孫勇++李俊紅++孔維鳳

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.027

摘 要：選取車輛用典型電線電纜作為研究對(duì)象，以SEM電鏡外觀掃描、護(hù)套及絕緣的機(jī)械性能、絕緣電阻、燃燒性能為研究方法，分別對(duì)初始狀態(tài)下和使用后狀態(tài)下的電纜樣品進(jìn)行試驗(yàn)，分析比較電纜在使用前后的性能變化情況以及檢查使用后電纜的各項(xiàng)性能是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限值要求，從而反映出電纜使用的阻燃耐久性。

關(guān)鍵詞：軌道車輛 電線電纜 阻燃耐久性

中圖分類號(hào)：TM246 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（b）-0027-03

軌道交通作為世界上最廣泛的交通方式之一，承載了廣大旅客的生命和財(cái)產(chǎn)安全，安全風(fēng)險(xiǎn)受到人們的極大重視，隨之對(duì)于安全性能的要求也在不斷提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，軌道車輛由電氣失效導(dǎo)致的車輛起火占實(shí)際車輛起火次數(shù)的40%以上，而電氣失效分為電氣設(shè)備故障和電線電纜失效。電線電纜在長(zhǎng)期使用過程中會(huì)受到諸多因素的影響而引起材料的老化，如環(huán)境溫度、濕度、機(jī)械作用、光照等條件作用下，材料會(huì)出現(xiàn)分解，阻燃劑會(huì)發(fā)生遷移等，都可能導(dǎo)致材料或者部件的使用安全性能和防火性能隨著時(shí)間逐漸降低而使產(chǎn)品性能下降，從而導(dǎo)致故障的產(chǎn)生甚至引發(fā)火災(zāi)。正常情況下，軌道車輛總體要求至少30年壽命，安裝的電纜與軌道車輛電器設(shè)施使用壽命一致，通常也需要幾十年，因此，有必要確認(rèn)其在經(jīng)過一定周期的使用后安全性能和防火性能是否還能滿足設(shè)計(jì)要求。

該文研究旨在開展電線電纜長(zhǎng)期使用后的安全性能和防火性能變化規(guī)律研究，通過選擇典型的初期（新電纜）和使用后電纜進(jìn)行外觀、安全性能和防火性能測(cè)試，確定其防火性能的符合性，對(duì)于建立以零部件壽命為中心的次檢修規(guī)程，消除車輛火災(zāi)隱患、降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、減少損失等都具有重要意義。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)對(duì)象

（1）電纜型號(hào)：EN 50382-2 3600V 240MM2 150℃-T-FF-AX。

（2）電纜使用狀態(tài)：分別選取典型的動(dòng)車組5級(jí)修電纜以及交貨狀態(tài)下的電纜，共兩組樣品。

1.2 試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)方法

評(píng)定電線電纜性能的參數(shù)有尺寸外觀，力學(xué)機(jī)械性能、耐環(huán)境性能、耐溶劑性能、電學(xué)性能、防火性能、特殊的功能等，該項(xiàng)目主要選取與火災(zāi)危險(xiǎn)有關(guān)的參數(shù)評(píng)定長(zhǎng)期使用后的電線電纜性能，具體見表1。

對(duì)兩組樣品分別進(jìn)行上述測(cè)試，分析比較對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的變化情況，以及參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的符合性。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法原理

2.1.1 SEM電鏡

掃描電鏡（SEM）是介于透射電鏡和光學(xué)顯微鏡之間的一種微觀性貌觀察手段，可直接利用樣品表面材料的物質(zhì)性能進(jìn)行微觀成像。

2.1.2 機(jī)械性能

機(jī)械性能測(cè)試基于方法GB/T 2951.11，測(cè)定護(hù)套和絕緣材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。

性能要求：根據(jù)EN50382，對(duì)于電纜材料的機(jī)械性能要求見表2。

基于IEC60216，要求拉伸強(qiáng)度保持率<75%；斷裂伸長(zhǎng)率保持率<60%。

2.1.3 絕緣電阻

絕緣電阻是指在規(guī)定的條件下，處于兩個(gè)導(dǎo)體之間的絕緣材料的電阻。

性能要求：絕緣電阻不小于0.3×1012 Ω·km。

2.1.4 燃燒性能

單根電纜垂直燃燒，將樣品垂直安裝在燃燒測(cè)試箱中，在規(guī)定條件下點(diǎn)燃樣品，并在測(cè)試結(jié)束后測(cè)量樣品炭化部分的范圍以表征火焰蔓延的能力。

性能要求：樣品炭化部分范圍，上支架下緣和炭化部分起始點(diǎn)之間的距離大于50 mm，以及燃燒向下延伸至距離上支架的下緣小于540 mm。

成束電纜垂直燃燒，按照要求排列的成束電纜垂直置于成束燃燒試驗(yàn)箱中，在試樣的底端施加點(diǎn)火源，通過試樣炭化長(zhǎng)度來評(píng)估電纜的火焰?zhèn)鞑ツ芰Α?/p>

性能要求：樣品炭化部分長(zhǎng)度小于2.5 m。

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 外觀檢查

采取SEM掃描電鏡，拍攝電纜樣品表面的形貌，結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，初期樣品表面光滑，顆粒物分布均勻，而使用的后電纜，樣品表面圖片顯示，表面坑洼處明顯增多，但是均未出現(xiàn)裂縫或者裂紋。

2.2.2 機(jī)械性能

按照GB/T 2951.11對(duì)初期和使用后的電纜護(hù)套和絕緣材料進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表3和表4。

從表3和表4數(shù)據(jù)可以看出，護(hù)套和絕緣材料在經(jīng)過一定時(shí)間使用后，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都有所下降，其中護(hù)套材料拉伸強(qiáng)度下降了8.9%，斷裂伸長(zhǎng)率下降了7.0%，絕緣材料拉伸強(qiáng)度下降了12.2%，斷裂伸長(zhǎng)率下降了3.6%。但是使用后仍然滿足EN 50382電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.3 絕緣電阻

按照GB/T 3048.5對(duì)初期和使用后的電纜絕緣電阻進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表5。

從表5的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過一段時(shí)間使用后，盡管其絕緣電阻的絕對(duì)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過要求值，但存在明顯的下降，下降2.7%。這與SEM形貌以及機(jī)械性能的變化趨勢(shì)是吻合的。絕緣電阻主要反映的是其非金屬材料護(hù)套和絕緣材料的電阻性能，當(dāng)使用一段時(shí)間后，材料表面由于受環(huán)境的影響出現(xiàn)一定程度的老化，進(jìn)而使得絕緣電阻有所下降。

2.2.4 燃燒性能

按照EN 60332-1-2，EN 60332-3-24，分別對(duì)電纜初期和使用后的樣品燃燒性能進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表6和表7。

從表6和表7的數(shù)據(jù)可以看出，使用前后燃燒性能沒有顯著變化，且都符合標(biāo)準(zhǔn)的限值要求。

3 結(jié)語

（1）使用后樣品表面比初期顏色出現(xiàn)退化，SEM掃描電鏡圖片顯示表面出現(xiàn)一定程度的老化。

（2）使用后電纜的絕緣和護(hù)套的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率存在輕微下降，但仍然滿足EN 50382中規(guī)定的要求。

（3）電纜使用后，絕緣電阻出現(xiàn)一些下降，仍滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，與SEM形貌以及機(jī)械性能的變化趨勢(shì)是吻合的。

（4）電纜使用后，燃燒性能變化較小，使用后仍滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的性能要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 田欣.電線電纜熱老化壽命標(biāo)準(zhǔn)分析[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2014（5）：63-67.

[2] T.D.Dakin.Electrical Insulation Deterioration Treated as a Chemical Rate Phenomenon[A]. AIEE Transactions[C].1948：67-113.

[3] IEC 60216-1：2013 Electrical insulating materials–Thermal endurance properties–Part 1：Ageing procedures and evaluation of test results[Z].

[4] EN 45545-2：2013 Railway applications —Fire protection on railwayvehiclesPart 2： Requirements for fire behaviourof materials and components[Z].

[5] EN 50382：2008 Railway applications — Railway rolling stock high temperature power cables having special fire performance[Z].

[6] EN 60332-1-2：2004+A1：2015 Tests on electric andoptical fibre cablesunder fire conditions—Part 1-2： Test for vertical flamepropagation for a single insulated wireor cable —Procedure for 1 kW pre-mixed flame[Z].

[7] EN 60332-3-24：2009 Tests on electric and optical fibrecables under fire conditions —Part 3-24：Test for vertical flame spread of verticallymountedbunched wires or cables — Category C[Z].

[8] GB/T 3048.5-2007，電線電纜電性能試驗(yàn)方法第5部分：絕緣電阻試驗(yàn)[S].

[9] GB/T 2951.11-2008，電纜和光纜-非金屬材料測(cè)試方法-機(jī)械性能：護(hù)套和絕緣材料機(jī)械性能的測(cè)定[S].