淺析國內外軌道交通電線電纜試驗

(株洲中車時代電氣股份有限公司 湖南 株洲 412001)

新版《中長期鐵路網規劃》提出到2020年全國鐵路營業里程超過12萬km，其中規劃建設客運專線超過1.6萬km，新建城市軌道交通線超過5000km，軌道交通電纜的需求將大幅度上升。

由于軌道交通運行的環境和使用的非凡性，所用電纜大都不同于民用線纜要求，有其特殊的標準和行業要求。鐵標TJCL254-2013鐵道客車用電線電纜技術條件(V1.0)是由原鐵道部組織編制，從源頭規范鐵道客車用電線電纜的設計、制造、檢測和試驗，以達到解決客車用低煙無鹵阻燃電線電纜易出現老化、龜裂缺陷的問題。

為滿足鐵標TJCL254-2013的要求，各軌道交通產品的配套廠家必須通過一系列的試驗對所選用的電線電纜進行驗證，進而甄別出對應的合格供應商，避免因選用不合格產品，為軌道交通的運行留下安全隱患。

典型的甄別試驗包括刮磨試驗、絕緣電阻試驗。

一、刮磨試驗

因軌道交通行業特殊性，對電線電纜的耐磨性要求較高，刮磨試驗檢驗的是線纜的絕緣護套層經刮磨后，不能出現擊穿、護套內外表面無明顯裂縫或開裂。各廠家護套層的配方、絕緣層材質和各層厚度不同直接影響刮磨次數和耐磨性能。

(一)試驗標準

鐵標TJCL254-2013鐵道客車用電線電纜技術條件(V1.0)第6.3.5.10條、歐標EN50306-3薄壁型鐵道機車車輛阻燃電纜(第三篇)第4.15條對軌道交通電線電纜刮磨試驗統一要求：針對滿足EN50306-3標準的電纜和滿足EN50306-4標準的多芯總屏蔽帶護套E類電纜在刮針負載為8N的試驗條件下，單次往返不能少于100次，四次往返平均值不能少于150次。

(二)試驗方法

鐵標TJCL254-2013鐵道客車用電線電纜技術條件(V1.0)第8.3.3.14條和歐標EN50306-3薄壁型鐵道機車車輛阻燃電纜(第三篇)第4.15條明確了試驗方法：應按EN50305第5.2節進行。

EN50305第5.2節要求刮磨試驗在20±5℃的溫度下進行，切割刃采用直徑為0.45±0.01mm的拋光彈簧鋼針，其材料符合ISO8458-2；置于刮磨試驗設備的支座上，或采用與電纜軸呈90°的矩型鋼片。刮磨裝置以55±5次循環/min的頻率，在電纜或線芯長度方向的表面刮磨，距離為10至20mm。裝置配有計數計，當切割刃觸及導體或電氣屏蔽時自動停止。

除非另有規定，當電纜直徑≤6mm時應采用鋼針，當直徑>6mm時應采用鋼片。切割刃的負荷在電纜標準中規定。試樣應為0.75m長的線芯或電纜樣品，并用2只電纜夾具在板面固定。

每件試樣應經受4次試驗，每次試驗后，試樣應移動100mm，并順時針轉動90°。

注：如試樣為2芯、3芯電纜，或為不圓整的電纜，切割刃應置于電纜外周的最高點。

每次試驗當切割刃觸及導體或電氣屏蔽時結束，取4次試驗中的平均循環次數，作為耐刮磨試驗的測量值。

(三)試驗結果

為了對軌道交通電線電纜耐刮磨性能進行摸底，選取了國內、國外同規格或不同規格電線電纜進行對比試驗，以此作為各軌道交通項目電線電纜選型參考。

通過統一方法、統一人員和統一設備的方式分別對1組同規格電線電纜和1組兩種不同規格進行了對比試驗，整理后得到如下試驗結果(表1和表2)。

表1

表2

(四)試驗結果分析

表1、表2數據顯示：外資企業同規格線纜的耐刮磨平均次數和最小次數普遍大于國內企業。通過對線纜試驗進一步剖解分析確定：除了線纜絕緣層設計的不同外，差異更大的是絕緣材料的不同。

二、絕緣電阻試驗

絕緣電阻是反映電線電纜產品絕緣特征的主要指標，它反映了線纜產品承受電擊穿或熱擊穿能力的大小，與產品的耐電強度、介質損耗以及絕緣材料在工作狀態下的逐步劣化等均存在著極為密切的關系。對于通信電纜，線間絕緣電阻過低還會增大回路衰減，回路間的串音及在導電線芯上進行遠距離供電泄露等，因此都要求絕緣電阻應高于規定值。

線纜的絕緣電阻主要取決于所選用的絕緣材料，但工藝水平對絕緣電阻的影響很大，因此測定絕緣電阻是監督材料質量和工藝水平的一種方法。通過測定絕緣電阻可以發現工藝的缺陷，同時也是研究絕緣材料的品質和特性，研究絕緣結構以及產品在各種運行條件下的使用性能等各方面的重要手段。對于已投入運行的產品，絕緣電阻是判斷產品品質變化的重要依據之一。

絕緣電阻是指絕緣上所加的直流電壓U與泄露電流I之間的比值：

R=U/I

當絕緣層加上直流電壓時，沿絕緣表面和絕緣內部均有微弱電流通過，對應于這兩種電流的電阻分別稱為表面絕緣電阻和體積絕緣電阻。一般不加特別說明的絕緣電阻均指體積絕緣電阻。

(一)試驗標準

鐵標TJCL254-2013鐵道客車用電線電纜技術條件(V1.0)第6.1.3.4條要求標準壁厚電纜20℃和90℃時的絕緣電阻不得低于標準EN50264-2-1及EN50264-2-2中的相應規定數值；

第6.2.3.4條要求小尺寸壁厚電纜20℃和90℃時的絕緣電阻不得低于標準EN50264-3-1及EN50264-3-2中的相應規定數值；

第6.3.3.4條要求薄壁電纜20℃和90℃時的絕緣電阻不得低于標準EN50306-2表1中的規定數值。

(二)試驗方法

按照EN50305第6.4.1及6.4.2節進行線纜的絕緣電阻測試，具體測試方法：

1.環境溫度下(20℃)的測試：試驗應在長5m、且經過經過6.2.1節試驗的線芯試樣上進行。試樣應在環境溫度下，在水中至少浸1H，試樣的各端應露出水面0.25m。在導體和水之間施加80V至500V的電壓。在施加電壓1min后測量絕緣電阻，并以1km的數值表述。

2.高溫下(90℃)的測試：試驗應在長5m線芯試樣上進行。試樣應在預熱至90℃水中至少浸1H，試樣的各端應露出水面0.25m。在導體和水之間施加80V至500V的電壓。在施加電壓1min后測量絕緣電阻，并以1km的數值表述。

(三)試驗結果

由于線纜的絕緣電阻與絕緣材料在工作狀態下的逐步劣化存在極為密切的關系，故選擇了兩組線纜進行對比試驗：一組新品，生產時間與試驗時間在兩個月以內；另一組新品，在庫房放置半年以上。

通過試驗得到表3、表4結果數據。

表3

表4

三、結語

本文通過以鐵標TJCL254-2013鐵道客車用電線電纜技術條件(V1.0)為基礎，對國內外軌道交通電線電纜進行刮磨、絕緣電阻兩個試驗進行對比驗證，一方面理順了試驗項目的試驗標準要求、試驗方法；另一方面大量的試驗數據為技術研發人員對同規格、同系列線纜的設計選型提供了有效的數據支撐。

國內企業在開發高端的軌道交通用電線電纜時，遇到的主要難點是在絕緣和護套材料等原材料方面。國內在基礎原材料的研究和儲備方面比較欠缺，掌握高端絕緣材料的開發和應用將是打破國外關鍵原材料壟斷和國外電線電纜在軌道交通領域尚無法完全國產化的關鍵所在。