新型双层绝缘系统轨道交通车辆用电缆及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电缆制造技术领域，具体涉及一种新型双层绝缘系统轨道交通车辆用 电缆及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 当前我国轨道交通业正处于蓬勃发展的时代，铁路运输掀起了高速化、重载化的 新高潮，城市轨道交通也得到了极大的发展。在这种大好形势下，为响应国家高铁走出去的 发展战略，中国南车、中国北车集团已经合并，我国的轨道交通车辆行驶区域将从整个中国 扩展到整个世界。轨道交通车辆在行驶过程中，不得不循环经历着各种高原、丘陵、平原以 及盆地等复杂交错的地形以及高低温、冰冻、雨雪等恶劣环境，自然对轨道交通车辆电缆提 出了更高的要求。尤其轨道车辆用电缆型式检验过程中模拟的试验环境与轨道车辆真实的 运行环境有一定差距，所以电缆各项性能指标留有足够的余量是必要的。
[0003] 现有使用量最大的额定电压3. 6/6kV及以下具有特殊防火性能的轨道交通车辆 电缆是依据EN50264《具有特殊防火性能的轨道交通车辆用动力、控制电缆》标准进行生产 的，生产工艺一般都是导体外挤包单层低烟无卤阻燃交联聚烯烃（XLPO)材料，根据现有成 熟技术，在同一款材料中单一性能如耐低温、耐油、低烟、无卤、阻燃等要求是可以满足的， 但是各性能却存在一个此消彼长的关系，因此确定绝缘材料各性能的平衡点，开发出各项 性能优异，且能够稳定批量生产的材料难度极大。并且成品电缆通过DC稳定性试验验证， 4_2及以下规格电缆通过率低，导致电缆在潮湿工作环境下的长期运行过程中，极易造成 绝缘电阻降低，容易引发事故，目前已经有用户反映过此类问题。
[0004] 传统的双层结构绝缘生产工艺采用内层绝缘、外层绝分别依次挤出完成，使用的 塑料挤出机组是在现有绝缘挤出机前加另外装一台型挤出机用做内绝缘层的挤出，两机头 间的距离为1. 5米左右，其间安装一台风冷装置，使内绝缘能能得到及时和有效的冷却。若 不在两个机头间进行冷却固化，则在外绝缘挤出时，内绝缘极容易造成机械损伤，因此内外 绝缘间的温差不可避免。在电缆外绝缘挤出后，内、外绝缘冷却收缩不一致，导致内、外绝缘 间存有应力使电缆内、外绝缘分层，无法起到与单层绝缘相同的效果，严重影响电缆的电气 性能、物理机械性能和安全性能。
【发明内容】
[0005] 发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，将单层绝缘材料各批次 间的性能差异导致电缆性能的波动程度降到最低，并同时提高各项性能指标的余量，提供 一种新型双层绝缘系统轨道交通车辆用电缆及其制备方法。在双层绝缘结构中，内层绝缘 采用20°C体积电阻率不小于IO14Q?cm的交联聚烯烃材料，保证电缆20°C和90°C时的绝 缘电阻、DC稳定性、表面漏电流等电气性能要求；外层绝缘系统采用耐IRM902#矿物油、耐 IRM903#燃料油、耐酸碱、耐臭氧的交联聚烯烃材料，保证电缆的各项物理机械性能。并且二 者同时满足低烟无卤低毒要求，保证电缆的防火性能要求。由于内层绝缘系统以电气性能 为主，外层绝缘系统以物理机械性能为主，因此各层绝缘系统在减少性能项点后，将此消彼 长的性能关联性降到最低，同时各项性能指标余量增大，进而保证了每批电缆性能的稳定 性和一致性。
[0006] 技术方案：本发明所述的一种新型双层绝缘系统轨道交通车辆用电缆，所述电缆 包括导体层，所述导体层外设有两层绝缘层，所述绝缘层分别为内绝缘层和外绝缘层，所述 导体层与所述内绝缘层之间还设有内包带，所述内包带的覆盖率不小于20%，所述外绝缘 层外设有外包带和护套，所述导体层采用镀锡导体，且采用外径不小于〇.Imm的单丝按照 相邻层绞向相反的方式进行绞合，各层导体单丝根数按照（n-1) *6的方式进行设计，其中 n彡2,为绞合层数。
[0007] 作为优化，所述内绝缘层采用20°C体积电阻率不小于IO14Q?cm的交联聚烯烃材 料，保证电缆20°C和90°C时的绝缘电阻、DC稳定性、表面漏电流等电气性能要求；外绝缘层 采用耐IRM902#矿物油、耐IRM903 #燃料油、耐酸碱、耐臭氧的交联聚烯烃材料，保证电缆的 各项物理机械性能；内绝缘层、外绝缘层同时具有PH彡4. 3、电导率彡IOiis/mm、HCL及HBr 含量彡0. 5%、HF含量彡0. 1%、毒性指数彡3等低烟无卤低毒的特点。
[0008] 本发明还公开了一种新型双层绝缘系统轨道交通车辆用电缆的制备方法，包括中 拉、小拉、退镀、束丝或绞线、绝缘、辐照、绕包、护套、辐照共9个工序，其中绝缘工序为关键 工序，控制点包括材料预热、滤网选择、模具配比和冷却水温度确定四个方面： 材料预热：为保证在螺杆熔融段区间内，材料充分的熔融，要求在螺杆加料段的材料具 有50°C~70°C的初始温度，同时要求温度保持在材料熔点以下，以保证材料能够稳定的向 前推进； 滤网选择：在机头与螺杆连接法兰处的蜂窝板上，添加一层80目的钢制滤网，滤网与 螺杆同侧，并应完全包裹于蜂窝板上，以增加螺杆均化段熔融材料的压力，强化螺杆的回流 作用，避免在挤塑生产过程中，升、降速度引起螺杆出胶量不稳而导致电缆外径不稳现象的 发生； 模具配比：在同一个机头内完成双层共挤，模具依次包括内模、中模和外模，且Dl=d+0. 18mm；D2=d+2r+0. 2mm;D3=D_0. 1mm，其中D=电缆外径，Dl=内模内孔尺寸，D2=中 模内孔尺寸，D3=外模内孔尺寸，d=导体外径，r=内层绝缘壁厚=1/2X单层绝缘厚度；为保 证电缆外径均匀，机头内压力稳定，要求内模、中模和外模的承径区长度依次为Ll=7~8mm、 L2=L5~2mm、L3=L5~2mm; 冷却水温度确定：电缆经过外模定型后，为保证电缆绝缘层在冷却过程中热量均匀散 发，双层结合处无应力存留以及无绝缘骤冷开裂现象，冷却过程采用长度不小于30米，温 度逐级递减的水冷系统，要求第一节水槽温度不低于80°C，各节水槽以15°C递减至室温。
[0009] 有益效果：本发明通过改善双层挤出工艺，使内绝缘层和外绝缘层紧密的结合在 一起，实现了双层绝缘系统轨道交通车辆电缆的设计，可满足额定电压3. 6/6kV及以下的 使用范围，以EN50264-3-1 600V1.5M电缆为例，双层绝缘系统可显著提高电缆各项指标 余量，并且各批次材料性能稳定，明显提升电缆长期运行的安全性、可靠性，满足了国家远 距离高速/重载运行列车连续跨区域运行的发展战略要求。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明的电缆结构示意图。
[0011] 图2为本发明的电路制备流程示意图。
[0012] 图3为本发明的挤塑工序流程示意图。
[0013] 图4为本发明的挤出模具结构示意图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图1和附图2对本专利技术方案进行详细阐述： 图1为一种新型的双层绝缘系统轨道交通车辆用电缆。电传输部分由导体层1组成。 其中，为了提高导体抗氧化，耐腐蚀性能，采用镀锡工艺进行生产；为了保证导体圆整，各层 导体单丝根数按照（n-1) *6的方式进行设计，其中n> 2,为绞合层数；为了保证导体绞合 紧实，采用外径不小于〇.Imm的单丝按照相邻层绞向相反的绞合方式，并且在规格为16mm2 及以上的导体外绕包一层内包带2扎紧，当电缆电压为3. 6/6kV时，为同时能够起到均化电 场的作用，导体外的内包带2应采用半导电材质；为了防止导体在弯曲时，出现包带褶皱或 漏包的现象，要求包带搭盖率不小于20%。
[0015] 由于轨道交通车辆运行环境恶劣，为保证绝缘性能的稳定性和各性能较高的余 量，采用双层绝缘系统，双层绝缘系统由内绝缘层3和外绝缘层4组成。其中内绝缘层3采 用20°C体积电阻率不