淺析地鐵電連接器電纜端接方式的問題及改進措施

游城 賈慶

摘要：地鐵跳接電纜電連接器電纜端接前期廣泛運用“旋轉頂針”方式，隨著地鐵上用電負荷的不斷增加，該方式弊端越來越明顯。本文從安裝工藝，接觸電阻、可靠性等方面進行問題分析，并提出了改進措施。

關鍵詞：接觸電阻;城市軌道交通;電連接器;電纜端接

一、問題背景

西南某市軌道交通電科列車出現四起跳接電纜電連接器接地短路現象。該線路使用受流器供電，若電連接出現金屬性永久短路現象，會直接導致地鐵線路變電站跳閘，從而整條線路停運，影響重大。

二、問題分析

經過對出現接地短路的電連接器仔細分析，其均出現多芯線纜變色，固定接觸件的絕緣組件因短路產生的巨大能量燒損、碳化，而插針、插孔接觸件對接處完好。這顯然在電纜端接處發生較大溫升，時間一長，導致絕緣組件老化，絕緣和機械性能急劇下降。加之，跳接插頭的拆動或列車運行時產生的振動等，導致接觸件與金屬外殼的爬電距離不足，發生擊穿短路現象。其根本原因就是電連接器電纜端接處接觸電阻較大，根據焦耳定律，這導致發熱量隨之增大。我們知道，接觸電阻（Rc）由收縮電阻（Rs）和層膜電阻（Rf）構成：

Rc=Rs+ Rf

收縮電阻是指兩個導體接觸時，實際接觸面積比名義接觸面積要小得多，導致電流經過接觸面時，路徑受到壓縮而產生的電阻。層膜電阻是指兩個金屬接觸面上存在的薄氧化膜、硫化膜及其他無機膜對電流的阻礙。他們受兩個導體的接觸壓力、導體材質、電流性質、微動、環境和溫度等影響。

對于電連接器電纜端接的接觸電阻來說，電纜線芯和接觸件的接觸壓力影響最顯著。我們知道，接觸壓力小于其拐點壓力時，接觸電阻隨壓力增加而下降;當接觸壓力大于拐點時，接觸電阻隨壓力變化而逐漸趨于穩定。此次接地短路的電纜端接方式，采用了“旋轉頂針”式如圖1。該方式，安裝時需將線纜送入插孔及頂針的間隙中。首先將軸向頂針松至最底，使線纜能夠完全插入插孔腔內，然后使用專用工具旋轉頂針，通過頂針擠壓線芯，使線芯張開并與插孔腔接觸。

從安裝工藝上分析，“旋轉頂針”式電纜端接主要有如下問題：1、插孔腔未設置觀察孔，電纜是否插到位無法確認。2、頂針緊固牢靠性無法保證。機械緊固牢靠，使用定扭矩是較好的判斷方式。頂針壓接在蓬松的線芯上，無法實現定扭矩判斷緊固牢靠。過緊易壓斷線芯，過松在列車運行過程中，電纜的擺動、振動都會使線芯無法可靠與插孔腔緊密接觸。3、頂針擠壓線芯過程中，需要線芯均勻分布在頂針頭四周。而受電纜切斷、剝線等影響，無法保證線芯均勻分布在頂針頭四周，同樣使得線芯無法可靠與插孔腔緊密接觸。綜上，“旋轉頂針”式電纜端接不能可靠保證線芯與插孔腔的接觸壓力。

為了驗證上述分析，我們使用Vanguard公司Auto-Ohm-200 S3型號的直流微歐表來測量“旋轉頂針”式電纜端接的接觸電阻來驗證線芯與插孔腔的接觸緊密性。該微歐表能夠精確測量從1μΩ到5Ω的電阻值。測量電流大于5安培時，分辨率為0.1μΩ。根據GB/T 34119-2017 《軌道交通 機車車輛用電連接器》要求，電纜截面積70mm2的線纜端接使用測試電流為23A，最大接觸電阻為0.015mΩ。我們分別選擇了：6根新“旋轉頂針”電纜端接接觸電阻最小的、發生接地短路的列車（已運行5年）上同型號的及其標準扭力值緊固、旋轉頂針松一圈，旋轉頂針半緊固，旋轉頂針全松四種狀態的等五個接觸電阻進行比較。受儀器輸出電流選擇限制，測試電流選擇25A，具體見表1。需要說明的是：GB/T 34119-2017規定電纜端接的壓接接觸電阻測量方法是按照GB/T 5095.2-1997中試驗2a進行的，與本次測量方式有少許差別，但測量原理相同，結果精度更高。另外，“旋轉頂針”式電纜端接生產于2018-02-01之前，測試結果不能作為合規性審查依據。

顯然“旋轉頂針”式電纜端接，無論是新做還是運行使用5年的接觸電阻都未能達到國標的要求。而且頂針松一圈，接觸電阻增加近一倍。

三、改進措施

將“旋轉頂針”式（圖2上部）改為壓接式（圖2下部）電纜端接。壓接式設有觀察孔，有效避免了因線芯為插接到位而導致端接不牢靠的問題。通過壓接工具的定壓力，壓接工具的抗拉強度檢定等手段，有效保證了電纜端接的牢靠性。同時，我們隨機選取了5個壓接式新電纜端接進行接觸電阻測量，其中最大接觸電阻為0.013mΩ（見表2）。

四、結語

“旋轉頂針”式電纜端接裝配工藝困難，壓接接觸電阻也較大，特別是在頂針不能有效擠壓線芯時，接觸電阻急劇增加。這些都將導致電連接器溫度升高，使得絕緣組件性能下降，存在接地短路的風險。壓接式電纜端接，受壓接工具技術的發展，將廣泛應用于電纜端接。它有效的避免了旋轉頂針式的弊端，增加了電連接的可靠性。

參考文獻

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