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中压盾构机电缆的研发

发表时间：2021/6/17 来源：《基层建设》2021年第6期作者：吕鑫

[导读]

        特变电工（德阳）电缆股份有限公司四川省德阳市 618000
        一、引言
        盾构机全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械。盾构机具有一次开挖完成隧道的特色，从开挖、推进、撑开全由该机具完成，开挖速度是传统钻爆法的5倍，然而该机具完全无法模组化，只能依照开挖隧道的直径订作，因此购买价格不菲。
        中国的盾构机产量高速增长，技术水平不断进步，在全球竞争力显著增强，出口保持稳定的增长态势，进口量有较为明显的减少，2019年有所回升。中金企信国际咨询统计数据显示：2017年我国盾构机产量为561台，2018年我国盾构机产量为580台，2019年我国盾构机产量约为640台。到2020年，国产盾构机已走过18年，从开始85%依赖进口，到现在输出全球，占全球市场份额三分之二以上。中国已经成为全球最大的盾构机市场，也是最大的盾构机生产国。
        二、盾构机电缆的特性
        中压盾构机电缆主要为额定电压8.7/15kV及以下盾构机用电力电缆，电缆主要用在盾构机上传输电力，由于受使用环境的限制，该电缆除满足普通电力电缆的一般性能外，还必须具有优异的耐油污性、耐泥浆性、耐摩擦性、耐高低温性、柔软性、抗弯曲性能、高抗拉性、高阻燃性、低烟无卤无毒等优异的特殊性能，另外还必须具有优异的频繁卷绕性能。
        三、电缆结构设计方案
        1、产品主要工艺流程
        购入铜杆-束线和绞制-内屏蔽-绝缘-外屏蔽-金属屏蔽-成缆-外护套。
        2、电缆主要结构
        导体导体采用软圆铜线或镀锡软铜线，其性能符合IEC 60228中第5种导体的要求。产品采用多股绞合的镀锡细铜丝作为导体，充分保证了电缆的柔软性能，满足了电缆在移动场合使用的要求
        绝缘绝缘采用了内屏蔽、绝缘层、外屏蔽结构，为了减少导体毛刺导致绝缘击穿或降低绝缘屏蔽的平整度，在导体外面绕包了一层半导电尼龙带；产品采用柔软耐低温的半导电内外屏蔽料作为绝缘内外屏蔽，采用高电性能高弹性热动态硫化橡胶作为绝缘材料，保证了电缆良好的耐电压性能，同时也很好地适应了电缆的使用环境。

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        金属屏蔽在绝缘屏蔽外设置了镀锡铜丝编织屏蔽，电缆的金属屏蔽采用了分相金属编织屏蔽结构，保证了电缆的电气性能，使得电缆在使用时不受外界干扰，且与电缆的柔韧性能相符合。
        护套电缆护套采用了聚氨酯弹性体材料，护套具有较高强度和弹性具有优异的耐油性、耐磨性；确保了在使用中的耐磨、耐弯曲、耐油等特殊性能需求。
        四、电缆性能保障
        1、电缆的耐卷绕性能根据盾构机组使用特点，电缆要长期往返移动，与其相配套的电缆也必须适应频繁弯曲卷绕的性能，员通过对电缆结构调整，实现了电缆的抗弯曲和耐卷绕性能要求，电缆安装在一个不大于电缆外径5倍的卷筒上面，电缆来回卷绕9000次，试验完成后电缆应经受3.5U0试验电压不击穿，且电缆表面无目力可见裂纹。
        2、优异的耐油污和耐泥浆性能盾构机所使用的环境较恶劣，电缆表面经常有油污和泥浆，会加速绝缘及护套材料的老化速度，大大削减其使用寿命。盾构机专用电缆必须具备很好的耐油和耐泥浆性能，以减少线路维护成本。电缆护套材料耐油性能必须满足在100±2℃下，浸入ASTM 2#标准油中168小时后断裂伸长率变化率不大于40%；耐泥浆性能必须满足在100±2℃下，浸入IRM903号油中168小时后，抗张强度和断裂伸长率不大于30%。
        3、运行条件下电缆保持柔软特性盾构机电缆在工作环境中，长期反复处于移动和卷绕的状态下，并且随着隧道长度的延伸不断向前推进，电缆的整体将逐步受到不同程度的磨损和扭曲，趋于变形和实效状态，所以电缆的耐扭转和柔软性必须得到保证。
        4、电缆护套具有极高强度电缆护套采用热塑性聚醚型聚氨酯类弹性体材料，其抗拉强度一般在25～40MPa，断裂伸长率在650～750%，抗撕裂能力在18～27MPa，并且耐低温超过零下50℃，同时阻燃材料中不含重金属和毒性成分，符合欧盟的环保标准要求，该护套材料是取代氯丁橡胶作为盾构机电缆护套的最好材料。经过验证，性能指标优于氯丁橡胶。
        五、性能测试
        以电缆的典型型号规格DGGN-18/30kV-3*70为例，产品性能达到了设计时的水平。性能完全合格。
        六、结束语
        经过对电缆进行了第三方测试和用户的试用，产品性能完全合格且符合客户苛刻的使用环境要求。