新型雙層絕緣系統(tǒng)軌道交通車(chē)輛用電纜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電纜制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型雙層絕緣系統(tǒng)軌道交通車(chē)輛用 電纜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前我國(guó)軌道交通業(yè)正處于蓬勃發(fā)展的時(shí)代，鐵路運(yùn)輸掀起了高速化、重載化的 新高潮，城市軌道交通也得到了極大的發(fā)展。在這種大好形勢(shì)下，為響應(yīng)國(guó)家高鐵走出去的 發(fā)展戰(zhàn)略，中國(guó)南車(chē)、中國(guó)北車(chē)集團(tuán)已經(jīng)合并，我國(guó)的軌道交通車(chē)輛行駛區(qū)域?qū)恼麄€(gè)中國(guó) 擴(kuò)展到整個(gè)世界。軌道交通車(chē)輛在行駛過(guò)程中，不得不循環(huán)經(jīng)歷著各種高原、丘陵、平原以 及盆地等復(fù)雜交錯(cuò)的地形以及高低溫、冰凍、雨雪等惡劣環(huán)境，自然對(duì)軌道交通車(chē)輛電纜提 出了更高的要求。尤其軌道車(chē)輛用電纜型式檢驗(yàn)過(guò)程中模擬的試驗(yàn)環(huán)境與軌道車(chē)輛真實(shí)的 運(yùn)行環(huán)境有一定差距，所以電纜各項(xiàng)性能指標(biāo)留有足夠的余量是必要的。
[0003] 現(xiàn)有使用量最大的額定電壓3. 6/6kV及以下具有特殊防火性能的軌道交通車(chē)輛 電纜是依據(jù)EN50264《具有特殊防火性能的軌道交通車(chē)輛用動(dòng)力、控制電纜》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn) 的，生產(chǎn)工藝一般都是導(dǎo)體外擠包單層低煙無(wú)鹵阻燃交聯(lián)聚烯烴（XLPO)材料，根據(jù)現(xiàn)有成 熟技術(shù)，在同一款材料中單一性能如耐低溫、耐油、低煙、無(wú)鹵、阻燃等要求是可以滿(mǎn)足的， 但是各性能卻存在一個(gè)此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，因此確定絕緣材料各性能的平衡點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出各項(xiàng) 性能優(yōu)異，且能夠穩(wěn)定批量生產(chǎn)的材料難度極大。并且成品電纜通過(guò)DC穩(wěn)定性試驗(yàn)驗(yàn)證， 4_2及以下規(guī)格電纜通過(guò)率低，導(dǎo)致電纜在潮濕工作環(huán)境下的長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，極易造成 絕緣電阻降低，容易引發(fā)事故，目前已經(jīng)有用戶(hù)反映過(guò)此類(lèi)問(wèn)題。
[0004] 傳統(tǒng)的雙層結(jié)構(gòu)絕緣生產(chǎn)工藝采用內(nèi)層絕緣、外層絕分別依次擠出完成，使用的 塑料擠出機(jī)組是在現(xiàn)有絕緣擠出機(jī)前加另外裝一臺(tái)型擠出機(jī)用做內(nèi)絕緣層的擠出，兩機(jī)頭 間的距離為1. 5米左右，其間安裝一臺(tái)風(fēng)冷裝置，使內(nèi)絕緣能能得到及時(shí)和有效的冷卻。若 不在兩個(gè)機(jī)頭間進(jìn)行冷卻固化，則在外絕緣擠出時(shí)，內(nèi)絕緣極容易造成機(jī)械損傷，因此內(nèi)外 絕緣間的溫差不可避免。在電纜外絕緣擠出后，內(nèi)、外絕緣冷卻收縮不一致，導(dǎo)致內(nèi)、外絕緣 間存有應(yīng)力使電纜內(nèi)、外絕緣分層，無(wú)法起到與單層絕緣相同的效果，嚴(yán)重影響電纜的電氣 性能、物理機(jī)械性能和安全性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，將單層絕緣材料各批次 間的性能差異導(dǎo)致電纜性能的波動(dòng)程度降到最低，并同時(shí)提高各項(xiàng)性能指標(biāo)的余量，提供 一種新型雙層絕緣系統(tǒng)軌道交通車(chē)輛用電纜及其制備方法。在雙層絕緣結(jié)構(gòu)中，內(nèi)層絕緣 采用20°C體積電阻率不小于IO14Q?cm的交聯(lián)聚烯烴材料，保證電纜20°C和90°C時(shí)的絕 緣電阻、DC穩(wěn)定性、表面漏電流等電氣性能要求；外層絕緣系統(tǒng)采用耐IRM902#礦物油、耐 IRM903#燃料油、耐酸堿、耐臭氧的交聯(lián)聚烯烴材料，保證電纜的各項(xiàng)物理機(jī)械性能。并且二 者同時(shí)滿(mǎn)足低煙無(wú)鹵低毒要求，保證電纜的防火性能要求。由于內(nèi)層絕緣系統(tǒng)以電氣性能 為主，外層絕緣系統(tǒng)以物理機(jī)械性能為主，因此各層絕緣系統(tǒng)在減少性能項(xiàng)點(diǎn)后，將此消彼 長(zhǎng)的性能關(guān)聯(lián)性降到最低，同時(shí)各項(xiàng)性能指標(biāo)余量增大，進(jìn)而保證了每批電纜性能的穩(wěn)定 性和一致性。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種新型雙層絕緣系統(tǒng)軌道交通車(chē)輛用電纜，所述電纜 包括導(dǎo)體層，所述導(dǎo)體層外設(shè)有兩層絕緣層，所述絕緣層分別為內(nèi)絕緣層和外絕緣層，所述 導(dǎo)體層與所述內(nèi)絕緣層之間還設(shè)有內(nèi)包帶，所述內(nèi)包帶的覆蓋率不小于20%，所述外絕緣 層外設(shè)有外包帶和護(hù)套，所述導(dǎo)體層采用鍍錫導(dǎo)體，且采用外徑不小于〇.Imm的單絲按照 相鄰層絞向相反的方式進(jìn)行絞合，各層導(dǎo)體單絲根數(shù)按照（n-1) *6的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中 n彡2,為絞合層數(shù)。
[0007] 作為優(yōu)化，所述內(nèi)絕緣層采用20°C體積電阻率不小于IO14Q?cm的交聯(lián)聚烯烴材 料，保證電纜20°C和90°C時(shí)的絕緣電阻、DC穩(wěn)定性、表面漏電流等電氣性能要求；外絕緣層 采用耐IRM902#礦物油、耐IRM903 #燃料油、耐酸堿、耐臭氧的交聯(lián)聚烯烴材料，保證電纜的 各項(xiàng)物理機(jī)械性能；內(nèi)絕緣層、外絕緣層同時(shí)具有PH彡4. 3、電導(dǎo)率彡IOiis/mm、HCL及HBr 含量彡0. 5%、HF含量彡0. 1%、毒性指數(shù)彡3等低煙無(wú)鹵低毒的特點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明還公開(kāi)了一種新型雙層絕緣系統(tǒng)軌道交通車(chē)輛用電纜的制備方法，包括中 拉、小拉、退鍍、束絲或絞線(xiàn)、絕緣、輻照、繞包、護(hù)套、輻照共9個(gè)工序，其中絕緣工序?yàn)殛P(guān)鍵 工序，控制點(diǎn)包括材料預(yù)熱、濾網(wǎng)選擇、模具配比和冷卻水溫度確定四個(gè)方面： 材料預(yù)熱：為保證在螺桿熔融段區(qū)間內(nèi)，材料充分的熔融，要求在螺桿加料段的材料具 有50°C~70°C的初始溫度，同時(shí)要求溫度保持在材料熔點(diǎn)以下，以保證材料能夠穩(wěn)定的向 前推進(jìn)； 濾網(wǎng)選擇：在機(jī)頭與螺桿連接法蘭處的蜂窩板上，添加一層80目的鋼制濾網(wǎng)，濾網(wǎng)與 螺桿同側(cè)，并應(yīng)完全包裹于蜂窩板上，以增加螺桿均化段熔融材料的壓力，強(qiáng)化螺桿的回流 作用，避免在擠塑生產(chǎn)過(guò)程中，升、降速度引起螺桿出膠量不穩(wěn)而導(dǎo)致電纜外徑不穩(wěn)現(xiàn)象的 發(fā)生； 模具配比：在同一個(gè)機(jī)頭內(nèi)完成雙層共擠，模具依次包括內(nèi)模、中模和外模，且Dl=d+0. 18mm；D2=d+2r+0. 2mm;D3=D_0. 1mm，其中D=電纜外徑，Dl=內(nèi)模內(nèi)孔尺寸，D2=中 模內(nèi)孔尺寸，D3=外模內(nèi)孔尺寸，d=導(dǎo)體外徑，r=內(nèi)層絕緣壁厚=1/2X單層絕緣厚度；為保 證電纜外徑均勻，機(jī)頭內(nèi)壓力穩(wěn)定，要求內(nèi)模、中模和外模的承徑區(qū)長(zhǎng)度依次為L(zhǎng)l=7~8mm、 L2=L5~2mm、L3=L5~2mm; 冷卻水溫度確定：電纜經(jīng)過(guò)外模定型后，為保證電纜絕緣層在冷卻過(guò)程中熱量均勻散 發(fā)，雙層結(jié)合處無(wú)應(yīng)力存留以及無(wú)絕緣驟冷開(kāi)裂現(xiàn)象，冷卻過(guò)程采用長(zhǎng)度不小于30米，溫 度逐級(jí)遞減的水冷系統(tǒng)，要求第一節(jié)水槽溫度不低于80°C，各節(jié)水槽以15°C遞減至室溫。
[0009] 有益效果：本發(fā)明通過(guò)改善雙層擠出工藝，使內(nèi)絕緣層和外絕緣層緊密的結(jié)合在 一起，實(shí)現(xiàn)了雙層絕緣系統(tǒng)軌道交通車(chē)輛電纜的設(shè)計(jì)，可滿(mǎn)足額定電壓3. 6/6kV及以下的 使用范圍，以EN50264-3-1 600V1.5M電纜為例，雙層絕緣系統(tǒng)可顯著提高電纜各項(xiàng)指標(biāo) 余量，并且各批次材料性能穩(wěn)定，明顯提升電纜長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性、可靠性，滿(mǎn)足了國(guó)家遠(yuǎn) 距離高速/重載運(yùn)行列車(chē)連續(xù)跨區(qū)域運(yùn)行的發(fā)展戰(zhàn)略要求。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的電纜結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明的電路制備流程示意圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明的擠塑工序流程示意圖。
[0013] 圖4為本發(fā)明的擠出模具結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖1和附圖2對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)闡述： 圖1為一種新型的雙層絕緣系統(tǒng)軌道交通車(chē)輛用電纜。電傳輸部分由導(dǎo)體層1組成。 其中，為了提高導(dǎo)體抗氧化，耐腐蝕性能，采用鍍錫工藝進(jìn)行生產(chǎn)；為了保證導(dǎo)體圓整，各層 導(dǎo)體單絲根數(shù)按照（n-1) *6的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中n> 2,為絞合層數(shù)；為了保證導(dǎo)體絞合 緊實(shí)，采用外徑不小于〇.Imm的單絲按照相鄰層絞向相反的絞合方式，并且在規(guī)格為16mm2 及以上的導(dǎo)體外繞包一層內(nèi)包帶2扎緊，當(dāng)電纜電壓為3. 6/6kV時(shí)，為同時(shí)能夠起到均化電 場(chǎng)的作用，導(dǎo)體外的內(nèi)包帶2應(yīng)采用半導(dǎo)電材質(zhì)；為了防止導(dǎo)體在彎曲時(shí)，出現(xiàn)包帶褶皺或 漏包的現(xiàn)象，要求包帶搭蓋率不小于20%。
[0015] 由于軌道交通車(chē)輛運(yùn)行環(huán)境惡劣，為保證絕緣性能的穩(wěn)定性和各性能較高的余 量，采用雙層絕緣系統(tǒng)，雙層絕緣系統(tǒng)由內(nèi)絕緣層3和外絕緣層4組成。其中內(nèi)絕緣層3采 用20°C體積電阻率不