淺析國內(nèi)外軌道交通電線電纜試驗(yàn)

(株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司 湖南 株洲 412001)

新版《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》提出到2020年全國鐵路營業(yè)里程超過12萬km，其中規(guī)劃建設(shè)客運(yùn)專線超過1.6萬km，新建城市軌道交通線超過5000km，軌道交通電纜的需求將大幅度上升。

由于軌道交通運(yùn)行的環(huán)境和使用的非凡性，所用電纜大都不同于民用線纜要求，有其特殊的標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)要求。鐵標(biāo)TJCL254-2013鐵道客車用電線電纜技術(shù)條件(V1.0)是由原鐵道部組織編制，從源頭規(guī)范鐵道客車用電線電纜的設(shè)計(jì)、制造、檢測和試驗(yàn)，以達(dá)到解決客車用低煙無鹵阻燃電線電纜易出現(xiàn)老化、龜裂缺陷的問題。

為滿足鐵標(biāo)TJCL254-2013的要求，各軌道交通產(chǎn)品的配套廠家必須通過一系列的試驗(yàn)對所選用的電線電纜進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而甄別出對應(yīng)的合格供應(yīng)商，避免因選用不合格產(chǎn)品，為軌道交通的運(yùn)行留下安全隱患。

典型的甄別試驗(yàn)包括刮磨試驗(yàn)、絕緣電阻試驗(yàn)。

一、刮磨試驗(yàn)

因軌道交通行業(yè)特殊性，對電線電纜的耐磨性要求較高，刮磨試驗(yàn)檢驗(yàn)的是線纜的絕緣護(hù)套層經(jīng)刮磨后，不能出現(xiàn)擊穿、護(hù)套內(nèi)外表面無明顯裂縫或開裂。各廠家護(hù)套層的配方、絕緣層材質(zhì)和各層厚度不同直接影響刮磨次數(shù)和耐磨性能。

(一)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

鐵標(biāo)TJCL254-2013鐵道客車用電線電纜技術(shù)條件(V1.0)第6.3.5.10條、歐標(biāo)EN50306-3薄壁型鐵道機(jī)車車輛阻燃電纜(第三篇)第4.15條對軌道交通電線電纜刮磨試驗(yàn)統(tǒng)一要求：針對滿足EN50306-3標(biāo)準(zhǔn)的電纜和滿足EN50306-4標(biāo)準(zhǔn)的多芯總屏蔽帶護(hù)套E類電纜在刮針負(fù)載為8N的試驗(yàn)條件下，單次往返不能少于100次，四次往返平均值不能少于150次。

(二)試驗(yàn)方法

鐵標(biāo)TJCL254-2013鐵道客車用電線電纜技術(shù)條件(V1.0)第8.3.3.14條和歐標(biāo)EN50306-3薄壁型鐵道機(jī)車車輛阻燃電纜(第三篇)第4.15條明確了試驗(yàn)方法：應(yīng)按EN50305第5.2節(jié)進(jìn)行。

EN50305第5.2節(jié)要求刮磨試驗(yàn)在20±5℃的溫度下進(jìn)行，切割刃采用直徑為0.45±0.01mm的拋光彈簧鋼針，其材料符合ISO8458-2；置于刮磨試驗(yàn)設(shè)備的支座上，或采用與電纜軸呈90°的矩型鋼片。刮磨裝置以55±5次循環(huán)/min的頻率，在電纜或線芯長度方向的表面刮磨，距離為10至20mm。裝置配有計(jì)數(shù)計(jì)，當(dāng)切割刃觸及導(dǎo)體或電氣屏蔽時(shí)自動停止。

除非另有規(guī)定，當(dāng)電纜直徑≤6mm時(shí)應(yīng)采用鋼針，當(dāng)直徑>6mm時(shí)應(yīng)采用鋼片。切割刃的負(fù)荷在電纜標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定。試樣應(yīng)為0.75m長的線芯或電纜樣品，并用2只電纜夾具在板面固定。

每件試樣應(yīng)經(jīng)受4次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)后，試樣應(yīng)移動100mm，并順時(shí)針轉(zhuǎn)動90°。

注：如試樣為2芯、3芯電纜，或?yàn)椴粓A整的電纜，切割刃應(yīng)置于電纜外周的最高點(diǎn)。

每次試驗(yàn)當(dāng)切割刃觸及導(dǎo)體或電氣屏蔽時(shí)結(jié)束，取4次試驗(yàn)中的平均循環(huán)次數(shù)，作為耐刮磨試驗(yàn)的測量值。

(三)試驗(yàn)結(jié)果

為了對軌道交通電線電纜耐刮磨性能進(jìn)行摸底，選取了國內(nèi)、國外同規(guī)格或不同規(guī)格電線電纜進(jìn)行對比試驗(yàn)，以此作為各軌道交通項(xiàng)目電線電纜選型參考。

通過統(tǒng)一方法、統(tǒng)一人員和統(tǒng)一設(shè)備的方式分別對1組同規(guī)格電線電纜和1組兩種不同規(guī)格進(jìn)行了對比試驗(yàn)，整理后得到如下試驗(yàn)結(jié)果(表1和表2)。

表1

表2

(四)試驗(yàn)結(jié)果分析

表1、表2數(shù)據(jù)顯示：外資企業(yè)同規(guī)格線纜的耐刮磨平均次數(shù)和最小次數(shù)普遍大于國內(nèi)企業(yè)。通過對線纜試驗(yàn)進(jìn)一步剖解分析確定：除了線纜絕緣層設(shè)計(jì)的不同外，差異更大的是絕緣材料的不同。

二、絕緣電阻試驗(yàn)

絕緣電阻是反映電線電纜產(chǎn)品絕緣特征的主要指標(biāo)，它反映了線纜產(chǎn)品承受電擊穿或熱擊穿能力的大小，與產(chǎn)品的耐電強(qiáng)度、介質(zhì)損耗以及絕緣材料在工作狀態(tài)下的逐步劣化等均存在著極為密切的關(guān)系。對于通信電纜，線間絕緣電阻過低還會增大回路衰減，回路間的串音及在導(dǎo)電線芯上進(jìn)行遠(yuǎn)距離供電泄露等，因此都要求絕緣電阻應(yīng)高于規(guī)定值。

線纜的絕緣電阻主要取決于所選用的絕緣材料，但工藝水平對絕緣電阻的影響很大，因此測定絕緣電阻是監(jiān)督材料質(zhì)量和工藝水平的一種方法。通過測定絕緣電阻可以發(fā)現(xiàn)工藝的缺陷，同時(shí)也是研究絕緣材料的品質(zhì)和特性，研究絕緣結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)品在各種運(yùn)行條件下的使用性能等各方面的重要手段。對于已投入運(yùn)行的產(chǎn)品，絕緣電阻是判斷產(chǎn)品品質(zhì)變化的重要依據(jù)之一。

絕緣電阻是指絕緣上所加的直流電壓U與泄露電流I之間的比值：

R=U/I

當(dāng)絕緣層加上直流電壓時(shí)，沿絕緣表面和絕緣內(nèi)部均有微弱電流通過，對應(yīng)于這兩種電流的電阻分別稱為表面絕緣電阻和體積絕緣電阻。一般不加特別說明的絕緣電阻均指體積絕緣電阻。

(一)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

鐵標(biāo)TJCL254-2013鐵道客車用電線電纜技術(shù)條件(V1.0)第6.1.3.4條要求標(biāo)準(zhǔn)壁厚電纜20℃和90℃時(shí)的絕緣電阻不得低于標(biāo)準(zhǔn)EN50264-2-1及EN50264-2-2中的相應(yīng)規(guī)定數(shù)值；

第6.2.3.4條要求小尺寸壁厚電纜20℃和90℃時(shí)的絕緣電阻不得低于標(biāo)準(zhǔn)EN50264-3-1及EN50264-3-2中的相應(yīng)規(guī)定數(shù)值；

第6.3.3.4條要求薄壁電纜20℃和90℃時(shí)的絕緣電阻不得低于標(biāo)準(zhǔn)EN50306-2表1中的規(guī)定數(shù)值。

(二)試驗(yàn)方法

按照EN50305第6.4.1及6.4.2節(jié)進(jìn)行線纜的絕緣電阻測試，具體測試方法：

1.環(huán)境溫度下(20℃)的測試：試驗(yàn)應(yīng)在長5m、且經(jīng)過經(jīng)過6.2.1節(jié)試驗(yàn)的線芯試樣上進(jìn)行。試樣應(yīng)在環(huán)境溫度下，在水中至少浸1H，試樣的各端應(yīng)露出水面0.25m。在導(dǎo)體和水之間施加80V至500V的電壓。在施加電壓1min后測量絕緣電阻，并以1km的數(shù)值表述。

2.高溫下(90℃)的測試：試驗(yàn)應(yīng)在長5m線芯試樣上進(jìn)行。試樣應(yīng)在預(yù)熱至90℃水中至少浸1H，試樣的各端應(yīng)露出水面0.25m。在導(dǎo)體和水之間施加80V至500V的電壓。在施加電壓1min后測量絕緣電阻，并以1km的數(shù)值表述。

(三)試驗(yàn)結(jié)果

由于線纜的絕緣電阻與絕緣材料在工作狀態(tài)下的逐步劣化存在極為密切的關(guān)系，故選擇了兩組線纜進(jìn)行對比試驗(yàn)：一組新品，生產(chǎn)時(shí)間與試驗(yàn)時(shí)間在兩個(gè)月以內(nèi)；另一組新品，在庫房放置半年以上。

通過試驗(yàn)得到表3、表4結(jié)果數(shù)據(jù)。

表3

表4

三、結(jié)語

本文通過以鐵標(biāo)TJCL254-2013鐵道客車用電線電纜技術(shù)條件(V1.0)為基礎(chǔ)，對國內(nèi)外軌道交通電線電纜進(jìn)行刮磨、絕緣電阻兩個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行對比驗(yàn)證，一方面理順了試驗(yàn)項(xiàng)目的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求、試驗(yàn)方法；另一方面大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為技術(shù)研發(fā)人員對同規(guī)格、同系列線纜的設(shè)計(jì)選型提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。

國內(nèi)企業(yè)在開發(fā)高端的軌道交通用電線電纜時(shí)，遇到的主要難點(diǎn)是在絕緣和護(hù)套材料等原材料方面。國內(nèi)在基礎(chǔ)原材料的研究和儲備方面比較欠缺，掌握高端絕緣材料的開發(fā)和應(yīng)用將是打破國外關(guān)鍵原材料壟斷和國外電線電纜在軌道交通領(lǐng)域尚無法完全國產(chǎn)化的關(guān)鍵所在。