摘 要：高速鐵路數(shù)字信號(hào)電纜應(yīng)用在高速鐵路中，運(yùn)行速度高，敷設(shè)環(huán)境為電氣化強(qiáng)干擾區(qū)，信號(hào)干擾強(qiáng)烈。對(duì)電纜抗外界干擾能力要求高，電纜各項(xiàng)電氣性能都必須要求合格。本文主要討論電纜的主要指標(biāo)之一—對(duì)外來(lái)地電容不平衡的控制。

關(guān)鍵詞：高速鐵路數(shù)字信號(hào)電纜；對(duì)外來(lái)地電容不平衡；控制

引言

近幾年，高鐵飛速發(fā)展，高鐵的安全性要求也越來(lái)越高。鐵路數(shù)字信號(hào)電纜作為控制信號(hào)傳輸?shù)妮d體，對(duì)線路的安全運(yùn)營(yíng)起到了至關(guān)重要的作用。鐵路數(shù)字信號(hào)電纜沿線路敷設(shè)于線槽中，在運(yùn)行中主要受到傳輸線路、電氣化鐵道接觸網(wǎng)、大功率用電設(shè)備、無(wú)線電臺(tái)和有線廣播等產(chǎn)生的電磁干擾。這種外界產(chǎn)生的電磁干擾，會(huì)對(duì)電纜的傳輸信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，輕則引起線路串音，影響信號(hào)的傳輸質(zhì)量；干擾特別嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)碼，引起信號(hào)設(shè)備的誤動(dòng)作，產(chǎn)生重大的安全隱患，危機(jī)人的生命安全。鐵路數(shù)字信號(hào)電纜對(duì)外來(lái)地電容不平衡指標(biāo)是評(píng)價(jià)電纜抗外界干擾能力的關(guān)鍵性指標(biāo)。

本文從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā)，就影響電纜對(duì)外來(lái)地電容不平衡指標(biāo)的幾個(gè)因素進(jìn)行分析，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)控制的幾個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。通過(guò)對(duì)每道工序的控制，使電纜對(duì)外來(lái)地電容不平衡指標(biāo)合格，保證電纜整體質(zhì)量合格。

一、對(duì)外來(lái)地電容不平衡定義

對(duì)外來(lái)地電容不平衡用ea1、ea2表示。設(shè)C10、C20、C30、C40為電纜線芯紅、白、藍(lán)、綠對(duì)地間的部分電容。

ea1：表示電纜中任一四線組內(nèi)紅白線對(duì)的對(duì)外來(lái)地電容不平衡，即C10—C20。

ea2：表示電纜中任一四線組內(nèi)藍(lán)綠線對(duì)的對(duì)外來(lái)地電容不平衡，即C30—C40。

根據(jù)產(chǎn)品的使用特性，在鐵路數(shù)字信號(hào)電纜行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，只規(guī)定了電纜的ea1、ea2指標(biāo)，未規(guī)定電纜的e值指標(biāo)（e值為電纜的對(duì)地電容不平衡，表示電纜中任意四線組內(nèi)任意一對(duì)芯線對(duì)地電容不平衡）。

二、影響對(duì)地電容不平衡的因素

影響ea1、ea2的因素有很多，如銅導(dǎo)體、絕緣單線、星絞四線組收放線張力等。在實(shí)際生產(chǎn)中一些微小的差異，都會(huì)導(dǎo)致電纜對(duì)外來(lái)地電容不平衡指標(biāo)產(chǎn)生較大變化。

1、導(dǎo)體

導(dǎo)體直徑大小會(huì)影響單線水電容。在單線外徑和發(fā)泡度等都相同條件下，銅絲外徑越小，電容越?。环粗?，則越大。所以在日常生產(chǎn)中應(yīng)控制好導(dǎo)體直徑的均勻一致性。首先應(yīng)保證拉絲模具材質(zhì)比較好，一般出口模采用鉆石材質(zhì)；經(jīng)常檢查清洗模具，清除銅屑等雜質(zhì)，發(fā)現(xiàn)模具損壞及時(shí)更換。定期檢查乳化液的濃度，濃度一般控制在5～7%，PH值控制在8～9，定期更換乳化液，清理乳化液中沉淀的銅屑。銅絲的延伸率要控制在一定范圍內(nèi)，延伸率大，銅絲軟，在后道工序生產(chǎn)過(guò)程中很容易拉細(xì)；延伸率小，銅絲硬。通過(guò)控制退火電流來(lái)控制延伸率。同一四線組單線的導(dǎo)體延伸率應(yīng)接近，在后道工序生產(chǎn)中導(dǎo)體延伸損失接近，導(dǎo)體直徑變化不大。通過(guò)這些有效措施，減少了因?qū)w直徑偏差引起的電容不平衡。

2、絕緣單線工序

絕緣單線的均一、穩(wěn)定性是影響鐵路數(shù)字信號(hào)電纜對(duì)外來(lái)地電容不平衡的關(guān)鍵因素。擠出速度和收線速度穩(wěn)定，絕緣外徑均勻一致。因?yàn)榻^緣外徑會(huì)影響單線電容，絕緣外徑大，單線電容??；絕緣外徑小，單線電容大。所以當(dāng)外徑波動(dòng)時(shí)，單線電容也不穩(wěn)定，影響對(duì)地電容不平衡。發(fā)泡層的泡孔要均勻，大小相近、細(xì)密、不穿孔，單線水電容比較穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)泡度不均勻時(shí)，同一批單線中，發(fā)泡度大的線，電容??；反之，電容大。單線生產(chǎn)中，通過(guò)控制螺桿冷卻水溫、擠出機(jī)轉(zhuǎn)速、生產(chǎn)速度、注氣壓力等控制發(fā)泡度。如當(dāng)發(fā)泡度大時(shí)，可以通過(guò)提高線速度和螺桿轉(zhuǎn)速、降低注氣壓力等手段，達(dá)到減小發(fā)泡度的目的。高鐵鐵路數(shù)字信號(hào)電纜的水電容的偏差嚴(yán)格控制在±1.0pF／m，超出范圍即為不合格。單線的橢圓度和同心度也會(huì)對(duì)對(duì)外來(lái)地電容不平衡產(chǎn)生影響。因?yàn)槿绻麊尉€不圓整或者導(dǎo)體偏心過(guò)大，在星絞工序會(huì)產(chǎn)生電容耦合和對(duì)地電容不平衡的波動(dòng)。在實(shí)際生產(chǎn)中一般控制橢圓度≤±0.035mm，偏心度≤0.025mm。偏心度、橢圓度、單線外徑和發(fā)泡度通過(guò)串聯(lián)線的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整，保證單線控制在工藝規(guī)定范圍之內(nèi)。

3、星絞工序

星絞工序把紅、綠、白、藍(lán)四根單線按一定順序和節(jié)距絞合在一起。為更好的控制對(duì)地電容不平衡，星絞工序的生產(chǎn)應(yīng)注意一下幾點(diǎn)：

Ⅰ、星絞四線組中選用的四根單線必須為同一批次，單線均勻一致，其結(jié)構(gòu)尺寸和水電容必須在工藝控制范圍之內(nèi)，且偏差不大。不同批次的單線總有一定的偏差，混用之后對(duì)外來(lái)地電容不平衡影響大。案例：在生產(chǎn)屏蔽四線組時(shí)，檢測(cè)線組紅白線對(duì)的對(duì)地電容不平衡小批量不合格。而之前的檢測(cè)記錄顯示單線工序和星絞工序檢測(cè)都是合格半成品。分析原因，查單線和星絞工序的生產(chǎn)記錄發(fā)現(xiàn)星絞工序紅色單線和白色單線不是同一批次生產(chǎn)的，相差3天。之后選用同一批次的單線生產(chǎn)，檢測(cè)對(duì)地電容不平衡在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍之內(nèi)。

Ⅱ、星絞機(jī)的放線張力要一致。若星絞機(jī)放線張力不一致，四線組單線長(zhǎng)度有長(zhǎng)有短，且導(dǎo)體延伸損失不一樣，這些因素都會(huì)導(dǎo)致對(duì)地電容不平衡偏大。另外偏心補(bǔ)償儀中線芯走向一致，不能交叉壓線。星絞四線組的絞合節(jié)距設(shè)計(jì)要合理，扎紗節(jié)距不能過(guò)大，過(guò)大的絞合節(jié)距或扎紗節(jié)距使四線組結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易變形，這些因素都會(huì)導(dǎo)致對(duì)地電容不平衡偏大。一般生產(chǎn)星絞四線組的扎紗節(jié)距控制在40—45mm。

放線張力不一致時(shí)單線的絞合示意圖

注：星絞工序放線張力a線較b線大，造成b線在絞合時(shí)節(jié)距小于a線

4、檢測(cè)儀器及方法

檢測(cè)儀器的精度和測(cè)試方法也會(huì)影響測(cè)試精度。在測(cè)試前，首先應(yīng)對(duì)電容耦合儀進(jìn)行校準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)不準(zhǔn)，應(yīng)先進(jìn)行調(diào)零校準(zhǔn)。電纜檢測(cè)時(shí)，應(yīng)對(duì)儀表和電纜進(jìn)行接地處理，屏蔽外界的干擾。測(cè)試結(jié)果按下面公式換算為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的值：

ea=eax×L0／Lx

式中：L0—產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定指標(biāo)時(shí)確定的標(biāo)準(zhǔn)制造長(zhǎng)度，單位：km；

Lx—被測(cè)電纜的實(shí)際長(zhǎng)度，單位：km；

ea—標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定單位長(zhǎng)度電纜對(duì)地電容不平衡的e值，單位：pF／km；

eax—被測(cè)電纜長(zhǎng)度上電纜對(duì)地電容不平衡的實(shí)測(cè)值，單位：pF／km。

三、總結(jié)

鐵路數(shù)字信號(hào)電纜對(duì)地電容不平衡指標(biāo)的影響因素較多，且指標(biāo)只能在電纜的屏蔽工序完成之后（內(nèi)屏蔽數(shù)字信號(hào)電纜在單元屏蔽工序，數(shù)字信號(hào)電纜在綜合護(hù)套或鋁護(hù)套工序）才能完成檢測(cè)。但當(dāng)電纜具備檢測(cè)條件之后，如果該項(xiàng)指標(biāo)不合格，已無(wú)補(bǔ)救措施，造成產(chǎn)品不合格。根據(jù)TB／T3100的規(guī)定，對(duì)地電容不平衡平均值應(yīng)不大于330pF／km，最大值應(yīng)不大于800pF／km（四芯電纜ea1、ea2指標(biāo)為最大值），允許有10%盤數(shù)的ea1、ea2≤1294pF／km。實(shí)際生產(chǎn)中為減少產(chǎn)品不合格率，降低成本，允許在成纜工序生產(chǎn)前進(jìn)行配盤。配盤的原則是：ea1值總和平均值，ea2值總和平均值及單個(gè)四線組最大值不超過(guò)規(guī)定值，即為合格產(chǎn)品。

日常生產(chǎn)中，設(shè)備、檢測(cè)儀器或工藝稍微的偏差，會(huì)導(dǎo)致電纜對(duì)地電容不平衡指標(biāo)從0～1500pF／km變化。所以，為了提高鐵路數(shù)字信號(hào)電纜抗外界干擾能力，首先電纜要做到最優(yōu)設(shè)計(jì)，從理論上杜絕對(duì)地電容不平衡指標(biāo)過(guò)大；其次在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)員工操作進(jìn)行培訓(xùn)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)維修，做到精細(xì)化生產(chǎn)；最后在檢測(cè)中排除外界干擾源，盡量使測(cè)得數(shù)值真實(shí)準(zhǔn)確。通過(guò)這些措施，盡量減少對(duì)地電容不平衡指標(biāo)，生產(chǎn)出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的客專鐵路數(shù)字信號(hào)電纜。

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