摘要：本文介紹了地鐵輕軌用直流電力電纜由于特定使用環(huán)境而衍生的一系列特性要求以及相應(yīng)的試驗方法，對為滿足電纜的這些特性要求而在設(shè)計研制過程中采取的措施進行了討論，重點說明了電纜的阻燃結(jié)構(gòu)，原理及低毒特性。電纜樣品通過了全面的型式試驗并且合格。最后提出了有關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：地鐵輕軌；阻燃A級；低煙無鹵：透光率

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市現(xiàn)代化建設(shè)和人們的生活節(jié)奏不斷加快，對目前的交通條件提出了更高的要求，城市的交通要滿足目前人們的日常出行和正常生活工作的需要，就要提供四通八達，方便迅捷的服務(wù)，城市軌道交通是目前國際大城市改善交通環(huán)境的主要措施，我國各大中城市借鑒國外的經(jīng)驗，建設(shè)快速軌道交通己呈方興未艾之勢。目前，北京、上海、天津、重慶、大連和廣州等很多城市都在建或續(xù)建地鐵輕軌軌道交通，我們天津己經(jīng)建成的津濱輕軌和地鐵輕軌1號線給大家的生活和工作提供了很多方便，也提高了效率，接下來建設(shè)的2號線，3號線“．“．將構(gòu)成城市的立體交通網(wǎng)絡(luò)，滿足人們高效迅捷的工作生活節(jié)奏的需要。

城市軌道交通的發(fā)展也為電纜行業(yè)提供了商機，輕軌地鐵用直流牽引電纜就是適用于城市軌道交通的直流傳輸電力電纜，而直流牽引電力傳輸用電纜除部分從國外引進外，大多可采用交流電纜代替。山于工作中接觸到一些地鐵工程的招標技術(shù)文件，木文就輕軌地鐵用直流電力電纜獨特的使用環(huán)境和相應(yīng)特性要求，結(jié)合我們對它的設(shè)計和研制進行總結(jié)，與大家交流探討。

1城市輕軌地鐵用直流電纜的主要技術(shù)問題及要求

1.1由于城市輕軌地鐵用直流電纜的使用環(huán)境多為人凵密集的地下，對阻燃性能要求較高，我們接觸到的招標文件都要求符合GB仃18380．3中A級,B級或C級的要求，并且隨著設(shè)計過程中與使用部門的溝通，阻燃性能的要求提高到了A級，也就是阻燃要求為GB/T183803中的A 級

此外，過去PVC為絕緣或護套的電纜燃燒時釋放大量煙霧和有毒氣體，妨礙消防工作的進行，并且酸性氣體對人和設(shè)備都會造成傷害，所以在人口密集，通風(fēng)條件差的地下，設(shè)計單位一般都選用低煙無鹵或低煙低鹵型的電纜，因此電纜的發(fā)煙量，鹵酸氣體釋放量必然有較高的要求，我們結(jié)合用戶提出的技術(shù)條件，制訂了我公司的企業(yè)標準，關(guān)于阻燃及低煙無（低）鹵特性的具體參數(shù)見表1

表1低煙無（低）鹵性能的具體參數(shù)

1.2用戶提出電纜需要具備防白鼠、防白蟻性能。

1.3用戶提出電纜要具有防水性能。

1.4由于電纜有可能敷設(shè)在戶外，所以，電纜要耐紫外線，適應(yīng)各種氣候條件。

2電纜設(shè)計及研制

在輕軌地鐵用直流電纜的設(shè)計和研制中，重點在于阻燃結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及一些特殊性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如防水、防鼠、防白蟻等，銅導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)可以參照國家標準《電纜的導(dǎo)體》中第2 類或第5類設(shè)計，絕緣（用戶要求為交聯(lián)聚乙烯）可以參照GB/T12706．1《額定電壓IkV到

35kV擠包絕緣電力電纜及附件》進行設(shè)計，這里不再進行說明。

2．1阻燃結(jié)構(gòu)的設(shè)計和研制

城市軌道交通用直流電纜的使用環(huán)境多為人口密集的地下場所，一旦發(fā)生火災(zāi)，地下封閉的環(huán)境給人員逃生和消防工作帶來很大困難，這些因素決定了地鐵輕軌用的直流電纜必須有很好的阻燃性能和低煙低毒的性能。

一般來說，低煙無（低）鹵阻燃電纜的材料和結(jié)構(gòu)可以有兩種選擇，一種是低煙無（低）鹵阻燃絕緣材料+低煙無（低）鹵阻燃護套材料，另一種為非阻燃絕緣材料十低煙無（低）鹵阻燃護套材料。如果要求低煙無（低）鹵電纜的阻燃性能達到A級，顯而易見，最好采用第一種結(jié)構(gòu)，這樣能保證整體電纜的阻燃性能。但是具體到城市軌道交通用直流電纜，我們最終選擇了后一種結(jié)構(gòu)，即交聯(lián)聚乙烯絕緣（交聯(lián)聚乙烯是不阻燃材料）+低煙無（低）鹵阻燃護套材料，原因如下：I .用戶要求絕緣材料采用交聯(lián)聚乙烯絕緣2．如果采用低煙無（低）鹵阻燃交聯(lián)聚烯烴絕緣，那么，電纜的絕緣電阻常數(shù)和體積電阻率等電氣性能指標會降低，不能達到相應(yīng)的交聯(lián)聚乙烯絕緣的水平，這種情況下，我們必須在電纜的護層材料和結(jié)構(gòu)上采取措施，才能保證電纜的阻燃性能。

我們這次試驗樣品選擇的截血是400mm2，為提高阻燃性能，我們在絕緣和護套間增加內(nèi)護層，一種選擇是擠出普通低煙無鹵阻燃內(nèi)護層，另一種選擇是繞包低煙無鹵阻燃玻璃布帶，結(jié)果兩種結(jié)構(gòu)均沒有通過A級試驗。這時，我們考慮采用高阻燃隔氧層結(jié)構(gòu)，即在絕緣和護套間擠包一層填充了大量無機阻燃劑的低煙無鹵阻燃內(nèi)護層，它的阻燃機理如下．電纜的引燃是一個先吸熱后放熱的過程，電纜在引燃前需要吸收大量的熱量使電纜內(nèi)的材料達到閃點，才能燃燒。高阻燃隔氧層材料由于填充了大量不可燃的無機氫氧化鋁，氫氧化鎂等，使電纜的熱容量增加和傳導(dǎo)熱阻降低，延滯了火焰下外護套溫升的提高，另外，當氫氧化鋁溫度升高至250 ℃時，出現(xiàn)下列反應(yīng)：2AL (OH) 3一AL2O3+3H2O ↑，這個過程需要吸收大量熱量同時釋放大量水蒸氣，而水蒸氣能夠稀釋可燃性氣體，有效抑制材料閃點的出現(xiàn)，有助于阻止電纜的燃燒。對樣品進行阻燃試驗后，我們發(fā)現(xiàn)這個高阻燃內(nèi)護套的結(jié)殼性很好，經(jīng)過火焰燃燒后，析出水分己經(jīng)轉(zhuǎn)化成不熔不燃的氧化鋁硬殼包裹在絕緣外阻止火焰進入絕緣內(nèi)，也隔絕了絕緣與外界氧氣的接觸，使火勢得到控制。通過對樣品進行試驗，證明了這種結(jié)構(gòu)的效果很好，能夠使電纜達到A級阻燃的要求。這種高阻燃隔氧層材料是由國內(nèi)廠家生產(chǎn)的，氧指數(shù)55左右，發(fā)煙量、鹵酸氣體釋放量、PH值和電導(dǎo)率均達到低煙無鹵的要求，按照這種結(jié)構(gòu)，我們又試制其它兒種低煙無（低）鹵料，也都達到了A級阻燃的要求。對于兒種低煙無（低）鹵城市軌道交通用直流電纜的試驗結(jié)果見表2

表2低煙無（低）鹵城市軌道交通用直流電纜的試驗結(jié)果

注：其中低煙無鹵材料1，低煙無鹵材料2，低煙低鹵材料1，低煙低鹵材料2分別代表不同的材料。

通過表2可見，帶有擠出高阻燃隔氧層結(jié)構(gòu)的電纜能通過阻燃A級試驗，不帶有擠出高阻燃隔氧層結(jié)構(gòu)的電纜沒有通過阻燃A級試驗。城市地鐵輕軌用低煙無（低）鹵直流電纜的透光率、鹵酸氣體釋放量、PH值、電導(dǎo)率均符合標準要求并且有很大的余量，而城市地鐵輕軌用低煙低鹵直流電纜的透光率與標準相比還有微小的差距。

2．2電纜的防鼠防蟻層設(shè)計

由于電纜長期敷設(shè)在地下，容易受到小動物（如鼠類、蟻類）的攻擊，影響電纜的性能，使用方提出電纜應(yīng)具有防鼠防蟻功能。黃銅是非磁性材料，是含銅60．70％，含鋅30．40％的合金，相對紫銅硬度較大。根據(jù)其中鋅的不同含量，可以得到不同的機械性能。根據(jù)以往經(jīng)驗，既要考慮到有足夠的硬度經(jīng)受鼠蟻的攻擊，又要有適當?shù)膹姸群蜕炻蕽M足生產(chǎn)上加工的要求，我們選擇了符合GB2060中H62或H65的黃銅帶作為防鼠防蟻層。黃銅帶最薄厚度為0．12mm，即可采取雙層間隙繞包的結(jié)構(gòu)，也可以采用單層重疊繞包的形式，兩種結(jié)構(gòu)的樣品經(jīng)過驗證均收到了滿意的效果。

2．3電纜的防水性能設(shè)計

由于環(huán)境和氣象因素的作用，電纜有可能較長時間敷設(shè)在潮濕的環(huán)境下，水分子有可能徑向透過護層，侵入到電纜內(nèi)部，被絕緣吸附吸收，引起電氣性能的下降，所以用戶要求電纜要有徑向防水功能。

對于防水要求，有兩種結(jié)構(gòu)可供選擇：其一為擠出一層吸濕性和透水性低的材料，將水分阻擋在絕緣外，如擠出一層線性低密度聚乙烯；另一種為采用鋁/塑粘結(jié)綜合護套。一般來說，對防潮性能要求高的電纜多采用綜合護層結(jié)構(gòu)?？紤]到該電纜的阻燃要求為A級，盡量不在電纜結(jié)構(gòu)中添加易燃物（聚乙烯不阻燃），以及鋁/塑粘結(jié)綜合護層有更好的防水性，所以我們選擇了鋁/塑粘結(jié)綜合護層這種防水結(jié)構(gòu)。我們還在交聯(lián)聚乙烯絕緣與鋁/塑粘結(jié)綜合護層間繞包了一層膨脹型阻水帶，提高了防水的可靠性。

2．4電纜的耐紫外線性能

如果電纜不是在地鐵中使用，而是敷設(shè)在高架輕軌上，這樣就可能長期經(jīng)受日光照射和各種氣象條件的考驗，電纜的護層長期被日光照射，容易出現(xiàn)顏色褪色，機械物理性能下降甚至開裂等現(xiàn)象，所以，這種情況下，電纜的護套應(yīng)該具有耐紫外線特性。我們在選擇護套材料時，尤其對于不是黑色的護層，都選擇了帶有防紫外線性能的材料或者在護套材料中添加耐紫外線吸收劑等助劑以改善材料的性能。

2．5電纜的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1

圖1結(jié)構(gòu)示意圖

1一導(dǎo)體；2一絕緣；3一阻水帶；4一綜合護層；5一高阻燃隔氧層：6一防鼠蟻層；7一護套

3主要特殊試驗的要求及試驗方法

3彐電纜的阻燃性能、發(fā)煙量、鹵酸氣體釋放量、PH值和電導(dǎo)率要求見1.1.

3．2電纜的防鼠蟻性能要求：

該項試驗是根據(jù)GB295L38中“實驗群亻本法”的要求進行的，該電纜達到蛀蝕一級要求， 3．3防水性能要求

電纜在水中浸泡72小時后，去除絕緣層外面的復(fù)合層后，用肉眼觀察，絕緣外表面是干燥的。

3．4防紫外線性能試驗：

根據(jù)GB14049架空絕緣電纜的人工耐氣候老化試驗進行：

在大氣和光老化作用下，試樣經(jīng)42天老化后，護套的抗張強度和伸長率變化率應(yīng)不超過±

30％，經(jīng)21天老化后，試樣與經(jīng)過42天老化后試樣對比，抗張強度和伸長率的變化率應(yīng)不超過

4結(jié)束語

4．1我公司設(shè)計的直流巧傭v高架輕軌用防水防鼠型耐紫外線低煙無鹵阻燃A級電力電纜通過了國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的全面型式試驗。

4．2建議地鐵中使用的電纜，最好采用低煙無鹵型，因為低煙低鹵型的電纜護套基材為聚氯乙烯，很難保證它的低毒性能。高架輕軌上使用的電纜山于通風(fēng)性好，人員稀少，從減少成本著想，可以考慮低煙低鹵型，但要注意需要耐紫外線和防水性能．總之，對低煙低鹵電纜的使用應(yīng)持慎重態(tài)度．