1500V 轨道交通用直流电缆

 

“额定电压1500V及以下轨道交通用直流电缆”应具备的无卤、摘要：针对城市地铁用低烟、阻燃A类、阻水、防水、防鼠、防白蚁、无毒、耐紫外线等性能，以及电缆敷设的复杂环境，介绍了电缆结构设计、材料选型、配合和加工技术要点。

 

轨道交通用直流电缆；三元乙丙胶；阻水带；高阻燃无卤玻璃纤维带；聚烯烃中图分类号：

 

引言

 

额定电压1500V及以下轨道交通用直流电缆的设计与加工

 

内先进企业标准，制定了《额定电压1500V轨道交通用直流电缆》企业标准。为满足该电缆具有无卤、低烟、阻燃A类、阻水、防水、防鼠、防白蚁、无毒、耐紫外线等性能，本文对其结构设计、材料选型、材料配合以及关键生产工艺进行了研究。

 

1

 

1．1

 

电缆结构设计

 

总体结构

 

该电缆结构设计主要考虑以下几个因素：（1）

 

电缆敷设或弯曲安装使用时产生应力，会出现开裂现象，故要求尽可能柔软；（2）电缆运行时有可能长期浸泡在水里面，必须具有优异的阻水、防水性能；（3）电缆若仅采用氧指数较高的无卤低烟阻燃护套料，则无法通过成束燃烧A类试验，故还需覆盖或挤包其它高阻燃材料。

 

图1为过去行业内该电缆普遍采用的结构。据地铁公司专家介绍，采用该结构的电缆，敷设在转角

 

使用一段时间后，弯曲部位所产生的应力，会导处，

 

 

致开裂现象出现，严重时影响电网正常运行，故不得不更换。究其原因，一是防水层采用铝－塑粘接层，它是由涂塑铝带与聚乙烯护套粘接组合而成，使电

缆变硬；二是无卤、低烟、高阻燃隔氧料和无卤、低

 

烟、高阻燃护套料其邵氏硬度大（通常在HSA90以上），影响电缆的柔软性。因此，导致电缆弯曲部位在使用过程出现开裂现象的根本原因是铝－塑粘接防水层、隔氧层和护套层等三种材料硬度过大。显然，要满足电缆防鼠、防白蚁、抗紫外线等使用特性，取消或取代护套层是不可行的。如何取消或取代铝－塑粘接防水层和隔氧层，又能满足电缆的径向防水性能，并通过成束燃烧A类试验是该电缆结构设计的关键。经过多次试验，我们采用耐水性能优良的乙丙胶作绝缘层，并适当增加其厚度，以提高电缆的防水性能；增加高阻燃玻璃纤维带厚度和绕包层数，从而达到取消挤包隔氧层的目的。图2为本文推荐的轨道交通用直流电缆的结构

 

额定电压1500V及以下轨道交通用直流电缆的设计与加工

 

选用三元乙丙橡胶作绝缘基料，其绝缘厚度在TB/T1484．1—2010绝缘厚度的基础上加厚2．5mm，以提高电缆的径向防水性能（见表1）。1．4阻水层

 

阻水层包覆在绝缘上，其作用是阻止水通过绝缘和阻燃层之间的间隙沿着电缆纵向迁移。选用遇水膨胀型复合阻水带，采用双层绕包，每层搭盖率不

 

保证电缆每处阻水带不小于2层。小于30%，1．5

 

阻燃层

 

电缆采用氧指数大于50、厚度为0．25mm的无

 

卤玻璃纤维带绕包，它不但具有高阻燃特性而且具有防鼠作用。采用双层绕包，每层搭盖率不小于60%，使得电缆每处无卤玻璃纤维带不小于4层，确保电缆阻燃性能达到A类要求。1．6护套层

 

护套以乙烯－醋酸乙烯（EVA）、聚烯烃弹性体（POE）作基料，1：氧指数大于35。依照IEC60245-2003规定的护套厚度几种计算方法，并对计算的结果进行比较。由于绝缘厚度加厚的因素，护套厚度最适合下面计算公式：

 

t=0．085D+0．45

 

式中，t为护套厚度（mm）；D为绝缘线芯假定直径（mm）。

 

2

 

1×150mm2，1×240表1为常用的1×95mm、

 

图1

 

额定电压1500V及以下轨道交通用直流电缆的设计与加工

 

原轨道交通用直流电缆结构图

 

mm2三个规格直流电缆的结构尺寸。

 

表1

 

额定电压1500V及以下轨道交通用直流

 

电缆结构尺寸

 

项目

 

导体标称截面/mm2

 

电缆芯数

 

导体最大单线直径/mm绝缘标称厚度/mm护套标称厚度/mm电缆平均外径上限/mm电缆最小弯曲半径

 

9510．314．52．2346D

 

规格15010．314．92．5386D

 

40010．415．12．8506D

 

图2推荐的轨道交通用直流电缆结构图

 

2材料选用及配合

 

1．2

 

导体结构

 

无卤、低烟、高阻燃护套材料其邵氏硬度大，影

 

所有选用的材料应不含卤素，燃烧时发烟量低、

 

无毒，能满足ROHS指令，限制使用六类有害物质：

 

+6铅（Pb）、汞（Hg）、镉（Cd）、六价铬（Cr）、多溴联苯（PBB）、多溴二苯醚（PBDE）。

 

响电缆的柔软性。为杜绝电缆使用时开裂，应尽可

 

 

 

 

能减小电缆的弯曲半径（标准值6D），同时一改传统采用5类导体的做法，选用了GB/T3956—2008中最柔软的第6类导体。1．3

 

绝缘层

 

2．1

 

绝缘胶材料选用和配方

 

（1）生胶。为满足绝缘耐热、耐水、耐臭氧、耐

 

·9·

 

紫外线等性能，选用了美国陶氏（DOW）生产的三

元乙丙橡胶NORDELIP4725P作基料，其乙烯含量

 

125℃25），相应高（70%）、门尼粘度低（ML1+4，其绝缘电阻率高（20℃，不小于10

 

能好。

 

14

 

硫工艺参数见表3。

 

表2

 

工序名称混炼

 

使用设备密炼机

 

项

 

目

 

绝缘胶炼胶工艺参数

 

工艺参数

 

控制范围401．1±0．10．3±0．16±0．5105±560±590±298±290±250±1095±255±560±5

 

Ω·m）、加工性

 

（2）交联剂。采用过氧化二异丙苯（DCP）作交

 

联剂，三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）作助交联剂。（3）防老剂。为满足空气弹老化试验要求，兼顾对铜导体的保护作用，采用防老剂MB与防老剂RD并用。

 

（4）填充剂。选用难溶于水的微细滑石粉。

 

（5）绝缘胶基本配方。三元乙丙胶（NORDELIP4725P）100；过氧化二异丙苯（DCP）3．8；三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）2．9；氧化锌5；防老剂MB2.5；防老剂RD1.2，；微细滑石粉（10μm）120；其它61.6；合计297；含胶率33.7%。2.2

 

护套胶材料选择

 

POE作基料，以EVA、配合抗氧剂1010、防鼠

 

后转子转速/（r/min）上顶栓压力/MPa冷却水压力/MPa混炼时间/min排胶温度/℃

 

压片过滤

 

开炼机滤胶机

 

辊温/℃机身温度/℃机头温度/℃螺杆温度/℃

 

加硫压片辗页

 

密炼机开炼机压延机

 

混炼时间/s排胶温度/℃辊温/℃辊温/℃

 

表3

 

项

 

目

 

绝缘连硫工艺参数

 

控制范围90±295±298±298±295±298±295±2151．1±0．1

 

80

 

剂、防白蚁剂、抗紫外线剂、消烟剂、软化剂、氢氧化

 

铝等无卤阻燃剂。护套防鼠性能：LD50大于2000mg/kg；咬伤面积为0；实验期间，SD大鼠无中毒、致畸、致突变、致癌现象。护套防白蚁性能依据GB2951.38—86规定：白蚁击倒时间KT50不大于350min。

 

机身温度/℃：Ⅰ

 

ⅡⅢ

 

机头温度/℃：Ⅰ

 

Ⅱ

 

模套温度/℃螺杆温度/℃牵引速度/（m/min）硫化汽压/MPa硫化管道有效长度/m

 

3

 

3.1

 

现场关键工序控制

 

绝缘

 

绝缘胶加工

 

3．2

 

3.1.1

 

（1）胶料和配合剂。采用电子称称量。胶料：三元乙丙橡胶；配合剂：超细滑石粉、氧化锌、促进剂、防老剂、交联剂等。

 

（2）混炼。称量好的胶料和配合剂采用密炼机混炼。

 

（3）滤橡。混炼好的混合胶在开炼机上压片，片状胶料由皮带输机运送到滤橡机对胶料的杂质进行过滤。

 

（4）加交联剂。过滤后的胶料冷却存放8～24h后，再次投入密炼机混炼，并加入交联剂。排料后由皮带运输机输送到开炼机上压片，供压延机辗页。

 

（5）辗页。采用压延机压片，胶片经冷却装置冷却后，存放8～96h后，供电缆挤出用。（6）绝缘炼胶工艺参数见表2。3.1.2

 

绝缘连硫

 

导体挤包乙丙橡胶绝缘料，采用挤橡连续硫化机组，严格控制挤出温度、牵引速度、硫化汽压，以保证电缆的电性能和绝缘层的物理机械性能；绝缘连

 

·10·

 

护套

 

护套挤出采用专用螺杆，其压缩比小，出胶量

 

大，螺杆转速不宜太快，分段加热，挤出时采用挤压式，使电缆结构紧密，有利于电缆的阻燃和防水效果；护套挤出工艺参数见表4。

 

表4

 

项

 

目

 

护套挤出工艺参数

 

控制范围120±2138±2152±2160±2162±2162±25～8

 

 

机身温度/℃：Ⅰ

 

ⅡⅢⅣ

 

机头温度/℃模套温度/℃牵引速度/（m/min）

 

4成品电缆性能

 

把地铁常用的额定电压1500V及以下轨道交

 

2

 

1×150mm2，1×400通用直流电缆：1×95mm

试验项目

 

电性能

 

20℃时直流电阻/（Ω/km）环境温度40℃电缆载流量/A5min）成品电缆耐压试验（6．5kV，20℃时绝缘电阻/（MΩ·km）

 

试验结果7．8400+2－5－4－3－21－1350无裂纹

 

纵向透水试验（100℃，透水10次）电缆燃烧试验

 

电缆成束燃烧试验（A类）炭化部分所达高度/m

 

≤±30≤±30≤±30≤±30≤±30≤±30≤175≤15无裂纹

 

烟密度试验透光率/%燃烧气体腐蚀性试验绝缘pH值

 

电导率/（μs/mm）阻水层pH值

 

电导率/（μs/mm）阻燃层（玻璃纤维带）pH值

 

电导率/（μs/mm）护套pH值

 

9150≤±30≤±30

 

10．2170

 

电导率/（μs/mm）

 

≥4．3≤10≥4．3≤10≥4．3≤10≥4．3≤10≥60≤2．5≤0．132≥490不击穿≥150二端不应

 

有水渗出技术要求

 

Feb．，2013

 

试验结果0．128567不击穿1750符合要求

 

mm2三个规格电缆，送有关权威检验机构进行检

 

测，各项性能指标完全达到国内外同类产品的先进

 

2

 

水平。表5为其中的1×150mm各项性能指标。

 

表5DC1500V1×150mm2轨道交通用直流

 

电缆试验结果

 

试验项目

 

技术要求≥5．0≥200

 

绝缘物理机械性能老化前抗张强度/MPa老化前断裂伸长率/%168h）空气烘箱老化（135℃，抗张强度变化率/%断裂伸长率变化率/%16 额定电压1500V及以下轨道交通用直流电缆的设计与加工_word文档在线阅读与下载_免费文档http://www.mianfeiwendang.com/doc/0931de071cbaba96c64f0563/4 8h）带导体老化（100℃，抗张强度变化率/%断裂伸长率变化率/%40h）空气弹老化（127℃，抗张强度变化率/%断裂伸长率变化率/%0．2MPa）热延伸试验（200℃，载荷下伸长率/%冷却后永久变形/%24h，耐臭氧试验（25℃，

 

臭氧浓度0．025%～0．030%）护套物理机械性能老化前抗张强度/MPa老化前断裂伸长率/%168h）空气烘箱老化（100℃，抗张强度变化率/%断裂伸长率变化率/%16h）低温拉伸试验（－25℃，伸长率/%耐气候老化（1）1008h老化

 

抗张强度最大变化率/%伸长率最大变化率/%

 

（2）1008h老化后与504h老化后对比抗张强度最大变化率/%伸长率最大变化率/%

 

±15±15

 

－3－8

 

±30±30

 

+10

 

20

 

56+10+8

 

0．575

 

5．50．345．20．515．20．365．20．38

 

5结束语

 

我们研制的额定电压1500V及以下轨道交通

 

用直流电缆经挂网运行，防水性能优良，在敷设、弯曲使用时未出现开裂现象，完全满足使用要求。

 

参考文献：

 

［1］TB/T1484．1—2010机车车辆电缆第1部分：额定电压3kV

 

S］．及以下标准壁厚绝缘电缆［

 

［2］欧迪恒．电缆用三元乙丙胶的配合与混炼［J］．特种橡胶制

 

1991（4）：13-16．品，

 

［3］欧迪恒．满足VDE规范橡套软电缆实用配合技术与加工［J］．

 

2008（5）：19-24．电线电缆

 

 

 

 

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