鐵路長途通信光電綜合纜研發/安徽天纜電氣有限公司長期供應

一、前言
        根據中長期鐵路網規劃，到2020年，我國鐵路營業里程將達到12萬公里以上。其中，新建高速鐵路將達到1.6萬公里以上；加上其他新建鐵路和既有線提速線路，我國鐵路快速客運網將達到5萬公里以上，連接所有省會城市和50萬人口以上城市，覆蓋90％以上人口。新一輪鐵路建設高潮的興起，為鐵路信號電纜生產企業提供了難得的市場機遇。
        鐵路數字信號電纜使用于鐵路信號自動閉塞系統、車站電碼化、計算機連鎖、微機監測、調度集中、調度監督、大功率電動轉轍機等有關信號設備和控制裝置之間傳輸控制信息、監測信息和電能傳輸。而鐵路長途對稱通信電纜主要用于鐵路長途或區間通信，可在電氣化鐵路區段、電力牽引供電系統或強電干擾條件下正常使用。鐵路信號電纜或長途對稱通信電纜結構使用內屏蔽、鋁護套和鋼帶鎧裝等多種屏蔽層，根本目的是通過降低屏蔽系數達到減少回路間的相互干擾和外部電磁干擾之目的，而光纖具有衰減小、抗電磁干擾能力強的先天優勢，有助于降低線路運營成本，提高產品性能，鐵路長途對稱通信電纜正逐步被光纜或光電綜合纜所替代。
 
二、結構設計
        本文以GDL23 20B1+7×4×0.9+9×2×0.7:7組銅芯皮-泡-皮物理發泡絕緣、20芯B類光纖、鋁護套雙鋼帶鎧裝聚乙烯外護套長途對稱通信光電綜合為例進行分析：
        1、皮泡皮絕緣線芯設計
        絕緣線芯采用了皮－泡－皮物理發泡絕緣層，與傳統的化學發泡相比，提高了絕緣線芯的防潮性能、耐老化性能和機械強度。
        根據鐵標TB1478－83工作電容要求，四線組0.9mm≤27nF/km；對絞組0.7mm標準值44 nF/km，大值≤50nF/km。工作電容公式：
                                      （1）
        式中a—回路兩導線中心間距（mm）；四線組：；對絞組=2*d₁
        d—導線直徑（mm）；d₁ —絕緣外徑（mm）；λ—總的絞入率；
        —組合絕緣介質的等效相對介電常數；
        —由于接地金屬護層和鄰近導線產生影響而引用的修正系數；
        四線組：                                  （2）
        對絞組：                                         （3）
        其中k為壓緊系數，取值0.94-0.96。
        計算：
                                         （4）
        絕緣層綜合介電常數：
                                                               （5）
        式中：S₁—內皮面積；—內皮介電常數；
        S_e—發泡面積；—發泡介電常數；
        S₂—外皮面積；—外皮介電常數；
        對于皮泡皮絕緣線芯，內皮厚度為0.02mm；外皮為提高絕緣抗壓縮性能，厚度為0.10mm，均為固定值；故：                                         （6）
                                           （7）
                                                       （8）
        發泡層介電常數：
                                                           （9）
        P—發泡度，取59%
        —發泡料介電常數
        將公式（2）和（4）帶進（1）中，公式（1）中只有一個變量為d₁，運用excel表單變量求解可求出線芯外徑，表1為線芯結構尺寸：

表1

皮泡皮絕緣線芯	工藝結構及公差（mm）	結構示意圖
導體直徑	0.9+0.002 -0.006
內皮厚度	0.02～0.03
發泡層厚度	0.643～0.647
外皮厚度	≥0.06
絕緣線外徑	2.35±0.05

        對絞組：銅線直徑：0.7mm；絕緣外徑1.4mm。

        2、松套管
        由于有9個對絞組和7個四線組，將其中2個對絞組與松套管一起絞合，根據用戶要求10芯/管，20芯光纖共需2個松套管。由于對絞組外徑∮2.8mm已經確定，為保持纜芯圓整松套管外徑也應為∮2.8mm。松套管參數：外徑2.8mm；壁厚0.45mm；余長0.3-0.8‰。
        3、中心加強件
        考慮到中心加強件外均絞合2個對絞組，由于制造缺陷，絕緣單線可能存在針孔等缺陷，如果中心加強采用磷化鋼絲金屬加強件，有可能導致對絞組絕緣出現問題。為此將中心加強件設計為FRP。FRP參數：理論外徑：∮1.2mm，實際外徑∮1.4mm（考慮庫存情況）。
        4、填充繩
        中心加強件外第2絞層如圖1所示為2根松套管和2個對絞組，為使纜芯圓整，需用填充繩填充。考慮到對絞組特點采用聚丙烯填充繩（主要用于電力電纜的填充），PP填充繩柔軟，比重低、介電常數低，能使纜芯更加圓整，同時適當增加絞層外徑。PP填充繩參數：型號規格90mm（膜寬90±5mm，膜厚0.10±0.05mm）。
        5、光單元成纜
        2根松套管和2個對絞組采用光纜常規的SZ絞形式，圖譜排列如圖1所示。設備采用光纜1+12SZ成纜機，絞合節距為200mm，扎紗節距40mm，過線模8.0mm。絞合節距選擇不考慮機械性能特別是拉伸性能要求，而考慮鐵路信號電纜成纜機中心層放線為被動放線的實際情況，需要光單元承受張力而不影響光纖性能指標。光單元外不需繞包或縱包聚酯帶。
        6、7組四線組成纜
        采用鐵路信號電纜JC-630/12+16型成纜機生產，外繞包三層聚酯帶，成纜節距480mm。

圖1  光電綜合纜A端圖譜

        7、鋁護套
        安徽天纜電氣有限公司對長途對稱通信電纜鋁護套采用的鋁板厚度應不小于1.5mm。經過拉拔模拉拔后的鋁護套與纜芯的間隙應在0.5～1.0mm范圍內（纜芯在鋁管內不松動即可），并確保焊接鋁管時不擠壓和燒傷纜芯，鋁護套不圓度應不大于5%。
計算公式：[（D_max-D_min）/D0] ×100%
        公式中 D_min——表示鋁管的小直徑
        D_max——表示鋁管的大直徑
        鋁護套氣密性、機械強度的試驗與控制：
        a）鋁管擴孔試驗——截取約100mm空管兩端平整，使用30°圓錐擴孔工具，將鋁管擴至1.3倍目測無裂紋。
        b）焊縫強度試驗——從鋁管焊縫處截取30×40mm試樣，用兩把克絲鉗沿焊縫兩側夾緊并左、右90^o彎折各2次，焊縫處目測無裂紋。
        8、內墊層
        生產設備：SJ-120+65/25型擠塑機。內墊層采用低密度聚乙烯（LDPE）擠包，護套標稱厚度1.2mm，薄不小于1.0mm。65擠塑機在鋁護套外涂敷一層厚度0.1-0.2mm熱熔膠，目的是增加鋁管與內墊層粘結度。
        9、鋼帶鎧裝
        鎧裝鋼帶應采用厚度為0.5mm鍍鋅鋼帶，雙鋼帶左向間隙繞包，繞包間隙應不大于鋼帶寬度的50%，且內層鋼帶的間隙應為外層鋼帶靠近中間部分所覆蓋，搭蓋率應不小于帶寬的15%。
        10、外護套
        生產設備采用SJ-150/25型擠塑機。外護套采用高壓低密度或線性低密度聚乙烯護套料擠包，其平均厚度不小于標稱厚度1.4mm，且任一點小處厚度不得小于標稱厚度的85%-0.2mm。
 
三、生產過程控制要點
        1、光單元SZ成纜
        生產設備采用光纜高速SZ成纜機。由于該型號光電綜合纜為非填充型，需對光纜SZ成纜機的絞臺、扎紗繞包頭等過線模中的纜膏進行清理。
        2、填充繩接續
        PP填充繩長度一般在幾百米左右，而光電綜合纜長度1km以上，需對PP填充繩事行接續，由于SZ成纜機穿線模尺寸限制，接續處外徑太大易造成斷線。接續時應將PP填充繩兩端各剪細一半，用透明膠帶對接續處纏緊，接續部分外徑不應超過PP填充繩標準外徑。
        3、7組纜芯絞合
        由于鐵路信號電纜用成纜機中心層放線架為被動放線，在起車時，應用手推盤以減輕光單元所受瞬間張力。
        4、鋁護套及后道工序
        由于光電綜合纜生產過程不能接續，因此鋁護套及后道工序生產過程中要特別仔細認真，以防漏焊、折管、脫膠等情況發生造成分盤。
 
四、性能測試
        1、電氣性能

        2、光纖性能

        電纜測試長度為1020m，從上述測試結果來看，各項性能指標均符合標準的要求。

 
五、結束語
        安徽天纜電氣有限公司對鐵路長途對稱通信光電綜合纜結構、工藝和材料進進行了不斷摸索和比對，利用完善的檢測手段和生產過程控制，很好地驗證了結構設計的合理性和有效性。產品各項性能優于標準要求，質量穩定，用戶反映情況良好。