有源信標(biāo)電纜的軌道交通論文范文

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1結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)的設(shè)計

為了滿足軌道交通安全系統(tǒng)的要求，本公司結(jié)合國內(nèi)實際需要，對上述上海軌道交通信號系統(tǒng)用有源信標(biāo)電纜的結(jié)構(gòu)和性能進行了分析和優(yōu)化設(shè)計。

1.1內(nèi)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及直流電阻式中R20的單位為Ω；ρ20為導(dǎo)體20℃時的體積電阻系數(shù)，一般為0．017241Ω•mm2／m；L為絞合導(dǎo)體長度，單位為m；S為導(dǎo)體截面積，單位為mm2；K為絞合系數(shù)，一般軟結(jié)構(gòu)的電纜導(dǎo)體絞合及成纜總的絞合系數(shù)K≤1．025，故取值1．025；n為絞合根數(shù)，d0為單根導(dǎo)線直徑。根據(jù)GB／T3956—2008《電纜的導(dǎo)體》中規(guī)定2類導(dǎo)體銅絲根數(shù)為7，并考慮制造過程中導(dǎo)體不可避免地局部拉細(xì)，為確保20℃導(dǎo)體直流電阻≤22Ω／km的性能指標(biāo)，通過上式可計算得導(dǎo)體最小直徑為0．386mm。如考慮加工過程中導(dǎo)線的拉伸，在企業(yè)現(xiàn)有的設(shè)備、工藝、工裝、人員條件下，及招標(biāo)文件要求的導(dǎo)體截面積≥0．88mm2，本公司選定有源信標(biāo)電纜導(dǎo)體為7根直徑0．40mm的銅線絞合。

1.2線對工作電容和交流耐電壓該有源信標(biāo)電纜的結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，其線對工作電容C的計算公式為：式中C的單位為nF／km；a為線對導(dǎo)體中心距，單位為mm；d為導(dǎo)體等效直徑，單位為mm，取值1．2mm；λ為絞入系數(shù)；φ為由于接地金屬屏蔽修正系數(shù)；d1為絕緣線芯直徑，單位為mm；D為屏蔽直徑，單位為mm；εD為等效相對介電常數(shù)；εK為空氣相對介電常數(shù)；SK為空氣面積，單位為mm2；εG為絕緣相對介電常數(shù)；SG為絕緣面積，單位為mm2。通過式（3）可知，線對工作電容C與組合后的絕緣材料的等效相對介電常數(shù)εD成正比，綜合考慮絕緣耐電壓的要求以及低密度聚乙烯（LDPE）具有較低的相對介電常數(shù)（≤2．3），因此優(yōu)先選擇了LDPE作為絕緣介質(zhì)，以獲得較低的線對工作電容。雖然從性能設(shè)計方面考慮，工作電容越小，絕緣電阻越高、介質(zhì)耐電壓越高，絕緣厚度也應(yīng)設(shè)計得越厚越好，但根據(jù)以往的對稱電纜研制經(jīng)驗，一般絕緣外徑與導(dǎo)體直徑之比d1／d＝1．6～2．4。綜合考慮后取絕緣標(biāo)稱厚度為0．6mm，即d＝1．2mm，d1＝2．4mm，d1／d＝2，再將D＝7．3mm，a＝2．4mm，λ＝1．01，εD＝1．83，φ＝0．803，代入式（3）可計算出線對間工作電容C＝44．1nF／km。該值滿足招標(biāo)文件要求的線對間工作電容≤45．3nF／km，實際上絞對和擠介質(zhì)層后εD還會下降，因此實際的線對工作電容C將比設(shè)計值更低。由于LDPE絕緣長期工頻耐電壓＞30kV／mm，因此絕緣厚度為0．6mm時電纜的交流耐電壓能滿足設(shè)計要求。

1.3絕緣電阻電纜絕緣電阻RI計算公式為：

1.4固有衰減系數(shù)低頻時電纜的固有衰減系數(shù)α近似計算公式為：

1.5特性阻抗Zc對稱屏蔽電纜特性阻抗Zc的理論計算公式為。

1.6電纜總體結(jié)構(gòu)的確定本公司通過上述理論計算和性能分析，并結(jié)合對稱射頻電纜及地鐵用通信電纜等相關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝，設(shè)計生產(chǎn)了滿足上海軌道交通信號系統(tǒng)要求型號、規(guī)格的WDZ－PYYP312×0．88有源信標(biāo)電纜。該電纜的結(jié)構(gòu)如圖1所示，導(dǎo)體為7根直徑0．40mm的銅線絞合；絕緣材料為LDPE，絕緣厚度為0．6mm，公差為±0．05mm，色譜為紅、棕；絕緣線對左向絞合，絞合節(jié)距比不大于24d1；擠出LDPE介質(zhì)層；編織雙層鍍錫銅線屏蔽；外有隔離層；擠包阻燃低煙低鹵內(nèi)襯層；鍍鋅鋼絲編織鎧裝層；擠包低煙無鹵阻燃聚烯烴外護套。

2性能測試及設(shè)計優(yōu)化改進

本公司在確定WDZ－PYYP312×0．88有源信標(biāo)電纜結(jié)構(gòu)參數(shù)后，將技術(shù)方案提交給卡斯柯信號有限公司，經(jīng)設(shè)計評審，編制了工藝文件、檢驗指導(dǎo)書等。本公司按設(shè)計方案，分三批次（分別為1km、5km、10km）進行了WDZ－PYYP312×0．88有源信標(biāo)電纜樣品試制。在按設(shè)計進行樣品試制過程中，本公司發(fā)現(xiàn)絕緣和介質(zhì)層粘連、鋼絲從護套戳出的現(xiàn)象，這是前期設(shè)計時考慮不周之處。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生上述問題的主要原因是：a．絕緣與介質(zhì)層之間的間隙過小，而材料又相同，一旦配模具系數(shù)過大，包的過緊，就會出現(xiàn)絕緣和介質(zhì)層粘連。b．鋼絲接頭處理不當(dāng)造成護套有鋼絲戳出現(xiàn)象。為此，本公司采取了以下措施：絕緣在試電時涂抹硅油，防止粘連；介質(zhì)層擠出時采用擠管式，降低介電常數(shù)；成纜后增加一層聚酯；鋼絲接頭用銀焊，編織換錠時做好處理，并繞包一層無鹵阻燃玻璃布帶，這樣既可以提高阻燃性，又能提高機械性能。本公司對設(shè)計優(yōu)化改進后生產(chǎn)的WDZ－PYYP312×0．88有源信標(biāo)電纜樣品的主要電氣性能進行了測試，測試結(jié)果如表1所示，可見該有源信標(biāo)電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，具有直流電阻低、電容低、衰減小等優(yōu)異性能，且阻抗可與國產(chǎn)信標(biāo)匹配。2012年6月，卡斯柯信號有限公司對本公司生產(chǎn)的長為6．7km的WDZ－PYYP312×0．88有源信標(biāo)電纜進行了LEU—信標(biāo)電纜功能測試（即傳輸電報文現(xiàn)場實際測試），圖2為信標(biāo)電纜測試接線示意圖，測試結(jié)果誤碼率為零，完全達到了設(shè)計要求。

3結(jié)束語

WDZ－PYYP312×0．88有源信標(biāo)電纜已經(jīng)批量生產(chǎn)，并獲得卡斯柯＆阿爾斯通聯(lián)合體確認(rèn)，經(jīng)鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心通信信號檢驗站檢測，符合或超過招標(biāo)文件規(guī)定的產(chǎn)品性能，完全滿足城市軌道交通使用要求。本公司生產(chǎn)的有源信標(biāo)電纜可替代昂貴的進口產(chǎn)品，提高了該類電纜的國產(chǎn)化率。

作者：房秀杰單位：天津市萬博線纜有限公司