高柔性拖链电缆结构设计研究

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1高柔性拖链电缆的性能指标

通常拖链电缆的性能指标主要包括：a．直流电阻。20℃直流电阻应满足GB／T3956—2008标准的相关要求［1］。b．交流电压试验。根据电缆的额定电压，在导体与导体之间、导体与屏蔽之间施加相应的工频交流电压，电缆应不击穿［2］。c．高柔软性。耐曲挠，电缆经60000次往复运动，即120000次单程运动后，既不发生电流断路，也不发生导体之间短路。耐弯曲，成品电缆应经受定向循环弯曲寿命试验，弯曲次数为200万次，试验方法按Q／320282DCE085—2018标准附录D的规定进行；成品电缆应经受拖链弯曲试验，弯曲次数为200万次，试验方法按Q／320282DCE085—2018标准附录F的规定进行。d．低温性能。成品电缆应经受低温弯曲试验，试验方法按Q／320282DCE085—2018标准附录C的规定进行，试验结果表面应无裂纹。e．耐油性能。浸ASTM2＃油（90±1）℃、24h，抗张强度残余率≥30％，伸长率残余率≥30％。

2高柔性拖链电缆的结构设计

为了满足上述性能指标，拖链电缆的结构通常设计成由内到外依次为缆芯、内护套、铜丝编织屏蔽层、外护套。拖链电缆缆芯包括若干根绝缘线芯和填充于绝缘线芯中心的加强型填充绳，每根绝缘线芯由导体和绝缘层组成，每根绝缘线芯表层涂覆滑石粉。2．1导体。拖链电缆弯曲频次较高，对柔软性能要求较高，通过对导体结构的创新，使得拖链电缆获得高柔软性。采用6类软铜导体，加铜箔丝进行导体加强；铜丝分6股进行束绞，每股7根；4根铜箔丝束绞为1股；导体复绞采用1＋6结构排列，中间放置铜箔丝束绞绞线，周围按顺序排列6股铜丝束绞绞线。导体通过分盘束丝再复绞，解决了在使用过程中导体间相互滑动性差的问题；同时中间加入铜箔丝进行导体加强，提升了导体的抗拉性，从而有效解决了导体在使用过程中的断丝现象。由于拖链类的特殊使用工况，导体绞合的节径比也应进行严格控制。2．2绝缘线芯。拖链电缆主要敷设在拖链槽中，随拖链一起弯曲、往返运动，一般作为信号传输或低压电力传输使用，对绝缘的耐压等级要求不高，但对绝缘的柔软性能及老化性能要求较高。为增加电缆的柔软性能，使电缆具有优异的机械性能，同时考虑到电缆的生产成本，拖链电缆的绝缘线芯选用了强度大、伸长率高的改性聚氯乙烯作为绝缘材料，使用挤压式模具生产。绝缘后的线芯应涂覆滑石粉增强线芯间的滑动性，以利于退扭绞合成缆。2．3成缆。2．3．1成缆时绝缘线芯数量的控制。通常拖链电缆中的绝缘线芯数决定了成缆时的层数，而成缆要求每一层的节径比应均小于相邻内层的节径比，因此拖链电缆中的绝缘芯数越多，成缆时内外层的节径比相差越大，绝缘线芯上的张力差也越大，这就是拖链电缆最内层绝缘线芯易断裂的主要原因。拖链电缆弯曲时，弯曲处的电缆内侧线芯受到向内的挤压，外侧的线芯受到张力，相同弯曲半径下电缆的外径越大，外层线芯受到的这两个力就越大，这是外层线芯易断芯的主要原因。虽然随着绝缘线芯数的增加，拖链电缆的成缆层数会增加，电缆的外径会增加，电缆的使用寿命会减少，断芯概率会增大，但考虑到成本问题，多芯拖链电缆不可能都拆分为1层的0＋n式结构。经过多次生产、检测，建议拖链电缆的缆芯分层不宜超过3层，芯数不要多于42根。2．3．2成缆时绝缘线芯导体截面积的控制。拖链电缆的绝缘线芯规格取决于载流量和物理性能要求。虽然当拖链电缆仅作为控制电缆使用时，绝缘线芯传输电信号，对载流量要求很低，但还应主要考虑线芯能否满足物理性能。拖链电缆移动时，对缆芯会有拉力及弯曲，如果导体截面太小，则满足不了物理应力。经过多次生产试验及客户使用反馈，当绝缘线芯数不大于26根，成缆时分2层排列时，建议导体截面积应不小于0．5mm2，当成缆时分3层排列时，建议导体截面积应不小于0．75mm2。2．3．3成缆时缆芯排列方式的控制。拖链电缆弯曲频次较高，对柔软性能要求较高，必须通过缆芯排列方式的创新，使得拖链电缆获得高柔软性。考虑到生产难度及电缆的外径，拖链电缆的线芯很难都是0＋n结构。当线芯多达一定根数时，0＋n式的成缆就难以生产了，填充跳浜、线芯挤压频繁发生，尤其是多层结构时考虑到线芯间的滑动性，每层线芯间涂覆滑石粉不加包带，更容易出现线芯挤压。经过多次生产调试后建议：a．当绝缘线芯数不超过12根时，成缆时宜采用1层结构，采用0＋n挤压式结构，短节距绞合。b．当绝缘线芯数超过12时，成缆时宜采用分层复绞，分层间涂覆滑石粉，增加滑动性。采用2层结构时，绝缘线芯不宜超过26根，排列方式为10根＋16根；采用3层结构时，绝缘线芯不宜超过42根，排列方式为8根＋14根＋20根。为保证拖链电缆的圆整度和柔软度，成缆中心使用软填充。成缆是拖链电缆的关键工序，线芯间张力应均匀，成缆的节径比需严格控制。2．4内护套、屏蔽和外护套。拖链电缆的内护套采用和绝缘相同的强度大、伸长率高的改性聚氯乙烯材料，以增加电缆的柔软性能和机械性能。内护套采用挤压式生产，将成缆外层绝缘线芯间的缝隙压实，避免内护套松空，以防编织铜丝扎伤绝缘线芯。屏蔽层主要用于控制系统中的拖链电缆，以保证传输信号的稳定准确。为满足拖链电缆的弯曲性能要求，屏蔽宜采用铜丝编织或镀锡铜丝编织。根据挤制内护套后的外径选用不同直径的铜丝或镀锡铜丝进行编织。外护套的作用主要是保护金属屏蔽层免受化学腐蚀及对电缆的物理保护。因此，外护套采用了高柔性、耐油性能优异的丁腈聚氯乙烯护套材料。

3结束语

拖链电缆是一种消耗性电缆，多次弯折拖链后电缆会有一定的损耗，断芯是不可避免的。通过对电缆的材料及生产工艺的不断优化，可提升拖链电缆的寿命，降低断芯率。

［参考文献］

［1］中国电器工业协会．电缆的导体：GB／T3956—2008［S］．北京：中国标准出版社，2009．

［2］中国电器工业协会．额定电压450／750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆：GB／T5023—2008［S］．北京：中国标准出版社，2009．

作者:孙延蒙 陈静 赵增 查剑 单位:远东电缆有限公司