淺談影響高速鐵路數(shù)字信號電纜電容不平衡的因素

　　摘 要：高速鐵路數(shù)字信號電纜應(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)，信號干擾強(qiáng)烈。對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—對外來地電容不平衡的控制。

　　關(guān)鍵詞：高速鐵路數(shù)字信號電纜；對外來地電容不平衡；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越高。鐵路數(shù)字信號電纜作為控制信號傳輸?shù)妮d體，對線路的安全運(yùn)營起到了至關(guān)重要的作用。鐵路數(shù)字信號電纜沿線路敷設(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、無線電臺和有線廣播等產(chǎn)生的電磁干擾。這種外界產(chǎn)生的電磁干擾，會對電纜的傳輸信號產(chǎn)生嚴(yán)重危害，輕則引起線路串音，影響信號的傳輸質(zhì)量；干擾特別嚴(yán)重時產(chǎn)生錯碼，引起信號設(shè)備的誤動作，產(chǎn)生重大的安全隱患，危機(jī)人的生命安全。鐵路數(shù)字信號電纜對外來地電容不平衡指標(biāo)是評價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)，就影響電纜對外來地電容不平衡指標(biāo)的幾個因素進(jìn)行分析，對實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)控制的幾個要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。通過對每道工序的控制，使電纜對外來地電容不平衡指標(biāo)合格，保證電纜整體質(zhì)量合格。

　　一、對外來地電容不平衡定義

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

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

　　ea2：表示電纜中任一四線組內(nèi)藍(lán)綠線對的對外來地電容不平衡，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值為電纜的對地電容不平衡，表示電纜中任意四線組內(nèi)任意一對芯線對地電容不平衡）。

　　二、影響對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，都會導(dǎo)致電纜對外來地電容不平衡指標(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，電容越小；反之，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)過程中很容易拉細(xì)；延伸率小，銅絲硬。通過控制退火電流來控制延伸率。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)字信號電纜對外來地電容不平衡的關(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^緣外徑會影響單線電容，絕緣外徑大，單線電容小；絕緣外徑小，單線電容大。所以當(dāng)外徑波動時，單線電容也不穩(wěn)定，影響對地電容不平衡。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，同一批單線中，發(fā)泡度大的線，電容小；反之，電容大。單線生產(chǎn)中，通過控制螺桿冷卻水溫、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，可以通過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對對外來地電容不平衡產(chǎn)生影響。因?yàn)槿绻麊尉€不圓整或者導(dǎo)體偏心過大，在星絞工序會產(chǎn)生電容耦合和對地電容不平衡的波動。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)泡度通過串聯(lián)線的在線監(jiān)測設(shè)備實(shí)時反饋數(shù)據(jù)及時調(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，混用之后對外來地電容不平衡影響大。案例：在生產(chǎn)屏蔽四線組時，檢測線組紅白線對的對地電容不平衡小批量不合格。而之前的檢測記錄顯示單線工序和星絞工序檢測都是合格半成品。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)，檢測對地電容不平衡在標(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，四線組單線長度有長有短，且導(dǎo)體延伸損失不一樣，這些因素都會導(dǎo)致對地電容不平衡偏大。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)計要合理，扎紗節(jié)距不能過大，過大的絞合節(jié)距或扎紗節(jié)距使四線組結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易變形，這些因素都會導(dǎo)致對地電容不平衡偏大。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線在絞合時節(jié)距小于a線

　　4、檢測儀器及方法

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

　　ea=eax×L0／Lx

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

　　Lx—被測電纜的實(shí)際長度，單位：km；

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

　　eax—被測電纜長度上電纜對地電容不平衡的實(shí)測值，單位：pF／km。

　　三、總結(jié)

　　鐵路數(shù)字信號電纜對地電容不平衡指標(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)字信號電纜在單元屏蔽工序，數(shù)字信號電纜在綜合護(hù)套或鋁護(hù)套工序）才能完成檢測。但當(dāng)電纜具備檢測條件之后，如果該項(xiàng)指標(biāo)不合格，已無補(bǔ)救措施，造成產(chǎn)品不合格。根據(jù)TB／T3100的規(guī)定，對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四線組最大值不超過規(guī)定值，即為合格產(chǎn)品。

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

　　參考文獻(xiàn)：

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