鐵路數(shù)字信號(hào)電纜對(duì)地電容不平衡的控制論文

　　［摘要］闡述了內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜對(duì)地電容不平衡Ｅ的定義，分析了在生產(chǎn)過(guò)程中各道工序?qū)Γ胖档挠绊�，并給出了預(yù)防措施及控制要點(diǎn)，特別指出了星絞工序的設(shè)備狀況對(duì)Ｅ值的影響不容忽視。只有保證內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜的生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到精確控制，才能生產(chǎn)出Ｅ值合格的產(chǎn)品，提高電纜的傳輸質(zhì)量，確保鐵路行車的安全性。

　　［關(guān)鍵詞］內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜；對(duì)地電容不平衡；生產(chǎn)控制

　　１內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜簡(jiǎn)介

　　內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜是通過(guò)對(duì)鐵路數(shù)字信號(hào)電纜中的四線組進(jìn)行單獨(dú)屏蔽，以提高電纜的近端串音衰減，有效降低同根電纜內(nèi)傳輸相同頻率鐵路信號(hào)時(shí)各線組之間的干擾。內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜主要用于傳輸鐵路信號(hào)、系統(tǒng)控制信號(hào)及電能，是鐵路信號(hào)系統(tǒng)非常重要的組成部分。通常內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜可分為Ａ型和Ｂ型兩種結(jié)構(gòu)。Ａ型內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜的纜芯由銅帶屏蔽四線組與無(wú)屏蔽四線組絞合而成（如圖１所示）；Ｂ型內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜的纜芯全部由銅帶屏蔽四線組絞合而成。這兩種結(jié)構(gòu)內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜導(dǎo)體均采用標(biāo)稱直徑為１．０ｍｍ的銅導(dǎo)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(hù)套形式有塑料護(hù)套、綜合護(hù)套、鋁護(hù)套三種［１］。

　　２對(duì)地電容不平衡Ｅ的要求

　　對(duì)地電容不平衡Ｅ是指電纜任意一個(gè)工作線對(duì)與地之間的電容不平衡。由于電纜對(duì)地電容不平衡Ｅ較大時(shí)，將直接影響電纜的傳輸質(zhì)量，對(duì)行車安全有很大的影響，因此為了保障鐵路信號(hào)系統(tǒng)的安全性，相對(duì)于實(shí)心絕緣鐵路信號(hào)電纜，ＴＢ／Ｔ３１００—２００４鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜的對(duì)地電容不平衡Ｅ提出了更為嚴(yán)格的要求（平均值≤３３０ｐＦ／ｋｍ，最大值＜８００ｐＦ／ｋｍ）。同時(shí)，原鐵道部質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心發(fā)布的鐵路數(shù)字信號(hào)電纜檢測(cè)細(xì)則中也規(guī)定“對(duì)外來(lái)地電容不平衡屬Ａ類項(xiàng)目指標(biāo)，單項(xiàng)不合格即判定不合格”。以星絞四線組內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜（如圖２所示）為例，電纜任一四線組內(nèi)紅白工作線對(duì)的對(duì)地電容不平衡Ｅａ１和藍(lán)綠工作線對(duì)的對(duì)地電容不平衡Ｅａ２的計(jì)算公式為：Ｅａ１＝Ｃ１０－Ｃ２０（１）Ｅａ２＝Ｃ３０－Ｃ４０（２）式中：Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０，Ｃ４０分別為紅、白、藍(lán)、綠四根絕緣單線的對(duì)地電容［２］。根據(jù)上式可知，當(dāng)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(shí)際生產(chǎn)中很難達(dá)到。

　　３生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)Ｅ值的控制

　　現(xiàn)以鋁護(hù)套內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜為例，介紹在生產(chǎn)過(guò)程中如何對(duì)Ｅ值進(jìn)行控制。該鋁護(hù)套內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜的工藝流程為：拉絲→絕緣→星絞→銅帶屏蔽→成纜→內(nèi)護(hù)（套）→鋁護(hù)（套）→內(nèi)墊→鎧裝→外護(hù)（套）。數(shù)字信號(hào)電纜因無(wú)內(nèi)屏蔽，Ｅ值只能在鋁護(hù)工序完成后才能測(cè)試，一旦Ｅ值出現(xiàn)不合格就要報(bào)廢，而鋁護(hù)套內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)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(jìn)行測(cè)試，只有在每一個(gè)屏蔽四線組Ｅ值合格后才能進(jìn)行之后的生產(chǎn)工序，避免了較大的浪費(fèi)。由于屏蔽四線組Ｅ值與最終電纜Ｅ值較為接近，雖會(huì)有變化，通常變化范圍為－５０～５０ｐＦ／ｋｍ，但只要進(jìn)行合理配組，仍在后面工序的可控范圍之內(nèi)，因此確保屏蔽四線組Ｅ值較小十分關(guān)鍵，屏蔽工序的前面工序———絕緣工序和星絞工序成為對(duì)電纜Ｅ值控制的重要工序。下面就結(jié)合我們多年的生產(chǎn)實(shí)踐，針對(duì)各工序中影響Ｅ值的因素給出相應(yīng)的控制措施。

　�。常�１絕緣工序

　　絕緣工序是影響電纜Ｅ值的關(guān)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(shí)際生產(chǎn)中必須加強(qiáng)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(chǎn)線進(jìn)行絕緣單線的生產(chǎn)，生產(chǎn)過(guò)程包括放線→拉絲→退火→預(yù)熱→擠出→冷卻→在線檢測(cè)→收線等。在生產(chǎn)中應(yīng)通過(guò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控絕緣單線的導(dǎo)體直徑、絕緣外徑、同軸電容等指標(biāo)的一致性。在整個(gè)絕緣單線生產(chǎn)中應(yīng)對(duì)預(yù)熱溫度、擠塑溫度、氮?dú)鈮毫�、模具配比、冷卻水槽溫度等關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制。大多生產(chǎn)廠家因任務(wù)緊而實(shí)施三班作業(yè)，四種顏色的絕緣單線往往需要分班組生產(chǎn)，交接班時(shí)下一班組必須密切關(guān)注上一班組生產(chǎn)的絕緣單線的指標(biāo)參數(shù)，尤其是同軸電容的一致性。在多年生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)四線組中工作對(duì)的兩根絕緣單線同軸電容差達(dá)到３ｐＦ／ｍ，電纜Ｅ值會(huì)達(dá)到５００～１０００ｐＦ／ｋｍ，將面臨不合格。

　　３．２星絞工序

　�。常�２．１設(shè)備狀況對(duì)

　　Ｅ值的影響及其控制目前通常采用高速星絞機(jī)星絞四線組。該設(shè)備由四盤無(wú)軸式主動(dòng)放線架、預(yù)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(duì)Ｅ值的影響較大。由于星絞工藝已相當(dāng)成熟，因此在生產(chǎn)中星絞節(jié)距的選擇已無(wú)需重點(diǎn)關(guān)注，多年的生產(chǎn)實(shí)踐告訴我們，高速星絞機(jī)的設(shè)備狀況（導(dǎo)輪、放線裝置、分離器、扎紗張力裝置等）對(duì)Ｅ值的影響不可忽略，下面將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)闡述。生產(chǎn)四線組時(shí)，如果絕緣單線經(jīng)過(guò)的導(dǎo)輪、預(yù)扭輪、排線導(dǎo)輪轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、有死點(diǎn)、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(chǎn)前必須仔細(xì)檢查絕緣單線經(jīng)過(guò)的所有導(dǎo)輪、預(yù)扭輪、排線導(dǎo)輪，一旦發(fā)現(xiàn)上述問(wèn)題應(yīng)及時(shí)排除，最好是生產(chǎn)廠家定人定期進(jìn)行整體檢修。高速星絞機(jī)采用四盤無(wú)軸式主動(dòng)放線架主動(dòng)放線，可在最大程度上改善單線的受力狀況，同時(shí)利用配重對(duì)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(guò)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(chǎn)過(guò)程中應(yīng)定期對(duì)放線軸承及配重導(dǎo)輪進(jìn)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(duì)稱絞合，以確保四根絕緣單線的位置對(duì)稱與穩(wěn)定，避免Ｅ值變大。生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)通過(guò)視窗關(guān)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(yīng)及時(shí)停車重新安裝，否則會(huì)使本盤四線組報(bào)廢或存在質(zhì)量隱患。由于絕緣單線在高速運(yùn)行下，其絕緣表面的粉末易粘附在分離器的內(nèi)孔中，導(dǎo)致四根單線因受內(nèi)應(yīng)力而運(yùn)行不暢，難以保證其結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，導(dǎo)致Ｅ值變大，因此每生產(chǎn)幾盤后就應(yīng)拆下分離器檢查，并及時(shí)用酒精棉擦拭內(nèi)孔。扎紗張力主要是通過(guò)張力環(huán)來(lái)施加。張力過(guò)小，聚酯紗起不到扎緊四線組的作用，四線組在成纜過(guò)程中易受擠壓，導(dǎo)致四根絕緣單線相對(duì)位置變化而不再對(duì)稱（即四根絕緣單線偏心程度加大），從而Ｅ值變大；張力過(guò)大，聚酯紗在絕緣單線上留下勒痕，損傷絕緣單線的絕緣機(jī)械性能。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)定期對(duì)張力環(huán)進(jìn)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(shè)備的穩(wěn)定性，生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)前應(yīng)對(duì)所有設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)更換備件，尤其是為保證所有軸承及導(dǎo)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�、Ｋ３的控制星絞四線組電容耦合值Ｋ２、Ｋ３分別為實(shí)路Ⅰ（紅白工作對(duì)）和實(shí)路Ⅱ（藍(lán)綠工作對(duì)）對(duì)幻路的電容不平衡（如圖２所示），其計(jì)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(lán)、綠四根絕緣單線的相對(duì)電容［３］。雖然Ｋ２、Ｋ３不屬于ＴＢ／Ｔ３１００．１—２００４標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的必測(cè)電氣指標(biāo)，且與鋁護(hù)套中絕緣單線的Ｅａ１或Ｅａ２也無(wú)線性關(guān)系，但因Ｋ２和Ｅａ１都與紅白工作對(duì)的一致性有關(guān)，Ｋ３和Ｅａ２都與藍(lán)綠工作對(duì)的一致性有關(guān)，因此在生產(chǎn)過(guò)程中同樣應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制。通過(guò)多年生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ｋ２、Ｋ３實(shí)測(cè)值（絕對(duì)值）大于３００ｐＦ／ｋｍ，則Ｅａ１、Ｅａ２可達(dá)到５００～１０００ｐＦ／ｋｍ，將面臨不合格。此時(shí)必須綜合考慮每批次的生產(chǎn)狀況，嚴(yán)密關(guān)注屏蔽、成纜、鋁護(hù)工序?qū)λ木�組Ｅ值的影響，以判斷Ｅ值的變化趨勢(shì)，避免電纜Ｅ值出現(xiàn)不合格。

　　３．３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(huì)導(dǎo)致四線組在銅帶內(nèi)被壓扁，四根絕緣單線相對(duì)位置改變?cè)斐桑胖灯�大；模具太小容易�?dǎo)致銅線、銅帶及內(nèi)部絕緣帶材被拉斷，影響電纜的質(zhì)量。因此，屏蔽工序中的控制要點(diǎn)就是模具的合理選用，以及生產(chǎn)中定期檢查各種模具的尺寸，避免因過(guò)度磨損造成模具尺寸出現(xiàn)偏差。在屏蔽工序后（或鋁護(hù)工序后）發(fā)現(xiàn)絕緣單線的Ｅａ１或Ｅａ２增大，應(yīng)先將同組絕緣單線更換線位（即紅白工作線對(duì)與藍(lán)綠工作線對(duì)同時(shí)改變放線位置）再一次進(jìn)行Ｅａ１或Ｅａ２的測(cè)試。如果重新測(cè)得Ｅａ１和Ｅａ２的數(shù)值大小反過(guò)來(lái)，則可基本斷定高速星絞工序出現(xiàn)問(wèn)題；如果重新測(cè)得Ｅａ１和Ｅａ２數(shù)值沒(méi)有改變，則應(yīng)該考慮是否絕緣單線一致性出現(xiàn)了問(wèn)題。

　�。常�４成纜工序

　　在生產(chǎn)內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜時(shí)，應(yīng)注意Ｅ值的合理配組，以求在符合標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，最大程度減少報(bào)廢。雖然從總體上講成纜工序?qū)﹄娎|Ｅ值影響要小于絕緣工序和星絞工序，但在成纜中也應(yīng)確保所有的過(guò)線部分導(dǎo)輪都轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、各搖籃架放線張力均勻。為保證纜芯圓整、緊湊，應(yīng)選用合適的緊壓模具，特別在生產(chǎn)Ａ型鋁護(hù)套內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜時(shí)尤其應(yīng)避免纜芯中非屏蔽四線組被擠壓。以規(guī)格為３７Ａ的內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜為例（如圖３所示），兩個(gè)藍(lán)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(jié)構(gòu)不對(duì)稱，從而引起Ｅ值突變和電容增大。圖３３７Ａ內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜的纜芯結(jié)構(gòu)Ｂ型內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)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(jìn)行合理配組，后面工序就可容易地對(duì)電纜Ｅ值實(shí)現(xiàn)控制，基本上可以確保Ｅ值滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。而Ａ型內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜的Ｅ值控制難度則較大。通常Ａ型鋁護(hù)套內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜的內(nèi)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(cè)試每一個(gè)四線組的Ｅａ１和Ｅａ２值，屏蔽組測(cè)得的Ｅ值與鋁護(hù)工序后測(cè)得的Ｅ值差別不大，基本可以反映此電纜Ｅ值的真實(shí)水平。但Ａ型鋁護(hù)套內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜的非屏蔽四線組因無(wú)銅帶屏蔽，其測(cè)得的Ｅ值和最終鋁護(hù)工序后測(cè)得的Ｅ值有差別的，經(jīng)過(guò)大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，未發(fā)現(xiàn)有規(guī)律性的變化，因此應(yīng)在絕緣工序、星絞工序、成纜工序中對(duì)Ｅ值預(yù)留出一定的余量，以免鋁護(hù)工序后因Ｅ值不合格而導(dǎo)致電纜報(bào)廢。

　�。常�５鋁護(hù)工序

　　鋁護(hù)工序中鋁管的焊接密閉性、擴(kuò)口壓扁性等結(jié)構(gòu)性能均會(huì)影響電纜的Ｅ值。同時(shí)，為了防止Ｅ值發(fā)生突變，還應(yīng)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(hù)工序中必須采用合適的模具配比、一致的收放線張力。

　　４結(jié)束語(yǔ)

　　鐵路電纜產(chǎn)品的質(zhì)量關(guān)乎著鐵路行車的安全性，本文對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)非常重要的組成部分———內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜的對(duì)地電容不平衡指標(biāo)的定義及各道生產(chǎn)工序中影響因素的控制方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。只有保證內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜的生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到精確控制，才能生產(chǎn)出對(duì)地電容不平衡指標(biāo)合格的產(chǎn)品，提高電纜的傳輸質(zhì)量，確保鐵路行車的安全性。

　　作者:張?jiān)葡?單位:焦作鐵路電纜有限責(zé)任公司

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