有源信标电缆的轨道交通论文范文

1结构与性能参数的设计

为了满足轨道交通安全系统的要求，本公司结合国内实际需要，对上述上海轨道交通信号系统用有源信标电缆的结构和性能进行了分析和优化设计。

1.1内导体结构及直流电阻式中R20的单位为Ω；ρ20为导体20℃时的体积电阻系数，一般为0．017241Ω•mm2／m；L为绞合导体长度，单位为m；S为导体截面积，单位为mm2；K为绞合系数，一般软结构的电缆导体绞合及成缆总的绞合系数K≤1．025，故取值1．025；n为绞合根数，d0为单根导线直径。根据GB／T3956—2008《电缆的导体》中规定2类导体铜丝根数为7，并考虑制造过程中导体不可避免地局部拉细，为确保20℃导体直流电阻≤22Ω／km的性能指标，通过上式可计算得导体最小直径为0．386mm。如考虑加工过程中导线的拉伸，在企业现有的设备、工艺、工装、人员条件下，及招标文件要求的导体截面积≥0．88mm2，本公司选定有源信标电缆导体为7根直径0．40mm的铜线绞合。

1.2线对工作电容和交流耐电压该有源信标电缆的结构为对称结构，其线对工作电容C的计算公式为：式中C的单位为nF／km；a为线对导体中心距，单位为mm；d为导体等效直径，单位为mm，取值1．2mm；λ为绞入系数；φ为由于接地金属屏蔽修正系数；d1为绝缘线芯直径，单位为mm；D为屏蔽直径，单位为mm；εD为等效相对介电常数；εK为空气相对介电常数；SK为空气面积，单位为mm2；εG为绝缘相对介电常数；SG为绝缘面积，单位为mm2。通过式（3）可知，线对工作电容C与组合后的绝缘材料的等效相对介电常数εD成正比，综合考虑绝缘耐电压的要求以及低密度聚乙烯（LDPE）具有较低的相对介电常数（≤2．3），因此优先选择了LDPE作为绝缘介质，以获得较低的线对工作电容。虽然从性能设计方面考虑，工作电容越小，绝缘电阻越高、介质耐电压越高，绝缘厚度也应设计得越厚越好，但根据以往的对称电缆研制经验，一般绝缘外径与导体直径之比d1／d＝1．6～2．4。综合考虑后取绝缘标称厚度为0．6mm，即d＝1．2mm，d1＝2．4mm，d1／d＝2，再将D＝7．3mm，a＝2．4mm，λ＝1．01，εD＝1．83，φ＝0．803，代入式（3）可计算出线对间工作电容C＝44．1nF／km。该值满足招标文件要求的线对间工作电容≤45．3nF／km，实际上绞对和挤介质层后εD还会下降，因此实际的线对工作电容C将比设计值更低。由于LDPE绝缘长期工频耐电压＞30kV／mm，因此绝缘厚度为0．6mm时电缆的交流耐电压能满足设计要求。

1.3绝缘电阻电缆绝缘电阻RI计算公式为：

1.4固有衰减系数低频时电缆的固有衰减系数α近似计算公式为：

1.5特性阻抗Zc对称屏蔽电缆特性阻抗Zc的理论计算公式为。

1.6电缆总体结构的确定本公司通过上述理论计算和性能分析，并结合对称射频电缆及地铁用通信电缆等相关产品结构及生产工艺，设计生产了满足上海轨道交通信号系统要求型号、规格的WDZ－PYYP312×0．88有源信标电缆。该电缆的结构如图1所示，导体为7根直径0．40mm的铜线绞合；绝缘材料为LDPE，绝缘厚度为0．6mm，公差为±0．05mm，色谱为红、棕；绝缘线对左向绞合，绞合节距比不大于24d1；挤出LDPE介质层；编织双层镀锡铜线屏蔽；外有隔离层；挤包阻燃低烟低卤内衬层；镀锌钢丝编织铠装层；挤包低烟无卤阻燃聚烯烃外护套。

2性能测试及设计优化改进

本公司在确定WDZ－PYYP312×0．88有源信标电缆结构参数后，将技术方案提交给卡斯柯信号有限公司，经设计评审，编制了工艺文件、检验指导书等。本公司按设计方案，分三批次（分别为1km、5km、10km）进行了WDZ－PYYP312×0．88有源信标电缆样品试制。在按设计进行样品试制过程中，本公司发现绝缘和介质层粘连、钢丝从护套戳出的现象，这是前期设计时考虑不周之处。经分析，发现产生上述问题的主要原因是：a．绝缘与介质层之间的间隙过小，而材料又相同，一旦配模具系数过大，包的过紧，就会出现绝缘和介质层粘连。b．钢丝接头处理不当造成护套有钢丝戳出现象。为此，本公司采取了以下措施：绝缘在试电时涂抹硅油，防止粘连；介质层挤出时采用挤管式，降低介电常数；成缆后增加一层聚酯；钢丝接头用银焊，编织换锭时做好处理，并绕包一层无卤阻燃玻璃布带，这样既可以提高阻燃性，又能提高机械性能。本公司对设计优化改进后生产的WDZ－PYYP312×0．88有源信标电缆样品的主要电气性能进行了测试，测试结果如表1所示，可见该有源信标电缆结构设计合理，具有直流电阻低、电容低、衰减小等优异性能，且阻抗可与国产信标匹配。2012年6月，卡斯柯信号有限公司对本公司生产的长为6．7km的WDZ－PYYP312×0．88有源信标电缆进行了LEU—信标电缆功能测试（即传输电报文现场实际测试），图2为信标电缆测试接线示意图，测试结果误码率为零，完全达到了设计要求。

3结束语

WDZ－PYYP312×0．88有源信标电缆已经批量生产，并获得卡斯柯＆阿尔斯通联合体确认，经铁道部产品质量监督检验中心通信信号检验站检测，符合或超过招标文件规定的产品性能，完全满足城市轨道交通使用要求。本公司生产的有源信标电缆可替代昂贵的进口产品，提高了该类电缆的国产化率。

作者：房秀杰单位：天津市万博线缆有限公司