接的可靠性。

参考文献

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