盾構機電源用移動中壓軟電纜的研制

◎文/李萬松（安徽凌宇電纜科技有限公司）

隧道在鐵路、公路、地鐵、市政管網等工程建設中一直都發揮著重要的作用，盾構機作為隧道的主要掘進設備對施工進度的影響很大。盾構機電纜是盾構機供電系統中關鍵配套設備之一，但在工作過程中短路或斷路現象時有發生。一是由于盾構機工作時電纜通過卷筒收放，電纜自身所承受的重量、扭轉和彎曲導致電纜短路或斷路；二是盾構機工作時受空間限制和環境影響，電纜被油和泥漿腐蝕導致短路；三是中壓電纜通常都采用銅帶繞包屏蔽，電纜彎曲時銅帶間隙發生變化扎破絕緣導致短路。因此盾構機電纜在滿足標準要求的前提下電纜外徑要小，還要具有良好的機械物理性能。安徽凌宇電纜科技有限公司根據多年生產礦用電纜、船用電纜的經驗，結合盾構機電纜的使用特點和環境要求，研制了一款盾構機電源用移動中壓軟電纜。

一、設計思路

盾構機電纜結構見圖1，電纜型號為UGEFP，電壓等級為6～35kV。

圖1 盾構機電纜結構

地線芯：地線芯導體采用六類導體結構，鍍錫軟銅線分層同心式絞合在鋼絲繩加強芯上構成地線芯導體[1]，地線芯導體外可以擠包半導電層也可無半導電層。

主線芯：主線芯采用六類導體結構，多根鍍錫軟銅線束絞后籠絞，束絞節徑比控制在10倍以下，籠絞的節徑比控制在8倍以下，且采用束絞和籠絞方向相反、每層絞向相反的同心式正規絞合，外層絞合方向為右向。此種絞合方式中每一根束線受力均勻，抗拉性能好，當導體發生扭轉時能起到抑制作用，導體很少或不會發生扭轉變形而引起導體斷裂，柔軟性和延展性更好。為改善電纜的電氣性能、減小電樹和化學樹放電，采取在導體上先繞包一層非吸濕性半導電帶，再擠包導體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽。絕緣屏蔽外金屬屏蔽層采用金屬與纖維編織，編織層由鍍錫銅線與聚酰胺或聚酯類合成纖維紗組成，二者錠數相同、方向相反。編織鍍錫銅線采用并線結構，其單線標稱直徑應不大于0.30mm，形成主線芯，同時增加主線芯的拉斷力和對外界的干擾。

纜芯：地線芯位于主線芯間隙中，絞合成纜芯，絞向為左向。纜芯外擠包一層半導電膠，由于擠包壓力大，半導電膠擠入主線芯屏蔽和地線芯之間的所有縫隙，增大了主線芯屏蔽和地線芯的接觸面，增加了電纜故障報警靈敏度，提高了電纜的安全性[2]。

加強層和護套：電纜的加強層采用高強度細鋼絲疏繞在內護套外面，內、外護套之間要緊密結合。內護套采用高性能氯丁膠擠包、外護套采用耐腐蝕和耐磨的氯丁膠擠包，使電纜的機械性能和耐腐蝕性有很大提高。

二、主要性能指標的確定

為保證盾構機電纜能夠正常運行，首先要保證成品電纜的主要性能指標滿足工作環境的要求。

老化前的機械性能。在能夠滿足機械性能和電性能的前提下電纜外徑要盡可能小。參照MT818.6-2009，內、外護套厚度總和為8mm，護套的抗張強度要求不小于11 MPa、伸長率不小于250%[3]。根據盾構機電纜特點，護套厚度減少到4mm左右，通過計算材料的抗張強度應不小于22 MPa、伸長率應不小于300%。

負重性能、常溫下扭轉性能、彎曲性能。電纜的負重性能應滿足風力發電用耐扭轉軟電纜TICW11-2012附錄B的技術要求和試驗方法，電纜在常溫下扭轉性能應滿足風力發電用耐扭轉軟電纜TICW11-2012附錄A的技術要求和試驗方法[4]，電纜彎曲性能應滿足GB/T12972.1-2008附錄D的技術要求和試驗方法[5]。

耐泥漿性能。耐泥漿性能指標要滿足船用電纜標準IEC60092-350：2008附錄G第G.4的技術要求和試驗方法[6]。

綜上，盾構機電纜的主要性能指標見表1。

表1 盾構機電纜的主要性能指標

三、材料的選用

根據盾構機電纜的主要性能指標來選用材料。為保證盾構機電纜有較好的機械性能，導體采用符合GB/T 4910-2009標準規定的鍍錫圓銅線，結構符合GB/T 3956-2008標準規定的六類導體。主線芯絕緣采用高強度三元乙丙膠擠包，抗張強度不小于6.5MPa，伸長率不小于250%，其他性能符合XJ-30A的規定。內護套采用具有良好的機械物理性能的氯丁膠擠包，抗拉強度不小于22MPa，伸長率不小于300%，抗撕不小于5.0N/mm，其他性能符合XH-03A的規定。外護套采用具有極好的機械物理性能、耐腐蝕性能和耐磨性能的氯丁膠擠出，且抗拉強度不小于22MPa、伸長率不小于300%、抗撕不小于5.0N/mm，其他性能符合XH-03A的規定。加強層采用高強度細鋼絲繞包。

四、產品的試制

下面以UGEFP-8.7/10kV 3×70+3×10盾構機電纜為例說明試制過程，電纜結構如圖1所示。

地線芯：導體采用了高強度鋼絲繩作為抗拉元件，采用六類鍍錫軟銅線用500型管絞分層同心絞合，絞合節徑比控制在8～10倍，每層絞合方向相反，最外層的絞合方向為右向，地線芯導體可以擠包半導電層也可無半導電層。

主線芯：導體采用六類導體結構，采用500型束絞機束絞和500型籠絞機復絞，按照前述標準控制束絞節徑比、籠絞的節徑比、絞合方向；同時導體上先繞包一層非吸濕性半導電帶，然后采用三層共擠擠包導體屏蔽、絕緣和絕緣屏蔽[7]再采用24錠編織機0.30鍍錫銅線編織金屬屏蔽層，編織層由鍍錫銅線與聚酰胺或聚酯類合成纖維紗組成，兩者的錠數相同、方向相反，編織覆蓋率不小于80%。

纜芯：采用1+6/1250成纜機絞合，地線芯位于主線芯間隙中絞合成纜芯，絞向為左向，絞合節徑比控制在14倍以內。纜芯外用Φ120擠橡機擠包一層半導電膠。

加強層和內、外護套：將纜芯使用Φ120擠橡機擠包內護套、36錠編織機繞包加強層、Φ150擠橡機擠包外護套，采用一次成型技術生產加強層和內、外護套。一次成型技術可以使內、外護套之間緊密結合無空氣，使加強層和內、外護套成為一個整體，使用過程中不會產生氣泡和分層。

五、性能測試

按照表1要求對盾構機電纜做了主要性能測試，性能測試結果見表2。從測試結果可知本產品完全滿足盾構機工作環境的要求。

表2 性能測試結果

六、結束語

UGEFP型盾構機電纜優化了材料的性能和結構，提高了電纜的機械性能、耐腐蝕性能、耐磨性能以及抗靜電和抗干擾性能等；同時也提高了電纜故障報警靈敏度，使電纜的安全性更加可靠。該型號盾構機電纜可以替代部分進口產品。