孫正華

(上海南洋電材有限公司,201615,上?！胃呒?jí)工程師)

1 我國(guó)城市軌道交通薄壁電纜的興起

高性能薄壁絕緣電纜引起了我國(guó)軌道交通車(chē)輛設(shè)計(jì)、制造部門(mén)的關(guān)注。本世紀(jì)初,當(dāng)時(shí)上海、廣州等地率先開(kāi)始進(jìn)行了城市軌道交通項(xiàng)目的技術(shù)引進(jìn)、消化吸收、逐步國(guó)產(chǎn)化的一攬子計(jì)劃活動(dòng)。由于地鐵車(chē)輛在空間、自重等方面有嚴(yán)格的限制,加之車(chē)輛電氣控制線路較普通鐵路車(chē)輛要多得多,尤其是門(mén)系統(tǒng),為減輕成束電線的重量和敷設(shè)所占空間這一問(wèn)題,國(guó)際上普遍采用高性能薄壁絕緣車(chē)輛電纜。

國(guó)外一般采用高性能聚稀烴類(lèi)絕緣材料用于薄壁絕緣電纜的絕緣層,絕緣層厚度一般只有同電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)壁厚絕緣電纜的一半左右。如通常情況下普通壁厚電纜絕緣厚度為0.6 mm,那么薄壁電纜的壁厚至多只有0.25 mm,超薄壁的壁厚最薄只有0.18 mm。薄壁電纜只適用于較低電壓等級(jí)、較小尺寸規(guī)格的電纜,如電壓級(jí)一般在AC 300 V以下,規(guī)格一般在2.5 mm2及以下。這類(lèi)電纜往往成束敷設(shè),在同一空間用量較大。從本世紀(jì)開(kāi)始,薄壁絕緣車(chē)輛電纜就被廣泛應(yīng)用于城市軌道交通各類(lèi)車(chē)輛的電控部位。

2 薄壁絕緣電纜采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范

除上述薄壁絕緣電纜的結(jié)構(gòu)特征外,薄壁絕緣電纜的性能也與同等電壓級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)壁厚電纜不盡相同。國(guó)際上現(xiàn)行的薄壁絕緣電纜的地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)大致有以下幾種:

1)歐洲共同體標(biāo)準(zhǔn),一般稱為歐洲標(biāo)準(zhǔn),有EN 50264—3(2008)系列標(biāo)準(zhǔn)(為較小尺寸的交聯(lián)彈性絕緣電纜),以及EN 50306第一至第三部分(具有特殊防火性能的軌道車(chē)輛薄壁電纜)。

2)法國(guó)國(guó)家鐵路車(chē)輛電線電纜標(biāo)準(zhǔn),NFF 63—808(1992)《薄壁絕緣和護(hù)套無(wú)鹵電線電纜》。

3)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),GB/T 12528—2008《交流額定電壓3 kV及以下軌道交通車(chē)輛用電纜》中的薄壁絕緣電纜部分。

我國(guó)鐵道部標(biāo)準(zhǔn)中暫無(wú)薄壁電纜部分。

3 薄壁電纜的性能特征

軌道車(chē)輛用薄壁電纜主要是指以歐洲共同體相關(guān)電纜標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)而設(shè)計(jì)、制造的軌道車(chē)輛電纜。較著名的生產(chǎn)廠商有:耐克森(NEXANS);灝訊(HUBER+SUHNER);普睿司曼(PRYSMIAN)等。其依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)則是歐盟區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn),如EN50264及EN50306等,而法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)一般較少采用。其性能特征主要可以概括為絕緣材料的機(jī)械強(qiáng)度和較小尺寸電纜的阻燃性。

首先需要關(guān)注的是薄壁電纜絕緣材料的機(jī)械強(qiáng)度。就普通壁厚電纜而言,其絕緣層抗張強(qiáng)度在7～9 MPa左右,斷裂伸長(zhǎng)率一般為125%;而薄壁絕緣電纜的抗張強(qiáng)度須達(dá)到30 MPa,斷裂伸長(zhǎng)率降低到100%。之所以有如此不同,主要是因?yàn)橐跃酆衔餅榛系慕^緣材料的單位機(jī)械強(qiáng)度會(huì)隨材料厚度的減小而不同程度地呈非線性降低。為保證只有較薄絕緣層的小尺寸電纜有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,而不得不大幅提高材料的單位機(jī)械強(qiáng)度。

此外,較小尺寸電纜的阻燃性也是對(duì)材料綜合性能的挑戰(zhàn)和考驗(yàn)。不同于絕緣的機(jī)械強(qiáng)度,普通壁厚電纜和薄壁絕緣電纜要求的阻燃性是一致的。通常來(lái)說(shuō),較小尺寸電纜通過(guò)燃燒試驗(yàn)的難度要大于較大規(guī)格電纜,尤其是當(dāng)有成束電纜燃燒試驗(yàn)要求時(shí),差異十分明顯。

綜上所述,車(chē)輛薄壁絕緣電纜的技術(shù)難點(diǎn),主要集中在材料的特性上;其次是電纜加工的結(jié)構(gòu)精度,比如電纜的圓整性和同心度等。由于電纜的絕緣層較薄,稍有偏差,就有可能造成絕緣厚度的不合格。

4 城市軌道交通車(chē)輛薄壁絕緣電纜的研發(fā)

薄壁絕緣電纜開(kāi)發(fā)、應(yīng)用的歷史不長(zhǎng),近年來(lái)有較快發(fā)展是得益于新型絕緣材料的研發(fā)成功。歐洲主要軌道車(chē)輛電纜制造商在這方面投入了較大精力。有些制造商獨(dú)立研制薄壁絕緣材料,兼顧了機(jī)械性、絕緣性和無(wú)鹵阻燃性,故在這一領(lǐng)域保持著領(lǐng)先地位。與此同時(shí),采用各種聚稀烴混合物作為薄壁絕緣材料也正在不斷進(jìn)行著有益嘗試。由于薄壁絕緣電纜對(duì)機(jī)械強(qiáng)度和無(wú)鹵阻燃性有著非?？量痰囊?國(guó)產(chǎn)化的電纜甚至選用高端的工程塑料作為薄壁絕緣層。此類(lèi)材料的長(zhǎng)期耐熱溫度高,且機(jī)械強(qiáng)度和阻燃性都十分優(yōu)秀,比較適合于薄壁絕緣;而問(wèn)題在于加工工藝較難控制,材料價(jià)格昂貴,給推廣應(yīng)用帶來(lái)困難。

5 合理選用薄壁絕緣電纜

對(duì)于城市軌道交通車(chē)輛的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō),合理選用所需電纜是很重要的。根據(jù)上述的薄壁絕緣電纜最大的優(yōu)越性,即同等截面電纜的體積小、質(zhì)量輕,似乎很有大規(guī)模推廣應(yīng)用的必要。然而,由于薄壁絕緣電纜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的某些性能指標(biāo)要求偏高(如電纜絕緣層的抗張強(qiáng)度是普通電纜的3倍,且有無(wú)鹵阻燃的要求),使得材料的選用范圍大大縮小,從而導(dǎo)致成品電纜的價(jià)格極其昂貴。除非未來(lái)某種較廉價(jià)的材料在高機(jī)械強(qiáng)度、高阻燃性方面有所突破,那么有選擇地采用這類(lèi)電纜是符合設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性的。其實(shí),為解決敷設(shè)空間的問(wèn)題,還可以采取提高電纜長(zhǎng)期使用溫度的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。如選用高一擋耐溫等級(jí)的電纜,就可以相應(yīng)減小導(dǎo)體的截面積,達(dá)到減小電纜直徑的目的。上述不同的選用方法需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)具體敷設(shè)條件加以計(jì)算和分析對(duì)比,以制定出最經(jīng)濟(jì)的選用方案。

6 結(jié)語(yǔ)

軌道車(chē)輛薄壁絕緣電纜作為近年來(lái)軌道車(chē)輛電纜的一個(gè)新開(kāi)發(fā)的電纜品種而受到車(chē)輛設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。軌道車(chē)輛薄壁絕緣電纜的問(wèn)世至少可以表明,薄壁絕緣技術(shù)已經(jīng)被成功應(yīng)用于城市軌道交通車(chē)輛電線的敷設(shè)、運(yùn)行領(lǐng)域,為各種電氣線路的敷設(shè)節(jié)省了空間,減輕了車(chē)輛的自重。然而,較昂貴的應(yīng)用成本是制約薄壁絕緣電纜推廣應(yīng)用的重要因素。在這種情況下,廣大的車(chē)輛電氣設(shè)計(jì)者可以把它看作是一種可接受的選擇,在必要的場(chǎng)合下可加以采用。這樣既符合設(shè)計(jì)的先進(jìn)性,又可以避免產(chǎn)品成本的不必要增加。

[1]計(jì)初喜,龐玉春.城市軌道交通用電纜的品種及應(yīng)用[J].電線電纜,2005,2(1):45.

[2]謝紅,夏金鳳.城市軌道牽引供電電纜選型分析[J].機(jī)車(chē)電傳動(dòng),2003,4(2):35.