机车车辆用30kV单相电力电缆的性能介绍

本文主要介绍了机车车辆用30kV单相电力电缆的使用要求、结构分析、技术特点、制造工艺、试验项目差异对比等，该产品的实际使用寿命仍有待验证，电缆附件的研发需进一步加大投入。

一、引言

近年来，中国铁路得到了飞速发展。高铁技术更是在国际市场中占有很高的地位，成为“一带一路”走出去的国际名片。但是，作为电气化机车车辆电力传输的生命线——高铁用机车车辆用30kV单相电力电缆，目前仍依赖进口。

二、使用要求

机车车辆用30kV单相电力电缆主要用于机车车辆内外部连接受电弓、主断路器、牵引变压器等高压设备，为机车车辆电力牵引装置传输电能。该电缆的使用环境恶劣应具有环保、安全性高、耐油、耐酸碱腐蚀、耐臭氧、耐湿、耐日光、耐冲击、耐高温等特性。

以前产品依据TB/T 1484.3-2010 《机车车辆电缆 第3部分：30kV乙丙橡皮绝缘单相电力电缆》生产，该产品绝缘厚度较厚，屏蔽采用铜丝编织屏蔽，仅能用在普通列车中；

目前产品依据TB/T 1484.2-2017 《机车车辆电缆 第2部分：30kV单相电力电缆》生产，该产品绝缘厚度较薄，屏蔽采用金属丝束绕屏蔽，能满足高铁、动车等高速列车和普通列车的应用需求。

三、结构分析

(一)根据95mm²电缆进口样品实物解剖得到下图：

图1 机车车辆用30kV单相电力电缆的结构

注：1.镀锡软铜导体; 2.半导电带; 3.导体屏蔽; 4.绝缘; 5.绝缘屏蔽; 6.半导电带; 7.金属屏蔽; 8.高阻燃包带; 9.无卤低烟阻燃橡胶护套。

(二)根据95mm²电缆进口样品实物解剖得到表1：

四、技术特点

根据拟研制样品结构分析和结构数据，推测本产品研制过程中存在技术特点大致如下：

（一）绝缘厚度

30kV常规高压电缆绝缘标称厚度为10.5，该产品标称厚度为8.0mm。绝缘厚度减薄，耐高压性能略有提升，对绝缘材料性能和工艺加工水平要求更高。

传输交流电时，电容大小与长度成正比，与绝缘厚度成反比。绝缘厚度减薄，芯线与屏蔽层之间电容增大。电容过大，会影响机车车辆的安全运行。需注意对产品的电容最大值进行限定。

（二）金属屏蔽

束绕屏蔽采用0.6mm镀锡铜丝，根数达到102根；束绕屏蔽单丝很细，且根数很多，对设备加工能力要求很高。

因此，对现有铜丝铜带屏蔽机进行了设备改造：用张力计检查放线装置张力，调整均匀一致，避免放线过程中屏蔽单线受力不一致；同时，检查过线孔滑轮阻力，对阻力过大的进行替换，降低单线的摩擦力，避免屏蔽单丝拉细，造成截面变小。

（三）应用环境

机车电缆的应用环境复杂，对耐油、酸碱腐蚀、日光老化、高低温冲击等要求很高，具体性能要求见表2的规定。

五、制造工艺

针对第1章 使用要求所述：以前产品，绝缘厚度较厚，屏蔽采用铜丝编织屏蔽；目前产品，绝缘厚度较薄，屏蔽采用金属丝束绕屏蔽。结合第3章所述目前机车车辆用30kV单相电力电缆技术特点，确定其具体制造工艺要求如下：

（一）导体

采用第5种镀锡软铜导体，结构及性能指标符合GB/T 3956-2008和GB/T 4910-2009相关规定；导体最外层绞合节径比不大于15；导体表面应光洁无油污、无损伤屏蔽及绝缘的毛刺、锐边，以及无凸起或断裂的单线，镀锡层均匀、光滑。

导体绞合后重叠绕包一层半导电特多龙带，搭盖率不小于20%。

（二）导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽

导体屏蔽材料采用了PED交联黏结型半导电屏蔽料，绝缘屏蔽材料采用PEJ交联黏结型半导电屏蔽料。绝缘材料采用35kV超净三元乙丙橡胶绝缘料，由于厚度减薄，在绝缘材料选择时应特别注意材料的纯净度，以确保产品的电气安全性。

另外，生产加工时，三层共挤设备应配置在线测偏仪，以便实时检测各层厚度和同心度；在确保产品使用性能的同时，降低绝缘厚度，有利于减小电缆外径和重量，提高高速机车的载客能力。绝缘屏蔽外重叠绕包一层半导电特多龙带，搭盖率不小于20%。

（三）金属屏蔽

金属屏蔽层结构采用镀锡铜线束绕屏蔽，屏蔽单丝排列均匀。金属屏蔽层作为短路电流的主要通路，其应能够承受系统短路电流而不发生损伤。为确保机车车辆用30kV单相电力电缆产品性能，其在结构设计时应注意根据故障电流确定铜线束绕屏蔽标称截面积的选择。金属屏蔽层允许最小截面积，见表3的规定。

金属屏蔽外重叠绕包一层无卤低烟高阻燃包带，搭盖率不小于20%，能够有效防止护套挤包时胶料渗入屏蔽层间隙。

（四）外护套

机车车辆用30kV单相电力电缆的最外层为外护套。电缆敷设环境恶劣，其外护套必须具有耐高低温交替变化、阻燃、耐湿热、耐磨、耐老化、耐紫外线照射、耐酸雨及碱性物质侵蚀等性能。为满足电缆30年使用寿命，护套材料选用了热固性无卤低烟阻燃橡胶护套料，护套性能符合DIN VDE 0207-24要求，以保证电缆在室外恶劣的环境中正常工作。

为了保证电缆和终端或中间接头良好的匹配性，成品电缆椭圆度（f值）应不超过电缆平均外径上限的10%。

六、实验项目

通过TB/T 1484.3-2010和TB/T 1484.2-2017对比可见，机车车辆用30kV单相电力电缆，主要测试项目变化情况见表4的规定。

七、结束语

目前，该产品通过型式检验，正在某机车厂装车试用，试用30万公里合格后，将进行小批量装车试用，合格后方能批量供货。由于电缆本身应用环境的复杂性、多变性等不确定因素，国产化的电缆实际使用寿命仍有待验证，需要根据产品应用情况持续改进。

另外，为了降低机车厂组装成本，提高电缆安装敷设效率，机车厂更倾向于电缆和附件组合的形式供货，这无疑对电缆厂家的要求进一步提升，需要进一步对电缆附件加大研发投入力度。

参考文献
1.南车株洲电力机车研究所有限公司.机车车辆电缆 第3部分：30kV乙丙橡皮绝缘单相电力电缆：TB/T 1484.3-2010[S].北京：中国铁道出版社，2010.
2.中车株洲电力机车研究所有限公司.机车车辆电缆 第2部分：30kV单相电力电缆：TB/T 1484.2-2017[S].北京：中国铁道出版社，2017.
3.刘子玉. 电线电缆结构设计原理[M]. 北京:机械工业出版社,1991.
4.韩中洗. 电缆工艺原理[M]. 北京:机械工业出版社,1990.