鐵路數(shù)字信號電纜對地電容不平衡的控制論文

　　［摘要］闡述了內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜對地電容不平衡Ｅ的定義，分析了在生產過程中各道工序對Ｅ值的影響，并給出了預防措施及控制要點，特別指出了星絞工序的設備狀況對Ｅ值的影響不容忽視。只有保證內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜的生產過程達到精確控制，才能生產出Ｅ值合格的產品，提高電纜的傳輸質量，確保鐵路行車的安全性。

　　［關鍵詞］內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜；對地電容不平衡；生產控制

　　１內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜簡介

　　內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜是通過對鐵路數(shù)字信號電纜中的四線組進行單獨屏蔽，以提高電纜的近端串音衰減，有效降低同根電纜內傳輸相同頻率鐵路信號時各線組之間的干擾。內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜主要用于傳輸鐵路信號、系統(tǒng)控制信號及電能，是鐵路信號系統(tǒng)非常重要的組成部分。通常內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜可分為Ａ型和Ｂ型兩種結構。Ａ型內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜的纜芯由銅帶屏蔽四線組與無屏蔽四線組絞合而成（如圖１所示）；Ｂ型內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜的纜芯全部由銅帶屏蔽四線組絞合而成。這兩種結構內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜導體均采用標稱直徑為１．０ｍｍ的銅導線，絕緣均為皮—泡—皮物理發(fā)泡三層共擠（所不同的僅是絕緣外徑），護套形式有塑料護套、綜合護套、鋁護套三種［１］。

　　２對地電容不平衡Ｅ的要求

　　對地電容不平衡Ｅ是指電纜任意一個工作線對與地之間的電容不平衡。由于電纜對地電容不平衡Ｅ較大時，將直接影響電纜的傳輸質量，對行車安全有很大的影響，因此為了保障鐵路信號系統(tǒng)的安全性，相對于實心絕緣鐵路信號電纜，ＴＢ／Ｔ３１００—２００４鐵道行業(yè)標準對內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜的對地電容不平衡Ｅ提出了更為嚴格的要求（平均值≤３３０ｐＦ／ｋｍ，最大值＜８００ｐＦ／ｋｍ）。同時，原鐵道部質量監(jiān)督檢測中心發(fā)布的鐵路數(shù)字信號電纜檢測細則中也規(guī)定“對外來地電容不平衡屬Ａ類項目指標，單項不合格即判定不合格”。以星絞四線組內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜（如圖２所示）為例，電纜任一四線組內紅白工作線對的對地電容不平衡Ｅａ１和藍綠工作線對的對地電容不平衡Ｅａ２的計算公式為：Ｅａ１＝Ｃ１０－Ｃ２０（１）Ｅａ２＝Ｃ３０－Ｃ４０（２）式中：Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０，Ｃ４０分別為紅、白、藍、綠四根絕緣單線的對地電容［２］。根據(jù)上式可知，當Ｃ１０和Ｃ２０，Ｃ３０和Ｃ４０分別相等的情況下，Ｅａ１和Ｅａ２為零，但這種理論上的理想狀態(tài)在實際生產中很難達到。

　　３生產過程中對Ｅ值的控制

　　現(xiàn)以鋁護套內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜為例，介紹在生產過程中如何對Ｅ值進行控制。該鋁護套內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜的工藝流程為：拉絲→絕緣→星絞→銅帶屏蔽→成纜→內護（套）→鋁護（套）→內墊→鎧裝→外護（套）。數(shù)字信號電纜因無內屏蔽，Ｅ值只能在鋁護工序完成后才能測試，一旦Ｅ值出現(xiàn)不合格就要報廢，而鋁護套內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜因增加了銅帶屏蔽，使得Ｅ值可在屏蔽工序完成后就能進行測試，只有在每一個屏蔽四線組Ｅ值合格后才能進行之后的生產工序，避免了較大的浪費。由于屏蔽四線組Ｅ值與最終電纜Ｅ值較為接近，雖會有變化，通常變化范圍為－５０～５０ｐＦ／ｋｍ，但只要進行合理配組，仍在后面工序的可控范圍之內，因此確保屏蔽四線組Ｅ值較小十分關鍵，屏蔽工序的前面工序———絕緣工序和星絞工序成為對電纜Ｅ值控制的重要工序。下面就結合我們多年的生產實踐，針對各工序中影響Ｅ值的因素給出相應的控制措施。

　�。常�１絕緣工序

　　絕緣工序是影響電纜Ｅ值的關鍵工序之一，只有兩根絕緣單線均勻一致才能保證Ｅ值較小，因此在實際生產中必須加強絕緣單線一致性的控制。絕緣單線一致性主要包括絕緣外徑、發(fā)泡度、偏心度、同軸電容等的均勻一致。目前通常采用皮—泡—皮三層共擠物理發(fā)泡絕緣生產線進行絕緣單線的生產，生產過程包括放線→拉絲→退火→預熱→擠出→冷卻→在線檢測→收線等。在生產中應通過在線監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)控絕緣單線的導體直徑、絕緣外徑、同軸電容等指標的一致性。在整個絕緣單線生產中應對預熱溫度、擠塑溫度、氮氣壓力、模具配比、冷卻水槽溫度等關鍵工藝參數(shù)進行嚴格控制。大多生產廠家因任務緊而實施三班作業(yè)，四種顏色的絕緣單線往往需要分班組生產，交接班時下一班組必須密切關注上一班組生產的絕緣單線的指標參數(shù)，尤其是同軸電容的一致性。在多年生產實踐中發(fā)現(xiàn)，當四線組中工作對的兩根絕緣單線同軸電容差達到３ｐＦ／ｍ，電纜Ｅ值會達到５００～１０００ｐＦ／ｋｍ，將面臨不合格。

　�。常�２星絞工序

　　３．２．１設備狀況對

　�。胖档挠绊懠捌淇刂颇壳巴ǔ２捎酶咚傩墙g機星絞四線組。該設備由四盤無軸式主動放線架、預扭發(fā)生器、弓絞收線裝置、電控裝置等組成。星絞工序中節(jié)距的選擇與控制對Ｅ值的影響較大。由于星絞工藝已相當成熟，因此在生產中星絞節(jié)距的選擇已無需重點關注，多年的生產實踐告訴我們，高速星絞機的設備狀況（導輪、放線裝置、分離器、扎紗張力裝置等）對Ｅ值的影響不可忽略，下面將對此進行詳細闡述。生產四線組時，如果絕緣單線經(jīng)過的導輪、預扭輪、排線導輪轉動不靈活、有死點、搖晃，將給絕緣單線施加額外的摩擦力或張力，從而造成批量電纜Ｅ值不合格。因此，在生產前必須仔細檢查絕緣單線經(jīng)過的所有導輪、預扭輪、排線導輪，一旦發(fā)現(xiàn)上述問題應及時排除，最好是生產廠家定人定期進行整體檢修。高速星絞機采用四盤無軸式主動放線架主動放線，可在最大程度上改善單線的受力狀況，同時利用配重對單線施加均衡一致的張力，以防止單線彎曲。為防止放線軸承及配重過度磨損造成絕緣單線放線張力的不均衡，造成電纜Ｅ值不合格，生產過程中應定期對放線軸承及配重導輪進行檢查。分離器的作用主要是將已經(jīng)絞合的四根絕緣單線打開后重新對稱絞合，以確保四根絕緣單線的位置對稱與穩(wěn)定，避免Ｅ值變大。生產過程中應通過視窗關注分離器的打開情況，如果發(fā)現(xiàn)分離器打開狀況不良，應及時停車重新安裝，否則會使本盤四線組報廢或存在質量隱患。由于絕緣單線在高速運行下，其絕緣表面的粉末易粘附在分離器的內孔中，導致四根單線因受內應力而運行不暢，難以保證其結構的對稱性，導致Ｅ值變大，因此每生產幾盤后就應拆下分離器檢查，并及時用酒精棉擦拭內孔。扎紗張力主要是通過張力環(huán)來施加。張力過小，聚酯紗起不到扎緊四線組的作用，四線組在成纜過程中易受擠壓，導致四根絕緣單線相對位置變化而不再對稱（即四根絕緣單線偏心程度加大），從而Ｅ值變大；張力過大，聚酯紗在絕緣單線上留下勒痕，損傷絕緣單線的絕緣機械性能。因此，在生產過程中應定期對張力環(huán)進行檢查。綜上所述，為了確保屏蔽四線組Ｅ值較小，必須保證高速星絞設備的穩(wěn)定性，生產廠家在生產前應對所有設備關鍵點進行仔細檢查，發(fā)現(xiàn)問題應及時更換備件，尤其是為保證所有軸承及導輪的磨損一致，可采用定期整體更換的方法。

　�。常�２．２電容耦合值

　�。耍病ⅲ耍车目刂菩墙g四線組電容耦合值Ｋ２、Ｋ３分別為實路Ⅰ（紅白工作對）和實路Ⅱ（藍綠工作對）對幻路的電容不平衡（如圖２所示），其計算公式為：Ｋ２＝（Ｃ１３＋Ｃ１４）－（Ｃ２３＋Ｃ２４）（３）Ｋ３＝（Ｃ１３＋Ｃ２３）－（Ｃ１４＋Ｃ２４）（４）式中：Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ２３，Ｃ２４分別為紅、白、藍、綠四根絕緣單線的相對電容［３］。雖然Ｋ２、Ｋ３不屬于ＴＢ／Ｔ３１００．１—２００４標準中規(guī)定的必測電氣指標，且與鋁護套中絕緣單線的Ｅａ１或Ｅａ２也無線性關系，但因Ｋ２和Ｅａ１都與紅白工作對的一致性有關，Ｋ３和Ｅａ２都與藍綠工作對的一致性有關，因此在生產過程中同樣應進行嚴格控制。通過多年生產實踐發(fā)現(xiàn)，當Ｋ２、Ｋ３實測值（絕對值）大于３００ｐＦ／ｋｍ，則Ｅａ１、Ｅａ２可達到５００～１０００ｐＦ／ｋｍ，將面臨不合格。此時必須綜合考慮每批次的生產狀況，嚴密關注屏蔽、成纜、鋁護工序對四線組Ｅ值的影響，以判斷Ｅ值的變化趨勢，避免電纜Ｅ值出現(xiàn)不合格。

　�。常�３屏蔽工序

　　屏蔽工序是在四線組外包覆一層銅帶。屏蔽工序中采用的模具太大易使四線組松散，排線后緊壓會導致四線組在銅帶內被壓扁，四根絕緣單線相對位置改變造成Ｅ值偏大；模具太小容易導致銅線、銅帶及內部絕緣帶材被拉斷，影響電纜的質量。因此，屏蔽工序中的控制要點就是模具的合理選用，以及生產中定期檢查各種模具的尺寸，避免因過度磨損造成模具尺寸出現(xiàn)偏差。在屏蔽工序后（或鋁護工序后）發(fā)現(xiàn)絕緣單線的Ｅａ１或Ｅａ２增大，應先將同組絕緣單線更換線位（即紅白工作線對與藍綠工作線對同時改變放線位置）再一次進行Ｅａ１或Ｅａ２的測試。如果重新測得Ｅａ１和Ｅａ２的數(shù)值大小反過來，則可基本斷定高速星絞工序出現(xiàn)問題；如果重新測得Ｅａ１和Ｅａ２數(shù)值沒有改變，則應該考慮是否絕緣單線一致性出現(xiàn)了問題。

　�。常�４成纜工序

　　在生產內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜時，應注意Ｅ值的合理配組，以求在符合標準要求的情況下，最大程度減少報廢。雖然從總體上講成纜工序對電纜Ｅ值影響要小于絕緣工序和星絞工序，但在成纜中也應確保所有的過線部分導輪都轉動靈活、各搖籃架放線張力均勻。為保證纜芯圓整、緊湊，應選用合適的緊壓模具，特別在生產Ａ型鋁護套內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜時尤其應避免纜芯中非屏蔽四線組被擠壓。以規(guī)格為３７Ａ的內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜為例（如圖３所示），兩個藍色屏蔽四線組之間的白色非屏蔽四線組，很容易受擠壓造成結構不對稱，從而引起Ｅ值突變和電容增大。圖３３７Ａ內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜的纜芯結構Ｂ型內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜在屏蔽工序后即可獲得所有絞合的屏蔽四線組的Ｅ值，只要進行合理配組，后面工序就可容易地對電纜Ｅ值實現(xiàn)控制，基本上可以確保Ｅ值滿足標準要求。而Ａ型內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜的Ｅ值控制難度則較大。通常Ａ型鋁護套內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜的內屏蔽線在成纜工序后將所有的屏蔽銅帶連到一起后作為地，分別測試每一個四線組的Ｅａ１和Ｅａ２值，屏蔽組測得的Ｅ值與鋁護工序后測得的Ｅ值差別不大，基本可以反映此電纜Ｅ值的真實水平。但Ａ型鋁護套內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜的非屏蔽四線組因無銅帶屏蔽，其測得的Ｅ值和最終鋁護工序后測得的Ｅ值有差別的，經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，未發(fā)現(xiàn)有規(guī)律性的變化，因此應在絕緣工序、星絞工序、成纜工序中對Ｅ值預留出一定的余量，以免鋁護工序后因Ｅ值不合格而導致電纜報廢。

　�。常�５鋁護工序

　　鋁護工序中鋁管的焊接密閉性、擴口壓扁性等結構性能均會影響電纜的Ｅ值。同時，為了防止Ｅ值發(fā)生突變，還應避免纜芯在鋁管中成蛇形彎曲，保證纜芯在鋁管中的間隙量保持一致。因此，在鋁護工序中必須采用合適的模具配比、一致的收放線張力。

　　４結束語

　　鐵路電纜產品的質量關乎著鐵路行車的安全性，本文對鐵路信號系統(tǒng)非常重要的組成部分———內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜的對地電容不平衡指標的定義及各道生產工序中影響因素的控制方法進行了詳細介紹。只有保證內屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜的生產過程達到精確控制，才能生產出對地電容不平衡指標合格的產品，提高電纜的傳輸質量，確保鐵路行車的安全性。

　　作者:張云霄 單位:焦作鐵路電纜有限責任公司

　　［參考文獻］

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