金杯电工衡阳电缆有限公司 湖南衡阳 421007
摘要：介绍一种8.7/10kV阻燃B类铁路贯通电力电缆的性能要求，对电缆的结构设计，材料选型，制造工艺等进行了探讨，重点说明电缆阻燃B类的设计关键点。
关键词：铁路贯通电力电缆；结构设计；阻燃B类
京张高速铁路是2022年北京冬奥会的重要交通保障设施，是中国大陆第一条采用中国自主研发的北斗卫星导航系统、设计时速为350公里/小时的智能化高速铁路，也是世界上第一条最高设计时速350千米/小时的高寒、大风沙高速铁路。全线新建一条一级负荷 10 千伏贯通线及一条综合负荷 10 千伏贯通线，新建 10 千伏贯通线均采用电缆敷设。我司根据电缆招标文件中技术要求，试制出8.7/15kV阻燃B类铁路贯通电力电缆。
1性能要求
1.1额定电压为8.7/10kV，电缆长期载流量265（A，直埋）、260（A，管槽中），长期运行导体最高温度 90℃，短路时（最长时间5s）电缆导体的最高温度不超过250℃。
1.2电缆成束燃烧使用按照国家标准GB/T 19666进行，电缆满足标准中成束燃烧阻燃B类使用要求。
1.3电缆具备径向阻水要求。
1.4电缆在1.73U0的条件下进行局部放电试验，放电量不大于5pC。
2电缆的结构设计
2.1产品结构设计图
根据电缆在铁路使用的特殊性，结合招标文件技术要求，设计如图1结构。
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图1 8.7/10kV阻燃B类铁路贯通电力电缆结构设计图
2.2导体结构设计
根据电缆长期载流量265（A，直埋）、260（A，管槽中）要求，设计导体截面为70mm2。电缆的导体采用绞合紧压圆形铜导体结构，导体用铜线符合GB/T3953规定，导体的结构和直流电阻符合GB/T3956的规定。导体应圆整、表面光滑、无毛刺，以防止电缆尖端放电现象的发生，建议采用纳米涂层集合紧压模。导体紧压系数要求不低于90%，采用分层紧压方式，同时减少导体的绞合效应和导体损坏，弯曲性能更好。
2.3电缆三层共挤绝缘的确定
电缆额定电压为8.7/10kV，系统最高运行电压Um为12kV，属于GB/T12706.2中C类系统。
导体屏蔽层采用挤包的半导电料，其体积电阻率不超过1000Ω·m，与绝缘层紧密结合，其标称厚度为0.8mm。
绝缘采用交联聚乙烯（XLPE）材料，绝缘标称厚度为4.5mm，且绝缘偏心度≤10%。绝缘应塑化良好、均匀，表面应光滑、圆整，断面无目力可见的气孔和沙眼等缺陷，以防止放电现象的发生。
绝缘屏蔽采用挤包的可剥离型半导电料，其体积电阻率不超过500Ω·m，其标称厚度为0.6mm。
2.4电缆的金属屏蔽层设计
金属屏蔽由一层重叠绕包的软铜带组成，其平均重叠率不小于15%，最小重叠率不小于5%。软铜带厚度不小于0.12mm。
2.5电缆防水层设计
电缆在敷设使用过程中，容易被水浸泡，外界的水分会逐渐渗透到电缆内部，在绝缘层滋生水树，水树在电场的作用下产生电树，最终导致绝缘的击穿，而影响电缆寿命。此次设计电缆应具有径向的阻水功能。电缆样品在水中浸泡 72 小时后，去除绝缘层外面的复合层后，用肉眼观察，绝缘层外表面应是干燥的。
电缆防水层的设计采用铝塑综合结构，铝塑复合带采用1层双面铝塑复合带纵包，其宽度为80mm，厚度为0.25mm。铝塑复合带纵包过程需要用热风枪对铝塑复合带进行加热，使铝塑复合带粘接牢固，搭接处的重叠率不小于6mm。同时，外层挤包聚烯烃隔氧料。由聚烯烃融体的高温和压力作用，将铝塑复合带表面的薄膜与隔氧料内护套层很好的粘连，从而完全堵塞住水气渗入电缆，达到良好的阻水效果。
2.6电缆阻燃层设计
隔离套采用氧指数不低于45的聚烯烃隔氧料，其厚度不小于1.8mm。当电缆遇明火燃烧时，隔氧材料能析出大量水分以降低环境温度，并形成一个不熔不燃的氧化铝硬壳，以隔绝绝缘有机物与外界空气的接触，最终使电缆达到自熄的目的，从而大大提高了阻燃的级别，达到阻燃B类的要求。
2.7电缆金属铠装层设计
电缆在敷设和使用过程中，需有金属铠装层来抵抗一定外力对电缆的伤害，同时，通过金属层的隔热和导热功能，也能提高电缆的阻燃性能。此次电缆为单芯电缆，金属铠装层设计采用非磁性不锈钢带，以避免磁感应产生的涡流现象造成电缆发热击穿。钢带结构采用双层左向间隙绕包方式，钢带宽度为35mm，厚度为不小于0.2mm。绕包间隙不大于钢带宽度的50%，内层钢带的间隙应由外层钢带的中间部分所覆盖，内外层钢带的重叠宽度应小于钢带宽度的15%，不露出缆芯。
2.8电缆外护层设计
电缆的外护层采用阻燃聚乙烯护套料。电缆的敷设环境较为恶劣，多为山区环境，敷设过程中多石子，易造成电缆损伤，因此对护套材料的机械强度要求较高，采用聚乙烯护套料，具备较强的机械强度，能较好的进行电缆防护。同时，电缆需具备阻燃性能，对聚乙烯材料进行适当的阻燃剂添加，以确保电缆遇明火燃烧时不延燃，从而实现阻燃效果。护套标称厚度为2.0mm，颜色采用黄、绿、红进行分相标识。要求平均厚度不小于标称厚度，最薄点的测量厚度不小于标称值的85%，塑化良好、表面光洁、无杂质、焦粒等不良状况。
3.工艺关键点
在试制过程中，按照GB/T12706.2标准要求进行结构设计，在燃烧试验时，无法通过GB/T19666标准成束燃烧阻燃B类试验要求，其燃烧现象为火焰渗入绝缘层内部，造成绝缘层融滴，火焰通道打通，整根电缆烧毁。根据电缆烧毁现象，采用氧指数不低于45的聚烯烃隔氧料作为阻燃层，同时将其厚度增加至不低于1.8mm，通过隔氧料的阻燃机理，能较好的起到降温和结壳作用，较好的隔绝绝缘有机物与外界空气的接触，最终使电缆达到自熄的目的，通过阻燃试验要求。
4.结论
8.7/10kV阻燃B类铁路贯通电力电缆主要指标见表1所示，其性能要求应符合GB/T12706.2及GB/T19666标准要求。
表1 电缆的主要性能指标
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参考文献
[1]中国电器工业协会.额定电压1kV（Um=1.2kV）到35kV（Um=40.5kV）挤包绝缘电力电缆及附件：GB/T12706-2008[S].北京：中国标准出版社.
[2]中国电器工业协会.阻燃和耐火电线电缆试验通则：GB/T19666-2005[S].北京：中国标准出版社.