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1結構與性能參數的設計

為了滿足軌道交通安全系統的要求，本公司結合國內實際需要，對上述上海軌道交通信號系統用有源信標電纜的結構和性能進行了分析和優化設計。

1.1內導體結構及直流電阻式中R20的單位為Ω；ρ20為導體20℃時的體積電阻系數，一般為0．017241Ω•mm2／m；L為絞合導體長度，單位為m；S為導體截面積，單位為mm2；K為絞合系數，一般軟結構的電纜導體絞合及成纜總的絞合系數K≤1．025，故取值1．025；n為絞合根數，d0為單根導線直徑。根據GB／T3956—2008《電纜的導體》中規定2類導體銅絲根數為7，并考慮制造過程中導體不可避免地局部拉細，為確保20℃導體直流電阻≤22Ω／km的性能指標，通過上式可計算得導體最小直徑為0．386mm。如考慮加工過程中導線的拉伸，在企業現有的設備、工藝、工裝、人員條件下，及招標文件要求的導體截面積≥0．88mm2，本公司選定有源信標電纜導體為7根直徑0．40mm的銅線絞合。

1.2線對工作電容和交流耐電壓該有源信標電纜的結構為對稱結構，其線對工作電容C的計算公式為：式中C的單位為nF／km；a為線對導體中心距，單位為mm；d為導體等效直徑，單位為mm，取值1．2mm；λ為絞入系數；φ為由于接地金屬屏蔽修正系數；d1為絕緣線芯直徑，單位為mm；D為屏蔽直徑，單位為mm；εD為等效相對介電常數；εK為空氣相對介電常數；SK為空氣面積，單位為mm2；εG為絕緣相對介電常數；SG為絕緣面積，單位為mm2。通過式（3）可知，線對工作電容C與組合后的絕緣材料的等效相對介電常數εD成正比，綜合考慮絕緣耐電壓的要求以及低密度聚乙烯（LDPE）具有較低的相對介電常數（≤2．3），因此優先選擇了LDPE作為絕緣介質，以獲得較低的線對工作電容。雖然從性能設計方面考慮，工作電容越小，絕緣電阻越高、介質耐電壓越高，絕緣厚度也應設計得越厚越好，但根據以往的對稱電纜研制經驗，一般絕緣外徑與導體直徑之比d1／d＝1．6～2．4。綜合考慮后取絕緣標稱厚度為0．6mm，即d＝1．2mm，d1＝2．4mm，d1／d＝2，再將D＝7．3mm，a＝2．4mm，λ＝1．01，εD＝1．83，φ＝0．803，代入式（3）可計算出線對間工作電容C＝44．1nF／km。該值滿足招標文件要求的線對間工作電容≤45．3nF／km，實際上絞對和擠介質層后εD還會下降，因此實際的線對工作電容C將比設計值更低。由于LDPE絕緣長期工頻耐電壓＞30kV／mm，因此絕緣厚度為0．6mm時電纜的交流耐電壓能滿足設計要求。

1.3絕緣電阻電纜絕緣電阻RI計算公式為：

1.4固有衰減系數低頻時電纜的固有衰減系數α近似計算公式為：

1.5特性阻抗Zc對稱屏蔽電纜特性阻抗Zc的理論計算公式為。

1.6電纜總體結構的確定本公司通過上述理論計算和性能分析，并結合對稱射頻電纜及地鐵用通信電纜等相關產品結構及生產工藝，設計生產了滿足上海軌道交通信號系統要求型號、規格的WDZ－PYYP312×0．88有源信標電纜。該電纜的結構如圖1所示，導體為7根直徑0．40mm的銅線絞合；絕緣材料為LDPE，絕緣厚度為0．6mm，公差為±0．05mm，色譜為紅、棕；絕緣線對左向絞合，絞合節距比不大于24d1；擠出LDPE介質層；編織雙層鍍錫銅線屏蔽；外有隔離層；擠包阻燃低煙低鹵內襯層；鍍鋅鋼絲編織鎧裝層；擠包低煙無鹵阻燃聚烯烴外護套。

2性能測試及設計優化改進

本公司在確定WDZ－PYYP312×0．88有源信標電纜結構參數后，將技術方案提交給卡斯柯信號有限公司，經設計評審，編制了工藝文件、檢驗指導書等。本公司按設計方案，分三批次（分別為1km、5km、10km）進行了WDZ－PYYP312×0．88有源信標電纜樣品試制。在按設計進行樣品試制過程中，本公司發現絕緣和介質層粘連、鋼絲從護套戳出的現象，這是前期設計時考慮不周之處。經分析，發現產生上述問題的主要原因是：a．絕緣與介質層之間的間隙過小，而材料又相同，一旦配模具系數過大，包的過緊，就會出現絕緣和介質層粘連。b．鋼絲接頭處理不當造成護套有鋼絲戳出現象。為此，本公司采取了以下措施：絕緣在試電時涂抹硅油，防止粘連；介質層擠出時采用擠管式，降低介電常數；成纜后增加一層聚酯；鋼絲接頭用銀焊，編織換錠時做好處理，并繞包一層無鹵阻燃玻璃布帶，這樣既可以提高阻燃性，又能提高機械性能。本公司對設計優化改進后生產的WDZ－PYYP312×0．88有源信標電纜樣品的主要電氣性能進行了測試，測試結果如表1所示，可見該有源信標電纜結構設計合理，具有直流電阻低、電容低、衰減小等優異性能，且阻抗可與國產信標匹配。2012年6月，卡斯柯信號有限公司對本公司生產的長為6．7km的WDZ－PYYP312×0．88有源信標電纜進行了LEU—信標電纜功能測試（即傳輸電報文現場實際測試），圖2為信標電纜測試接線示意圖，測試結果誤碼率為零，完全達到了設計要求。

3結束語

WDZ－PYYP312×0．88有源信標電纜已經批量生產，并獲得卡斯柯＆阿爾斯通聯合體確認，經鐵道部產品質量監督檢驗中心通信信號檢驗站檢測，符合或超過招標文件規定的產品性能，完全滿足城市軌道交通使用要求。本公司生產的有源信標電纜可替代昂貴的進口產品，提高了該類電纜的國產化率。

作者：房秀杰單位：天津市萬博線纜有限公司