高速鐵路數字信號電纜對地電容不平衡的影響因素分析及控制

王子純

(江蘇東強股份有限公司，江蘇東臺224247)

0 引言

隨著我國高鐵的迅速發展，高速鐵路數字信號電纜生產企業將迎來難得的發展機遇，但其市場的競爭最終還是取決于產品質量。高速鐵路數字信號電纜纜芯結構規格及型號較多，工藝流程繁瑣，電氣及傳輸指標要求也復雜。通過對近幾年同行及本公司生產該產品的各項指標檢測數據統計，我們發現，電纜對地電容不平衡值波動會影響到其他參數指標的控制。

在高速鐵路數字信號電纜的應用環境中，對電纜線路傳輸特性產生影響的外界干擾源主要有傳輸線路、電氣化鐵道接觸網、大功率用電設備、雷電放電、無線電臺和有線廣播網等。這些場源對沿高鐵線敷設的高速鐵路數字信號電纜線路造成的影響有兩類，即危險影響和干擾影響。這種由外界電磁場產生的危險影響和干擾影響，會對高速鐵路數字信號電纜的傳輸線路產生重大危害。輕則引起串音干擾，降低傳輸質量;重則破壞信號設備、引起信號設備的誤動作。這些誤動現象的嚴重性，除了不能正確反映電路的現狀外，還會出現信號的晉級顯示，危及人身安全。高速鐵路數字信號電纜的對地電容不平衡指標是評價電纜抗外界干擾能力的關鍵指標，但作為電纜本身的要求，鐵路信號電纜對地電容不平衡是評價電纜抗外界干擾能力的關鍵性指標。因此，本文就影響電纜對地電容不平衡指標的幾個因素進行分析，并對其控制方法進行討論。

1 數字信號電纜對地電容不平衡的定義及計算公式

信號電纜的對地電容不平衡，會增加鄰近干擾源對電纜串音的干擾，電容不平衡的大小，說明電纜抗外界干擾的能力。因此，對于音頻電纜來說，電容不平衡及電容耦合系數是評價電纜制造工藝和電纜質量的一個重要指標。

鐵道部產品質量監督檢測中心發布的鐵路信號電纜檢測細則中規定:鐵路數字信號電纜的電氣性能指標中，對地電容不平衡屬A類項目指標，單項不合格則產品判定不合格。對地電容不平衡的定義及近似公式，見表1。

表1 數字信號電纜對地電容不平衡的定義及近似公式

2 數字信號電纜對地電容不平衡影響因素分析

信號電纜的對地電容不平衡指標是一個較為復雜的參數，其影響因素較多，且在電纜的屏蔽層工序完成后(即內屏蔽數字信號電纜的屏蔽四線組工序、數字信號電纜、信號電纜的綜合護套和鋁護套擠出工序后)才具備檢測條件。但當電纜具備測試條件后，也就失去了補救機會，一旦該項指標超標，也就造成產品的不良缺陷或導致產品不合格。在實際生產過程中，相同工藝下的細微差異，會導致電纜對地電容不平衡指標0～1 500 pF/km的變化。因此，在高速鐵路數字信號電纜的生產過程中應注意以下因素，保證電纜對地電容不平衡指標的合格。

2.1 絕緣單線的擠制

絕緣單線的均勻一致性是影響高速鐵路數字信號電纜對地電容不平衡的關鍵因素。絕緣單線銅線的幾何形狀及均勻性、銅線伸長率、銅線與絕緣層的粘結剝離強度、絕緣層的同心度、橢圓度、發泡度及發泡質量、各色譜絕緣單線絕緣層中色母料配比的一致性等都將直接影響該指標參數。

絕緣單線的生產主要應控制好以下三個方面:

(1)控制好銅線的幾何形狀及均勻性、銅線伸長率。首先，優質的拉絲模具能保證銅線表面光潔，而銅線的圓整性完全取決于模具的精度和圓整性。另外，在生產過程中應注意定期檢查拉絲模具的磨損情況，并及時更換拉絲模，防止出現銅線的批量不合格;其次，銅線退火溫度與銅線的伸長率相關，退火溫度過高，則銅線會很軟，過低，則銅線會很硬。銅線過軟和過硬均會增加后續工序加工難度，從而導致電纜對地電容不平衡指標的波動。銅線退火電流的波動幅度越大，銅線伸長率越不均勻。在生產過程中，必須對退火電流適時監控，及時調整;最后，因銅線放線張力由舞蹈輪控制，故舞蹈輪配重不當，也會導致銅線尺寸在長度上發生不均勻變化。

(2)控制好絕緣單線外徑的均勻性、同心度、橢圓度、表面光潔度、絕緣與導線的粘附力、絕緣發泡的均勻性、同軸電容的均勻性。生產線速度、擠出機螺桿轉速及生產線張力的穩定性都會影響絕緣線芯外徑及其電容的穩定性;在擠出過程中，預熱溫度不均勻或設置不當，會影響絕緣與導線的粘附力以及絕緣的發泡質量。

(3)由于在生產過程中，影響導線直徑、絕緣外徑、同心度、橢圓度、同軸電容的因素時時存在，因此要保持生產線外部和內部的清潔:如勤換過濾布和退火冷卻水，保持拉絲乳液和退火冷卻水的清潔程度，及時清理拉絲出線模口的銅粉;要及時檢查模具的位置;要注意冷卻水的急緩;要控制好各導輪的靈活程度。

2.2 四線組的星絞

星絞的絞合節距、收放線張力、扎紗的節距、扎紗的張力都會不同程度地影響成品電纜對地電容不平衡指標。星形四線組中的4根絕緣單線必須為同一工藝的同一批次產品，其單線的導體直徑、導體伸長率、絕緣外徑等結構尺寸及電容必須在規定的偏差范圍內;絕緣單線的放線張力大小適中且均勻一致;如放線張力不一致、不均勻都會導致四根線芯長短不一，星絞線組位置不對稱，會影響線絞合節距的穩定，節距不宜過大或過小，因過大或過小都會影響電纜結構的變形;偏心補償儀中線芯的走向一致，不能交叉壓線;定徑模模孔尺寸大小合理、結構圓整、光潔度高;單線、四線組通道中無擠壓、變形、擦傷等不良現象;采用較小的扎紗節距及合理的扎紗張力，確保星絞生產作業電纜的K1值指標合格(K1為電纜電耦合系數，應不大于81 pF/km)，確保四線組結構的對稱穩定性。

2.3 星絞組的屏蔽

銅帶厚度的均勻性、軋紋模具的結構、導向模的位置和孔徑、排線質量等都會引起線組對地電容不平衡的變化;根據銅帶軋紋深度要求配制結構合理的軋紋模具。在生產過程中，要定期檢查軋紋模具、導向模的磨損情況并及時更換。由于排線不當導致屏蔽體發生周期或非周期性的彎曲將造成電纜結構的局部畸變，嚴重的還會使絕緣外徑、線芯電容發生突變，從而造成對地電容不平衡等指標的不合格，因此在收排屏蔽組時要格外小心，一定要做到張力均勻、排列整齊。

2.4 成纜

成纜生產時，屏蔽四線組的優化配盤至關重要，是對已有較大對地電容不平衡值的屏蔽四線組采取的一個補救手段。

2.5 其他

電纜鋁護套與纜芯的間隙，對電纜的對地電容不平衡也有一定的影響。當鋁套與纜芯的間隙小，即鋁護套生產過程中纜芯受到擠壓變形時，原較大的對地電容不平衡指標會有一定程度的下降。

綜上所述，導致鐵路信號電纜的對地電容不平衡指標不合格的因素是綜合性的，需在日常生產過程中，從產品的結構尺寸、相關的性能指標、生產設備、工裝模具、產品實現的工藝過程等方面的綜合因素逐一驗證、判定并排除。

3 結束語

通過對影響高速鐵路數字信號電纜對地電容不平衡的因素進行分析，高速鐵路數字信號電纜在生產制造過程中應及時發現并排除各種不利因素，進而實現有效控制和精確制造，減小不必要的損失。此外，還需從對地電容不平衡指標的測試原理及方法、測試環境等方面對電纜進行更為準確的分析評價，力爭生產出更加優質、滿足高速鐵路數字信號傳輸需求的產品。