浅谈影响高速铁路数字信号电缆电容不平衡的因素

　　摘 要：高速铁路数字信号电缆应用在高速铁路中，运行速度高，敷设环境为电气化强干扰区，信号干扰强烈。对电缆抗外界干扰能力要求高，电缆各项电气性能都必须要求合格。本文主要讨论电缆的主要指标之一—对外来地电容不平衡的控制。

关键词：高速铁路数字信号电缆；对外来地电容不平衡；控制

　引言

　　近几年，高铁飞速发展，高铁的安全性要求也越来越高。铁路数字信号电缆作为控制信号传输的载体，对线路的安全运营起到了至关重要的作用。铁路数字信号电缆沿线路敷设于线槽中，在运行中主要受到传输线路、电气化铁道接触网、大功率用电设备、无线电台和有线广播等产生的电磁干扰。这种外界产生的电磁干扰，会对电缆的传输信号产生严重危害，轻则引起线路串音，影响信号的传输质量；干扰特别严重时产生错码，引起信号设备的误动作，产生重大的安全隐患，危机人的生命安全。铁路数字信号电缆对外来地电容不平衡指标是评价电缆抗外界干扰能力的关键性指标。

　　本文从实际生产出发，就影响电缆对外来地电容不平衡指标的几个因素进行分析，对实际生产中应控制的几个要点进行总结。通过对每道工序的控制，使电缆对外来地电容不平衡指标合格，保证电缆整体质量合格。

　一、对外来地电容不平衡定义

　　对外来地电容不平衡用ea1、ea2表示。设C10、C20、C30、C40为电缆线芯红、白、蓝、绿对地间的部分电容。

　　ea1：表示电缆中任一四线组内红白线对的对外来地电容不平衡，即C10—C20。

　　ea2：表示电缆中任一四线组内蓝绿线对的对外来地电容不平衡，即C30—C40。

　　根据产品的使用特性，在铁路数字信号电缆行业标准中，只规定了电缆的ea1、ea2指标，未规定电缆的e值指标（e值为电缆的对地电容不平衡，表示电缆中任意四线组内任意一对芯线对地电容不平衡）。

　　二、影响对地电容不平衡的因素

　　影响ea1、ea2的因素有很多，如铜导体、绝缘单线、星绞四线组收放线张力等。在实际生产中一些微小的差异，都会导致电缆对外来地电容不平衡指标产生较大变化。

　　1、导体

　　导体直径大小会影响单线水电容。在单线外径和发泡度等都相同条件下，铜丝外径越小，电容越小；反之，则越大。所以在日常生产中应控制好导体直径的均匀一致性。首先应保证拉丝模具材质比较好，一般出口模采用钻石材质；经常检查清洗模具，清除铜屑等杂质，发现模具损坏及时更换。定期检查乳化液的浓度，浓度一般控制在5～7%，PH值控制在8～9，定期更换乳化液，清理乳化液中沉淀的铜屑。铜丝的延伸率要控制在一定范围内，延伸率大，铜丝软，在后道工序生产过程中很容易拉细；延伸率小，铜丝硬。通过控制退火电流来控制延伸率。同一四线组单线的导体延伸率应接近，在后道工序生产中导体延伸损失接近，导体直径变化不大。通过这些有效措施，减少了因导体直径偏差引起的电容不平衡。

　　2、绝缘单线工序

　　绝缘单线的均一、稳定性是影响铁路数字信号电缆对外来地电容不平衡的关键因素。挤出速度和收线速度稳定，绝缘外径均匀一致。因为绝缘外径会影响单线电容，绝缘外径大，单线电容小；绝缘外径小，单线电容大。所以当外径波动时，单线电容也不稳定，影响对地电容不平衡。发泡层的泡孔要均匀，大小相近、细密、不穿孔，单线水电容比较稳定。当发泡度不均匀时，同一批单线中，发泡度大的线，电容小；反之，电容大。单线生产中，通过控制螺杆冷却水温、挤出机转速、生产速度、注气压力等控制发泡度。如当发泡度大时，可以通过提高线速度和螺杆转速、降低注气压力等手段，达到减小发泡度的目的。高铁铁路数字信号电缆的水电容的偏差严格控制在±1.0pF／m，超出范围即为不合格。单线的椭圆度和同心度也会对对外来地电容不平衡产生影响。因为如果单线不圆整或者导体偏心过大，在星绞工序会产生电容耦合和对地电容不平衡的波动。在实际生产中一般控制椭圆度≤±0.035mm，偏心度≤0.025mm。偏心度、椭圆度、单线外径和发泡度通过串联线的在线监测设备实时反馈数据及时调整，保证单线控制在工艺规定范围之内。

　　3、星绞工序

　　星绞工序把红、绿、白、蓝四根单线按一定顺序和节距绞合在一起。为更好的控制对地电容不平衡，星绞工序的生产应注意一下几点：

　　Ⅰ、星绞四线组中选用的四根单线必须为同一批次，单线均匀一致，其结构尺寸和水电容必须在工艺控制范围之内，且偏差不大。不同批次的单线总有一定的偏差，混用之后对外来地电容不平衡影响大。案例：在生产屏蔽四线组时，检测线组红白线对的对地电容不平衡小批量不合格。而之前的检测记录显示单线工序和星绞工序检测都是合格半成品。分析原因，查单线和星绞工序的生产记录发现星绞工序红色单线和白色单线不是同一批次生产的，相差3天。之后选用同一批次的单线生产，检测对地电容不平衡在标准规定范围之内。

　　Ⅱ、星绞机的放线张力要一致。若星绞机放线张力不一致，四线组单线长度有长有短，且导体延伸损失不一样，这些因素都会导致对地电容不平衡偏大。另外偏心补偿仪中线芯走向一致，不能交叉压线。星绞四线组的绞合节距设计要合理，扎纱节距不能过大，过大的绞合节距或扎纱节距使四线组结构不稳定，易变形，这些因素都会导致对地电容不平衡偏大。一般生产星绞四线组的扎纱节距控制在40—45mm。

放线张力不一致时单线的绞合示意图

　　注：星绞工序放线张力a线较b线大，造成b线在绞合时节距小于a线

　4、检测仪器及方法

　　检测仪器的精度和测试方法也会影响测试精度。在测试前，首先应对电容耦合仪进行校准，发现不准，应先进行调零校准。电缆检测时，应对仪表和电缆进行接地处理，屏蔽外界的干扰。测试结果按下面公式换算为标准长度的值：

　　ea=eax×L0／Lx

　　式中：L0—产品标准中规定指标时确定的标准制造长度，单位：km；

　　Lx—被测电缆的实际长度，单位：km；

　　ea—标准规定单位长度电缆对地电容不平衡的e值，单位：pF／km；

　　eax—被测电缆长度上电缆对地电容不平衡的实测值，单位：pF／km。

　三、总结

　　铁路数字信号电缆对地电容不平衡指标的影响因素较多，且指标只能在电缆的屏蔽工序完成之后（内屏蔽数字信号电缆在单元屏蔽工序，数字信号电缆在综合护套或铝护套工序）才能完成检测。但当电缆具备检测条件之后，如果该项指标不合格，已无补救措施，造成产品不合格。根据TB／T3100的规定，对地电容不平衡平均值应不大于330pF／km，最大值应不大于800pF／km（四芯电缆ea1、ea2指标为最大值），允许有10%盘数的ea1、ea2≤1294pF／km。实际生产中为减少产品不合格率，降低成本，允许在成缆工序生产前进行配盘。配盘的原则是：ea1值总和平均值，ea2值总和平均值及单个四线组最大值不超过规定值，即为合格产品。

　　日常生产中，设备、检测仪器或工艺稍微的偏差，会导致电缆对地电容不平衡指标从0～1500pF／km变化。所以，为了提高铁路数字信号电缆抗外界干扰能力，首先电缆要做到最优设计，从理论上杜绝对地电容不平衡指标过大；其次在实际生产中对员工操作进行培训，对设备进行保养维修，做到精细化生产；最后在检测中排除外界干扰源，尽量使测得数值真实准确。通过这些措施，尽量减少对地电容不平衡指标，生产出符合标准要求的客专铁路数字信号电缆。

　参考文献：

　　[1]通信电缆[M].河南机电高等专科学校，2006.

　　[2]王国权.铁路信号电缆电缆对外来低电容不平衡的探讨[J].铁道通信信号,2008(9):55.