盾構(gòu)機(jī)電源用移動(dòng)中壓軟電纜的研制

◎文/李萬(wàn)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(wǎng)等工程建設(shè)中一直都發(fā)揮著重要的作用，盾構(gòu)機(jī)作為隧道的主要掘進(jìn)設(shè)備對(duì)施工進(jìn)度的影響很大。盾構(gòu)機(jī)電纜是盾構(gòu)機(jī)供電系統(tǒng)中關(guān)鍵配套設(shè)備之一，但在工作過程中短路或斷路現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。一是由于盾構(gòu)機(jī)工作時(shí)電纜通過卷筒收放，電纜自身所承受的重量、扭轉(zhuǎn)和彎曲導(dǎo)致電纜短路或斷路；二是盾構(gòu)機(jī)工作時(shí)受空間限制和環(huán)境影響，電纜被油和泥漿腐蝕導(dǎo)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(shí)銅帶間隙發(fā)生變化扎破絕緣導(dǎo)致短路。因此盾構(gòu)機(jī)電纜在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下電纜外徑要小，還要具有良好的機(jī)械物理性能。安徽凌宇電纜科技有限公司根據(jù)多年生產(chǎn)礦用電纜、船用電纜的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)電纜的使用特點(diǎn)和環(huán)境要求，研制了一款盾構(gòu)機(jī)電源用移動(dòng)中壓軟電纜。

一、設(shè)計(jì)思路

盾構(gòu)機(jī)電纜結(jié)構(gòu)見圖1，電纜型號(hào)為UGEFP，電壓等級(jí)為6～35kV。

圖1 盾構(gòu)機(jī)電纜結(jié)構(gòu)

地線芯：地線芯導(dǎo)體采用六類導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，鍍錫軟銅線分層同心式絞合在鋼絲繩加強(qiáng)芯上構(gòu)成地線芯導(dǎo)體[1]，地線芯導(dǎo)體外可以擠包半導(dǎo)電層也可無(wú)半導(dǎo)電層。

主線芯：主線芯采用六類導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，多根鍍錫軟銅線束絞后籠絞，束絞節(jié)徑比控制在10倍以下，籠絞的節(jié)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(guī)絞合，外層絞合方向?yàn)橛蚁?。此種絞合方式中每一根束線受力均勻，抗拉性能好，當(dāng)導(dǎo)體發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)能起到抑制作用，導(dǎo)體很少或不會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形而引起導(dǎo)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(xué)樹放電，采取在導(dǎo)體上先繞包一層非吸濕性半導(dǎo)電帶，再擠包導(dǎo)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(shù)相同、方向相反。編織鍍錫銅線采用并線結(jié)構(gòu)，其單線標(biāo)稱直徑應(yīng)不大于0.30mm，形成主線芯，同時(shí)增加主線芯的拉斷力和對(duì)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?yàn)樽笙颉＠|芯外擠包一層半導(dǎo)電膠，由于擠包壓力大，半導(dǎo)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(bào)警靈敏度，提高了電纜的安全性[2]。

加強(qiáng)層和護(hù)套：電纜的加強(qiáng)層采用高強(qiáng)度細(xì)鋼絲疏繞在內(nèi)護(hù)套外面，內(nèi)、外護(hù)套之間要緊密結(jié)合。內(nèi)護(hù)套采用高性能氯丁膠擠包、外護(hù)套采用耐腐蝕和耐磨的氯丁膠擠包，使電纜的機(jī)械性能和耐腐蝕性有很大提高。

二、主要性能指標(biāo)的確定

為保證盾構(gòu)機(jī)電纜能夠正常運(yùn)行，首先要保證成品電纜的主要性能指標(biāo)滿足工作環(huán)境的要求。

老化前的機(jī)械性能。在能夠滿足機(jī)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(nèi)、外護(hù)套厚度總和為8mm，護(hù)套的抗張強(qiáng)度要求不小于11 MPa、伸長(zhǎng)率不小于250%[3]。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)電纜特點(diǎn)，護(hù)套厚度減少到4mm左右，通過計(jì)算材料的抗張強(qiáng)度應(yīng)不小于22 MPa、伸長(zhǎng)率應(yīng)不小于300%。

負(fù)重性能、常溫下扭轉(zhuǎn)性能、彎曲性能。電纜的負(fù)重性能應(yīng)滿足風(fēng)力發(fā)電用耐扭轉(zhuǎn)軟電纜TICW11-2012附錄B的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法，電纜在常溫下扭轉(zhuǎn)性能應(yīng)滿足風(fēng)力發(fā)電用耐扭轉(zhuǎn)軟電纜TICW11-2012附錄A的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法[4]，電纜彎曲性能應(yīng)滿足GB/T12972.1-2008附錄D的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法[5]。

耐泥漿性能。耐泥漿性能指標(biāo)要滿足船用電纜標(biāo)準(zhǔn)IEC60092-350：2008附錄G第G.4的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法[6]。

綜上，盾構(gòu)機(jī)電纜的主要性能指標(biāo)見表1。

表1 盾構(gòu)機(jī)電纜的主要性能指標(biāo)

三、材料的選用

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)電纜的主要性能指標(biāo)來(lái)選用材料。為保證盾構(gòu)機(jī)電纜有較好的機(jī)械性能，導(dǎo)體采用符合GB/T 4910-2009標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鍍錫圓銅線，結(jié)構(gòu)符合GB/T 3956-2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的六類導(dǎo)體。主線芯絕緣采用高強(qiáng)度三元乙丙膠擠包，抗張強(qiáng)度不小于6.5MPa，伸長(zhǎng)率不小于250%，其他性能符合XJ-30A的規(guī)定。內(nèi)護(hù)套采用具有良好的機(jī)械物理性能的氯丁膠擠包，抗拉強(qiáng)度不小于22MPa，伸長(zhǎng)率不小于300%，抗撕不小于5.0N/mm，其他性能符合XH-03A的規(guī)定。外護(hù)套采用具有極好的機(jī)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(qiáng)度不小于22MPa、伸長(zhǎng)率不小于300%、抗撕不小于5.0N/mm，其他性能符合XH-03A的規(guī)定。加強(qiáng)層采用高強(qiáng)度細(xì)鋼絲繞包。

四、產(chǎn)品的試制

下面以UGEFP-8.7/10kV 3×70+3×10盾構(gòu)機(jī)電纜為例說(shuō)明試制過程，電纜結(jié)構(gòu)如圖1所示。

地線芯：導(dǎo)體采用了高強(qiáng)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(jié)徑比控制在8～10倍，每層絞合方向相反，最外層的絞合方向?yàn)橛蚁颍鼐€芯導(dǎo)體可以擠包半導(dǎo)電層也可無(wú)半導(dǎo)電層。

主線芯：導(dǎo)體采用六類導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，采用500型束絞機(jī)束絞和500型籠絞機(jī)復(fù)絞，按照前述標(biāo)準(zhǔn)控制束絞節(jié)徑比、籠絞的節(jié)徑比、絞合方向；同時(shí)導(dǎo)體上先繞包一層非吸濕性半導(dǎo)電帶，然后采用三層共擠擠包導(dǎo)體屏蔽、絕緣和絕緣屏蔽[7]再采用24錠編織機(jī)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(shù)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(jī)絞合，地線芯位于主線芯間隙中絞合成纜芯，絞向?yàn)樽笙颍g合節(jié)徑比控制在14倍以內(nèi)。纜芯外用Φ120擠橡機(jī)擠包一層半導(dǎo)電膠。

加強(qiáng)層和內(nèi)、外護(hù)套：將纜芯使用Φ120擠橡機(jī)擠包內(nèi)護(hù)套、36錠編織機(jī)繞包加強(qiáng)層、Φ150擠橡機(jī)擠包外護(hù)套，采用一次成型技術(shù)生產(chǎn)加強(qiáng)層和內(nèi)、外護(hù)套。一次成型技術(shù)可以使內(nèi)、外護(hù)套之間緊密結(jié)合無(wú)空氣，使加強(qiáng)層和內(nèi)、外護(hù)套成為一個(gè)整體，使用過程中不會(huì)產(chǎn)生氣泡和分層。

五、性能測(cè)試

按照表1要求對(duì)盾構(gòu)機(jī)電纜做了主要性能測(cè)試，性能測(cè)試結(jié)果見表2。從測(cè)試結(jié)果可知本產(chǎn)品完全滿足盾構(gòu)機(jī)工作環(huán)境的要求。

表2 性能測(cè)試結(jié)果

六、結(jié)束語(yǔ)

UGEFP型盾構(gòu)機(jī)電纜優(yōu)化了材料的性能和結(jié)構(gòu)，提高了電纜的機(jī)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(shí)也提高了電纜故障報(bào)警靈敏度，使電纜的安全性更加可靠。該型號(hào)盾構(gòu)機(jī)電纜可以替代部分進(jìn)口產(chǎn)品。