城市軌道交通電力電纜的選擇及標(biāo)準(zhǔn)的制定

楊銳

摘要：近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)改革的不斷深化，城市軌道交通也隨之快速發(fā)展。其中，電力電纜構(gòu)成的電力系統(tǒng) 是城市軌道交通系統(tǒng)中極其重要的環(huán)節(jié)。電力電纜則需要根據(jù)城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)的具體要求，選擇不同技術(shù)參數(shù)的材料。尤其針對(duì)不同的需求選擇防火、阻燃、防鼠等特性的電力電纜。本文簡述了電力電纜的絕緣層選擇、最高溫度選擇、保護(hù)套選擇、防護(hù)層選擇，介紹了電力電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝。研究如何根據(jù)針對(duì)城市軌道交通指定的標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的電力電纜。

關(guān)鍵詞：城市地鐵；電力電纜；工藝標(biāo)準(zhǔn)；電纜研制

隨著我國城市現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的加快，城市交通問題成為了影響城市發(fā)展的重要因素之一，而城市軌道交通系統(tǒng)則有效的緩解了城市的交通問題。我國在未來的十年間，建設(shè)總里程為3000km的城市軌道交通系統(tǒng)，投資規(guī)模高達(dá)9937億人民幣。而城市軌道交通系統(tǒng)中的供電投資比重大，同時(shí)由電力電纜構(gòu)成的供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性將直接影響城市軌道交通系統(tǒng)是否能安全運(yùn)行。為了進(jìn)一步發(fā)展和建設(shè)安全、穩(wěn)定的城市軌道交通系統(tǒng)，需要選擇合適的電力電纜，保障軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

1 電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

城市軌道交通電力系統(tǒng)的電力電纜分為直流牽引電纜和交流電纜，而交流電纜由于其使用范圍和絕緣設(shè)計(jì)影響軌道交通的穩(wěn)定性，所以現(xiàn)代城市軌道交通系統(tǒng)一般使用直流牽引電力電纜。同時(shí)，由于不斷發(fā)展進(jìn)步的城市軌道交通系統(tǒng)，國內(nèi)外也興起針對(duì)高性能直流牽引電力電纜研究的熱潮。

直流牽引電力電纜主要是里層的銅芯導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，用于增加電纜的載流量、提升負(fù)荷。中間層則由防水絕緣層構(gòu)成，使用金屬屏蔽層、鋁塑防水層滿足其防水絕緣的要求。最外層則由防火保護(hù)層構(gòu)成，使用低煙、無鹵的材料滿足阻燃、耐火的要求。

2 電纜的選擇

城市軌道交通系統(tǒng)的電力電纜需要根據(jù)電纜導(dǎo)體、絕緣層、最高允許溫度、保護(hù)套、防護(hù)層等標(biāo)準(zhǔn)選擇不同的種類材料，保證保障軌道交通系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

電力電纜的線芯按照材質(zhì)可分為銅芯和鋁芯，根據(jù)我國消防部門相關(guān)統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)事故中銅芯線纜火災(zāi)發(fā)生率遠(yuǎn)小于鋁芯電纜。同時(shí)，電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，回路的電流較大，對(duì)于安全性的需求較高，因此如今城市軌道交通系統(tǒng)選擇安全可靠性高的銅芯線纜。

2.1 絕緣層選擇

城市軌道交通系統(tǒng)為保證系統(tǒng)安全性，需要電力電纜具有阻燃、耐火的性能以降低火災(zāi)安全隱患。而添加了阻燃劑的無鹵絕緣材料將降低火災(zāi)時(shí)，火勢(shì)的蔓延程度，減少火災(zāi)危害性。同時(shí)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)將不會(huì)產(chǎn)生有毒、腐蝕的氣體。而耐火、抗老化的交聯(lián)聚乙烯絕緣材料構(gòu)成的絕緣層具有良好電氣性能、易安裝、易運(yùn)維的特點(diǎn)，同時(shí)具有優(yōu)異的電氣性能，我國城市軌道交通系統(tǒng)均采用交聯(lián)聚乙烯絕緣層。

2.2 最高允許溫度

除去礦物絕緣電纜外，幾乎所有電力電纜絕緣層都可燃燒。因此，電力系統(tǒng)電力電纜的耐火性和防火性只是不易燃燒。而根據(jù)我國《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定， 由額定工作電壓小于等于10kV的交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜構(gòu)成的電力系統(tǒng)，在城市軌道交通系統(tǒng)在額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，長期最大工作溫度為90℃。由于城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)負(fù)荷分布不均勻，存在早晚通勤高峰，此時(shí)軌道交通列車車次多、負(fù)載大。因此，城市軌道交通電力系統(tǒng)存在運(yùn)行最高允許溫度，在設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)時(shí)需要選擇相應(yīng)通勤運(yùn)行高峰電力電纜的最高允許工作溫度在90℃以下，同時(shí)短路時(shí)5s內(nèi)電力電纜的最高允許工作溫度小于250℃。

2.3 保護(hù)套選擇

城市軌道交通系統(tǒng)由于建設(shè)在復(fù)雜的城市環(huán)境中，電力系統(tǒng)容易受到昆蟲和嚙齒類動(dòng)物的啃食，導(dǎo)致電力電纜漏電短路，最終影響到軌道交通系統(tǒng)的安全運(yùn)行。為避免蟲鼠的危害，電力電纜需要選擇合適的保護(hù)套對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。在地面段的軌道交通系統(tǒng)需要選擇防紫外線和抗日照性能良好的材料作為保護(hù)套。同時(shí)，電力電纜的保護(hù)套可燃性將直接影響其燃燒性能，因此保護(hù)套也需要選擇阻燃、耐火的材料。目前，我國的電力電纜大多選擇的低煙無鹵和低鹵、防腐蝕材料，且該類型材料已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，保證了城市軌道交通系統(tǒng)在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

2.4 防護(hù)層選擇

城市軌道交通系統(tǒng)的電力電纜敷設(shè)在城市復(fù)雜環(huán)境中，為防止城市施工、意外事故、漬水以及自然災(zāi)害造成的電力電纜損傷，電力系統(tǒng)中的電力電纜必須加裝鎧裝防護(hù)層。鎧裝保護(hù)層一般選擇非磁性材料鋁帶或不銹鋼材料。鎧裝層雖然會(huì)提高電纜的造價(jià)，但提高了電力系統(tǒng)整體運(yùn)行的安全性，因此在城市軌道交通系統(tǒng)中使用鎧裝保護(hù)層的電力電纜是十分有必要的。由于大部分城市軌道交通電力系統(tǒng)敷設(shè)在地下，在潮濕多雨的城市，如重慶、廣東地區(qū)，地下環(huán)境潮濕浸水，外層的水會(huì)滲透到電力電纜的內(nèi)部，使在絕緣層滋生的水樹不斷生長，一段時(shí)間后達(dá)到電纜擊穿電壓造成電力系統(tǒng)的短路。同時(shí)，電力系統(tǒng)長時(shí)間處于該環(huán)境中會(huì)造成電纜絕緣層老化，因此防護(hù)層還需要具有良好的防水性能，一般會(huì)在內(nèi)層設(shè)計(jì)防水層。

3 電纜研制的標(biāo)準(zhǔn)與要求

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是保障城市軌道交通系統(tǒng)安全運(yùn)行的必要條件，而電力系統(tǒng)是由電力電纜構(gòu)成，因此需要根據(jù)不同的要求設(shè)計(jì)研制電力電纜。電纜研制的要求包括電壓等級(jí)要求、阻燃要求、安裝要求、環(huán)境要求、防水性要求、防日曬、防鼠、防白蟻等不同方面的要求。電纜研制的標(biāo)準(zhǔn)則是根據(jù)我國《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》、《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市軌道交通系統(tǒng)也發(fā)生了前所未有的突破性發(fā)展。電力系統(tǒng)則是保障城市軌道交通安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。因此，構(gòu)成電力系統(tǒng)的電力電纜需要滿足相應(yīng)的環(huán)境要求，并根據(jù)不同環(huán)境設(shè)計(jì)研制符合標(biāo)準(zhǔn)的電纜。我國的國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)在2008年制訂了電纜設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)研制電力電纜時(shí)要達(dá)到防水、防鼠、防蟲害、阻燃的要求，保障城市軌道交通的安全運(yùn)行。

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