【学术精选】一文读懂轨道交通用综合防护B1级电缆：设计方案怎么定？工艺控制怎么做？
截止到2018年底，国家发改委已批复44个城市的轨道交通线路规划，而电缆产品在轨道交通电力传输及信号传输中发挥着重要作用。
国家标准GB 51348-2019（民用建筑电气设计规范》中明确了多种环境中必须使用B1级电缆；公安部消防局发布的《建筑高度大于250m民用建筑防火设计加强性技术要求（试行）》中明确了阻燃等级为B1级耐火3h的耐火型B1级电缆的使用环境；国家标准GB/T 19666-2019《阻燃和耐火电线电缆或光缆通则》中明确了耐火加冲击、耐火加喷淋的试验要求。
因此，研发一种适用于轨道交通消防线路及重要供配电线路的新型综合防护电缆势在必行。此电缆不仅要求具备B1级阻燃、耐火、耐火加喷淋和耐火加冲击的性能，同时根据轨道交通电缆的特殊使用环境，电缆还应具备防潮、防鼠蚁、抗紫外线等性能要求。
✦耐火。以耐火3h持续供电为研发设计要求，同时保证电缆具备在杂物冲击及消防喷淋状态下的持续供电。
✦B1级阻燃。相较于传统的成束阻燃增加了热释放量、热释放速率、滴落物等性能的考核。
✦防潮。水蒸气的进入会降低绝缘材料电阻、造成导体材料的氧化等，必须充分考虑防潮性能。
✦防鼠防蚁。防止出现由于鼠蚁啃噬造成电力系统中断的问题，保证电缆稳定供电及传输信号。
✦抗紫外线。敷设于地面区间时，由于长期日光照射容易造成电缆护层的开裂，在产品护层选型时需充分考虑此项性能。
❖耐火。普通耐火电缆一般选用金云母带或合成云母带作为耐火层材料，对于常规750℃，90min的性能要求是可以满足的，而对于要求具备单纯耐火、耐火加喷淋、耐火加冲击的性能要求时，则可采用无机矿物材料、陶瓷化硅橡胶复合绝缘层作为耐火层结构。
❖B1级阻燃。为了满足产品的B1级阻燃，在材料选取上所有非金属材料全部为低烟、无卤、低毒、阻燃型材料；产品设计上采用高阻燃隔氧层、无机阻燃层、陶瓷型阻燃外护层三层阻燃结构，保障电缆在燃烧过程中火焰无法穿透，降低可燃物的燃烧量。
❖防潮。为了保证产品的防潮性能，设计了综合护层结构，并对综合护层内的金属复合带重叠处采用热吹风处理保证重叠处的密封性，在内护层连续挤出时，通过增加内外模具角度差进一步增加压力保证金属复合带和内护层的粘结紧密性。
❖防鼠蚁。采用化学防护法，通过在护层材料中添加一定量的辣椒素、氯氰菊酯等化学物质，使护套材料具有鼠、蚁厌恶的气味用以避免鼠、蚁对电缆的危害。
❖抗紫外线。通过在护层材料中添加一定比例紫外光吸收剂可以保证护层的长期使用安全性。
产品结构及结构参数，以4×95mm2为例进行描述，具体产品结构见图1，结构参数见表1。
图1 轨道交通用综合防护B1级电缆结构示意图
表1 电缆结构参数表
陶瓷化硅橡胶挤出及硫化
陶瓷化硅橡胶绝缘挤出及硫化，选择硅胶机挤出，热空气硫管硫化的加工方式。
硫化管共6节，总长度18m，依次设定加工温度350，350，330，300，300，280 ℃，试验选择硫化剂双-（2，4二氯过氧化苯甲酰，DCBP）比例为1.2%（质量分数），色胶比例0.8%（质量分数）。此工艺参数可以满足25mm2及以上绝缘线芯的加工。
16mm2以下绝缘线芯因其绝缘厚度较薄，在硫化过程中容易起泡从而造成绝缘火花击穿，可以选择连硫机组进行加工。
为防止出现焦烧，硫化剂选择起硫温度更高的2，5-二甲基-2，5-双（叔丁基过氧基己烷（DBPH），并对机身及机头进行25 ℃模温机强制冷却。
连续硫化机组参数为：硫化段长度70m，设定水位高度26%，硫化管蒸汽压力0.7MPa，DBPH比例为1.5%（质量分数），色胶比例1%（质量分数），通过多次调试最终找到合适速率顺利挤出，解决小截面电缆硫化起泡的问题。
综合护层加工挤出
如何保证金属复合带在高速纵包过程中不出现漏包、变形、卡模等情况？
对纵包模具的底部弧面进行优化设计，保障金属复合带纵包时受力均匀不出现金属带变形的情况；
在纵包模具后依次放置39.0，38.5，37.5mm等不同定径模具，保证纵包外径依次缩小，防止出现卡模的问题。
对于内护层挤出模具，通过solidworks软件模拟分析，确定内外模具角度差为13°时，可以在保证材料加工性能的同时获得最大的挤出压力，保证金属层与塑料层的粘结紧密性。
外护层加工挤出
外护层材料由于添加了辣椒素、氯氰菊酯化学试剂、紫外光吸收剂、高效结壳剂、进口阻燃剂等保障材料性能的添加剂，所以护层材料熔融后的流动性较差。若采用常规挤塑加工很容易出现挤出后熔体破裂等问题。
为满足此材料的加工性能，根据材料熔融后的流动特性，定制了新的分料器，同时优化模具承径区及内外角度差值。通过多次调试，找到适用于此护层材料加工的模具选型及加工温度保障了材料的加工性能及生产产能。
轨道交通综合防护B1级电缆除了进行成品电缆的结构尺寸、电气性能、机械性能的试验外，还应进行为验证其特殊性能指标可靠性的专项试验项目。
☑耐火试验
参照BS 8491：2008标准要求，火焰温度为950~1000 ℃，时间为180min。其中，机械冲击10min 1次，机械冲击的最后5min用水喷淋，每分钟喷淋5s。在180min试验期间熔断器未断指示灯未灭，试验通过。
☑B1级阻燃试验
对于成品电缆B1级试验按照GB/T 31247-2014进行试验，具体测试项目、测试要求、试验方法及结果见表2。
表2 B1级测试结果
☑防潮试验
对于防潮试验，按照GB/T 28427-2012中第10.8条将电缆样品在水中浸泡72h，去除绝缘层外面的复合层后，肉眼观察绝缘层表面干燥，试验通过。
☑防鼠防蚁试验
对于防鼠、防蚁试验，按照GB/T 34016-2017进行试验，其中防鼠试验按照GB/T 34016-2017附录A进行试验，试验结果护套表面无齿痕；防蚁试验结果护套表面未见白蚁蛀蚀的齿痕。
☑抗紫外线试验
按照GB/T 12527-2008附录A人工气候老化试验（氙灯法），0~1008 h要求抗张强度变化率、断裂伸长率变化率为±30%；504~1008 h要求抗张强度变化率、断裂伸长率变化率为±15%，试验通过。
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轨道交通用综合防护B1级电缆的研制
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编辑：常佳