阅读说明：本技术 一种轨道交通用大截面直流牵引电缆及其制造工艺 (Large-section direct-current traction cable for rail transit and manufacturing process thereof ) 是由 陈涛 陈静 徐静 陈兴武 张宇鸥 谢志滨 于 2020-03-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轨道交通用大截面直流牵引电缆及其制造工艺,其中电缆包括由内至外依次设置的导体、包带、乙丙橡皮绝缘、绝缘屏蔽、感知层、薄型阻燃布带和外护套,所述感知层采用信号带电缆,所述外护套采用以EVM为基料的高阻燃橡胶混合料。本发明电缆结构简洁,导体的材料、乙丙橡皮绝缘的材料、薄型阻燃布带的材料和外护套的材料均通过严格筛选,具有优异的安全性能和防水性能,此外,电缆具有高灵敏度的感知结构,能及时监控电缆运行情况,保证线路运行畅通,采用本发明生产工艺可降低了生产制造成本,同时提高生产效率。(The invention discloses a large-section direct-current traction cable for rail transit and a manufacturing process thereof, wherein the cable comprises a conductor, a wrapping tape, an ethylene-propylene rubber insulator, an insulation shield, a sensing layer, a thin flame-retardant cloth tape and an outer sheath which are sequentially arranged from inside to outside, the sensing layer adopts a signal tape cable, and the outer sheath adopts a high-flame-retardant rubber mixture which takes EVM as a base material. The cable has a simple structure, the materials of the conductor, the ethylene propylene rubber insulation, the thin flame-retardant cloth belt and the outer sheath are strictly screened, so that the cable has excellent safety performance and waterproof performance, and in addition, the cable has a high-sensitivity sensing structure, so that the operation condition of the cable can be timely monitored, the smooth operation of a circuit is ensured, the production cost can be reduced by adopting the production process, and the production efficiency is improved.)

一种轨道交通用大截面直流牵引电缆及其制造工艺

技术领域

本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种轨道交通用大截面直流牵引电缆及其制造工艺。

背景技术

国外设计的轨道交通1881年就进入了电气化时代，在牵引电缆方面，国内外设计区别很大，有正负极区分，正极主要用于牵引动力，负极主要用于线路回流。我国轨道交通用直流牵引电缆多采用GB/T28429-2012标准来生产和设计，各层结构具有相对应的作用，例如防水、隔火、阻燃、防鼠蚁等，结构复杂，生产制造成本较高，与国外直流电缆的设计存在较大的差异，本发明为满足国外轨道交通项目而设计，采用更简洁的电缆结构去实现更多的功能，降低了生产制造成本，但同时对结构、材料和生产工艺也提出了较高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种轨道交通用大截面直流牵引电缆及其制造工艺，精简电缆结构的同时保证电缆具有优异的安全性能和防水性能，此外，电缆具有高灵敏度的感知结构，及时监控电缆运行情况，保证线路运行畅通，采用本发明生产工艺可降低了生产制造成本，同时提高生产效率。

实现本发明目的的技术方案是：

一种轨道交通用大截面直流牵引电缆，包括由内至外依次设置的导体、包带、乙丙橡皮绝缘、绝缘屏蔽、感知层、薄型阻燃布带和外护套，所述感知层采用信号带电缆，所述外护套采用以EVM为基料的高阻燃橡胶混合料，其组成及配比以质量份计为：EVM100份、复合阻燃剂100～160份、交联剂3～5份、交联助剂0.5～2份、硼酸锌10～15份、硬脂酸锌3～8份、增塑剂3～15份、防老剂1～3份、补强剂5～10份、促进剂0.5～2份、抗水解剂3～5份、炭黑8～15份。

进一步地，所述导体采用多根镀锡软铜丝绞合而成，要求镀锡软铜丝的断裂伸长率≥25％，20℃直流电阻率≤0.0175Ωm²/m，导体截面达到800m²。

进一步地，所述乙丙橡皮绝缘抗拉强度≥5.0Mpa，断裂伸长率≥200％，满足严格的老化试验和防水性能考核。空气弹老化试验，127℃加速老化42h，抗拉强度和断裂伸长率保留率均≥70％；长期空气烘箱老化实验，110℃加速老化672h，抗拉强度保留率≥60％，断裂伸长率≥150％；防水性能考核，要求14天绝缘长期吸水，绝缘吸水增重≤1mg/cm²，20℃绝缘功率因数≤0.035，20℃绝缘介电常数≤4。

进一步地，所述绝缘屏蔽采用可剥离半导电外屏蔽层。

进一步地，所述薄型阻燃布带抗拉强度≥65N/cm，伸长率≥15％，氧指数OI＞50。

进一步地，所述外护套抗拉强度≥8Mpa，断裂伸长率≥150％，满足严格的老化试验、防水性能考核、热量释放考核、产烟特性考核以及成碳性考核。空气弹老化试验，127℃加速老化40h，抗拉强度和断裂伸长率保留率均≥70％；长期空气烘箱老化试验，120℃加速老化168h，抗拉强度和断裂伸长率保留率均≥60％，防水性能考核，70℃吸水24h，吸水增重≤5mg/cm²；耐油试验，IRM902，100℃，24h，抗拉强度和断裂伸长率保留率均≥60％，氧指数OI≥40，143℃温度试验，焦烧时间达到5min，180℃温度试验，正硫化时间达到6min；将外护套材料做成试片，将试片通过锥形量热仪测试材料的热量释放，热释放总量≤40MJ,热释放峰值≤150kW，热释放速率≤52kW,产烟总量≤1.3m²，产烟速率峰值≤0.2m²/s，产烟速率≤0.17m²/s；将外护套材料制成样条，采用500W的火焰，点火50s后，外护套材料发生滴落的时间≥100s。

一种轨道交通用大截面直流牵引电缆的制造工艺包括：

步骤一：导体制作，以一根镀锡软铜丝为中心，多根镀锡软铜丝依次分层环绕四周，同心复绞，绞合方向为每层左右交替绞合；

步骤二，将步骤一绞合成型的导体外绕包包带，绕包方向与最外层镀锡软铜丝绞合方向相反，搭盖率15～20％，得到电缆线芯；

步骤三：用挤橡机在电缆线芯外层将乙丙橡皮绝缘和绝缘屏蔽进行共挤，所述绝缘屏蔽可剥离，剥离力20～35N；

步骤四：在绝缘屏蔽外层绕包感知层及薄型阻燃布带；

步骤五：将步骤四获得的电缆用挤橡机挤包外护套进行样品制作，再进行性能验证，检测通过后进行下一步；

步骤六：用挤橡机将步骤五检测合格的电缆外层挤包外护套制成成品电缆。

进一步地，所述步骤四中，感知层及薄型阻燃布带同时绕包，所述薄型阻燃布带采用低烟无卤带绕包两层，搭盖率40～50％。

进一步地，步骤五中，所述性能验证包括但不限于成束燃烧A类试验，要求样品电缆燃烧40min，燃烧高度不超过2.5m，烟密度≥70％。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：

(1)本发明电缆结构简洁，外护套采用以EVM为基料的高阻燃橡胶混合料，具有高弹性，力学性能优异，采用复合型无卤阻燃剂，氧指数可达到40～50，具有高阻燃性能，并且无卤环保，具有良好的耐温性能，长期最高使用温度可达到125℃，具有优异的安全性能和防水性能，此外，电缆具有高灵敏度的感知结构，能及时监控电缆运行情况，保证线路运行畅通。

(2)本发明电缆导体采用镀锡软铜丝，耐腐蚀，高载流量，电缆的截面达到800平方以上，采用直流输电，载流量超过1520A，是常规直流电缆的2倍以上。

(3)本发明电缆绝缘和护套材料都要进行严格的老化试验和防水性能考核，保证电缆可以满足50年的运行，同时无需阻水层、隔火层、防水层等专门的结构就可以满足防水和阻燃的要求，生产成本降低20％，生产效率提高30％。

(4)本发明所采用的护套材料经过了特殊筛选，保证样品合格率，从热量释放、产烟特性以及成碳性上考核，保证最终成品电缆满足成束燃烧A类，燃烧性能B1级，燃烧高度不超过1m，电缆的烟密度超过70％。

(5)本发明电缆生产工艺，通过专门的样品性能验证，不仅可以确认护套的生产工艺，缩减产品的研发时间，同时可以降低研发过程中样品试制的浪费，采用常规的生产流程，硫化过程需要100～150m的电缆，本产品性能验证过程可根据试验要求进行样品的制备，节约60％以上的样品费用。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明的电缆结构示意图。

附图中标号为：导体1、包带2、乙丙橡皮绝缘3、绝缘屏蔽4、感知层5、薄型阻燃布带6、外护套7。

具体实施方式

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

本发明提供了一种轨道交通用大截面直流牵引电缆及其制造工艺，用于解决现有技术中轨道交通用直流电缆结构复杂，生产成本高，无法监控电缆运行情况的问题，下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

(实施例1)

见图1，本实施例的一种轨道交通用大截面直流牵引电缆，包括由内至外依次设置的导体1、包带2、乙丙橡皮绝缘3、绝缘屏蔽4、感知层5、薄型阻燃布带6和外护套7，所述包带2为半导电尼龙带，绝缘屏蔽4采用可剥离半导电外屏蔽层。

导体1采用91根丝径为3.4mm的镀锡软铜丝绞合而成，耐腐蚀，载流量高，每根镀锡软铜丝的断裂伸长率≥25％，20℃直流电阻率≤0.01750Ωmm²/m。采用1+6+12+18+24+30的结构进行绞合，控制导体1的绞合节距从内到外依次为：253～303mm、421～505mm、472～590mm、455～607mm、482～556mm。导体1的外径控制在37.1～37.4mm，本实施例镀锡软铜丝的断裂伸长率为28％，20℃直流电阻率0.01725Ωmm²/m，导体1的外径为37.2mm，截面达到800m²，采用直流输电，载流量超过1520A，是常规直流电缆的2倍以上；国内常规框绞机最大课采用91根丝进行绞合，因此无需增加设备即可满足生产所能达到的最大导体截面；结合节距控制是根据节径比进行计算，从内层到外层节径比逐渐减小，绞合时不容易断丝，卡模，保证绞合紧密，不易松散。

乙丙橡皮绝缘3平均厚度≥4.5mm，最薄点厚度≥4.0mm，绝缘性能要求，抗拉强度≥5.0Mpa，断裂伸长率≥200％，满足严格的老化试验和防水性能考核。本实施例乙丙橡皮绝缘3平均厚度为4.8mm，最薄点厚度为4.1mm，老化试验前抗拉强度在8Mpa，断裂伸长率在300％。空气弹老化试验，127℃加速老化42h，要求抗拉强度和断裂伸长率保留率均≥70％，本实施例空气弹老化试验后，抗拉强度和断裂伸长率保留率保留率在85～95％；长期空气烘箱老化试验，110℃加速老化672h，要求抗拉强度保留率≥60％，断裂伸长率≥150％，本实施例长期烘箱老化试验实测抗拉强度保留率在90～98％，断裂伸长率250～300％；防水性能考核，要求14天绝缘长期吸水，绝缘吸水增重≤1mg/cm²，20℃绝缘功率因数≤0.035，20℃绝缘介电常数≤4，本实施例吸水增重实测0.05mg/cm²，20℃绝缘功率因数0.021，20℃绝缘介电常数为3.0～3.1。

感知层5采用信号带电缆，厚度不超过0.2mm，宽度15mm，本实施例感知层5厚度为0.18mm，以间隙螺旋缠绕的方式包覆在电缆的绝缘屏蔽4外。在感知层5通入微电流，当电缆的温度升高破坏时，微电流发生变化，从而反馈信号给终端，及时对电缆进行维护。

薄型阻燃布带6平均厚度为0.08mm，抗拉强度≥65N/cm，伸长率≥15％，氧指数OI＞50，本实施例抗拉强度73N/cm，伸长率22％，氧指数65。

外护套7采用以EVM为基料的高阻燃橡胶混合料，其组成及配比以质量份计为：EVM700HV 100份、复合阻燃剂120份、交联剂DCP 5份、交联助剂TAC 0.5份、硼酸锌13份、硬脂酸锌4份、增塑剂TOTM 4份、防老剂RD/4010 1.5份、补强剂氧化硅5份、促进剂TBTD-70/ETU 1份、抗水解剂聚碳化二亚胺3份、炭黑10份。绝缘平均厚度≥4.5mm，最薄点不低于4.0mm，抗拉强度≥8Mpa，断裂伸长率≥150％，本实施例外护套7材料实测抗拉强度为12Mpa，断裂伸长率为205％。要求满足严格的老化试验、防水性能考核、热量释放考核、产烟特性考核以及成碳性考核。本实施例绝缘平均厚度4.7mm，最薄点厚度为4.1mm。空气弹老化试验，127℃加速老化40h，抗拉强度和断裂伸长率保留率均≥70％，本实施例空气弹老化试验抗拉强度和断裂伸长率保留率实测90％～95％；长期空气烘箱老化试验，120℃加速老化168h，抗拉强度和断裂伸长率保留率均≥60％，本实施例长期空气烘箱老化试验抗拉强度和断裂伸长率保留率实测90％～95％；防水性能考核，70℃吸水24h，吸水增重≤5mg/cm²，本实施例吸水增重实测0.5mg/cm²；耐油试验，IRM902，100℃，24h，抗拉强度和断裂伸长率保留率均≥60％，氧指数OI≥40，本实施例抗拉强度和断裂伸长率保留率实测90％～95％，氧指数OI实测43；143℃温度试验，焦烧时间达到5min，180℃温度试验，正硫化时间达到6min。护套材料同时满足以下评定要求：(1)取适量的胶片，放入长×宽×厚＝100mm×100mm×3mm的模具中，在平板硫化机上进行硫化，温度180℃，时间30min，压力5～6MPa，本实施例压力设定5MPa，后停止加热保压15min，将做好的试片通过锥形量热仪测试材料的热量释放，热释放总量≤40MJ，热释放峰值≤150kW，热释放速率≤52kW，产烟总量≤1.3m²，产烟速率峰值≤0.2m²/s，产烟速率≤0.17m²/s；(2)将材料制成200mm长10mm宽的样条，采用500W的火焰，点火50s后，护套材料发生滴落的时间≥100s。

一种轨道交通用大截面直流牵引电缆的制造工艺包括：

步骤一：导体1制作，91根镀锡软铜丝分六层依次环绕四周，采用1+6+12+18+24+30的结构进行同心复绞，即第一层为1根镀锡软铜丝，第二层为6根镀锡软铜丝环绕包裹第一层，以此类推，第6层为30根镀锡软铜丝环绕包裹第5层，每层相邻镀锡软铜丝两两相切设置，绞合方向为左向+右向+左向+右向+左向。

步骤二，将步骤一绞合成型的导体1外绕包半导电尼龙带，绕包方向为右向，搭盖率18％，得到电缆线芯。

步骤三：用挤橡机在电缆线芯外层将乙丙橡皮绝缘3和绝缘屏蔽4进行共挤，所述绝缘屏蔽4可剥离，采用可剥离半导电外屏蔽层，剥离力30N，厚度为0.6mm。采用150挤橡机生产乙丙橡胶绝缘3，机身温度为90℃～100℃，本实施例机身温度设置为95℃；采用90挤橡机生产可剥离半导电外屏蔽层，机身温度为90℃～100℃，本实施例机身温度设置为95℃；共挤时机头温度设定为80℃～100℃，本实施例机头温度设定为90℃；生产速度为7～8m/min，气压为7～9bar，硫化管温度170～190℃，本实施例生产速度为7m/min，气压为8bar，硫化管温度180℃。

步骤四：在绝缘屏蔽4外层绕包感知层5及薄型阻燃布带6；感知层5及薄型阻燃布带6同时绕包，搭盖率45％，提高生产效率，感知层5采用间隙螺旋缠绕的方式，间隙为3～5mm，本实施例间隙设定为4mm，薄型阻燃布带6采用低烟无卤带绕包两层。

步骤五：将步骤四获得的电缆用挤橡机挤包外护套7进行样品制作，再进行性能验证，检测通过后进行下一步；所述性能验证包括但不限于成束燃烧A类试验，具体方法为采用150挤塑机在线芯表面挤塑厚度约为5.5mm的护套材料，控制电缆的外径为60.5～61.0mm，放入模压机，模压机模具为圆形，内径为59.5～60.0mm，模具长度约为600mm，模具内涂覆高粘聚硅氧烷脱模剂，控制模压机的压力为9～12Mpa，温度175～185℃，保压30min，然后常温保压30min。根据需求进行制备0.6～3.5m长的样品，取4根样品进行成束燃烧A类试验，要求样品电缆燃烧40min，燃烧高度不超过2.5m，烟密度≥70％。本实施例成束燃烧A类试验，挤塑机在线芯表面挤塑厚度为5.5mm的护套材料，电缆的外径为60.8mm，模压机的压力为10Mpa，温度180℃，制备3.5m长的样品，取4根样品进行成束燃烧A类试验，样品电缆燃烧40min，燃烧高度0.5m，烟密度80％。本发实施例通过专门的样品性能验证，不仅可以确认外护套7的生产工艺，缩减产品的研发时间，同时可以降低研发过程中样品试制的浪费，采用常规的生产流程，硫化过程需要100～150m的电缆，本产品性能验证过程可根据试验要求进行样品的制备，节约60％以上的样品费用。

步骤六：用挤橡机将步骤五检测合格的电缆外层挤包外护套7制成成品电缆。采用150挤橡机生产，机身温度为100℃～110℃，机头温度设定,90℃～110℃；生产速度为5～6m/min，气压为9～12bar，硫化管温度180～200℃。本实施例机身温度为105℃，机头温度设定100℃；生产速度为6m/min，气压为10bar，硫化管温度190℃。

本实施例电缆结构简洁，护套采用以EVM为基料的高阻燃橡胶混合料，具有高弹性，力学性能优异，采用复合型无卤阻燃剂，氧指数可达到40～50，具有高阻燃性能，并且无卤环保，具有良好的耐温性能，长期最高使用温度可达到125℃，具有优异的安全性能和防水性能，此外，电缆具有高灵敏度的感知结构，能及时监控电缆运行情况，保证线路运行畅通。

本实施例电缆绝缘和护套材料都要进行严格的老化试验和防水性能考核，保证电缆可以满足50年的运行，同时无需阻水层、隔火层、防水层等专门的结构就可以满足防水和阻燃的要求，生产成本降低20％，生产效率提高30％

(实施例2)

实施例2EVM 500HV 100份、复合阻燃剂140份、交联剂DCP 5份、交联助剂TAC0.5份、硼酸锌10份、硬脂酸锌5份、增塑剂TOTM 4份、防老剂RD/4010 1.5份、补强剂氧化硅5份、促进剂TBTD-70/ETU 1份、抗水解剂聚碳化二亚胺3份、炭黑12份。

(实施例3)

实施例3EVM 800HV 100份、复合阻燃剂150份、交联剂DCP 5份、交联助剂TAC0.5份、硼酸锌15份、硬脂酸锌5份、增塑剂TOTM 8份、防老剂RD/4010 1.5份、补强剂氧化硅5份、促进剂TBTD-70/ETU 1份、抗水解剂聚碳化二亚胺3份、炭黑10份。

实施例1、实施例2以及实施例3电缆与现有技术电缆相关性能对比见表1。

表1电缆性能对比

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。