1、摘 要：針對電氣化鐵道建設(shè)進(jìn)程加快，為了滿足電氣化鐵道輸電用電纜的需求增加，本文以27.5kV 1×150mm2銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的設(shè)計為例，介紹了電氣化鐵道用電纜的設(shè)計方法。關(guān)鍵詞：電氣化鐵道；結(jié)構(gòu)；設(shè)計；電場梯度；電氣參數(shù)1 引言 化鐵路，是由電力機(jī)車或動車組這兩種鐵路列車為主，所行走的鐵路。我國第一條電氣化鐵路是寶雞至鳳州區(qū)段的鐵路干線，與1958年至1962年間建成并立即投入運(yùn)營。此后，鷹廈、湘黔等干線也陸續(xù)建成電氣化鐵路區(qū)段。顯示，未來幾年，電氣化鐵路的建設(shè)和改造將繼續(xù)加速。根據(jù)中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，到2020年，電氣化鐵路總里程將達(dá)到全國鐵路營運(yùn)里程的一半，承擔(dān)的鐵路運(yùn)量

2、比重將超過80。我國電力機(jī)車由單相27.5kV交流供電，隨著電氣化鐵路建設(shè)進(jìn)程的加快，對供電電纜的需求也極具增加，本文正是迎合電氣化鐵道需求對常用典型型號電纜做出的設(shè)計。2 電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計為了深入探討電氣化鐵道27.5kV銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜設(shè)計原理和方法，本文以27.5kV150mm2銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜設(shè)計為例進(jìn)行分析和研究。（1）導(dǎo)體實際面積S的計算:根據(jù)GB/T 3956規(guī)定標(biāo)稱截面為150mm2導(dǎo)體，其20的長度電阻R應(yīng)不大于0.124/km1，由此計算導(dǎo)體的實際面積S：公式中 為單根導(dǎo)線加工過程中引起金屬電阻增加所引入的系數(shù)，根據(jù)杭州電纜有限公司的生產(chǎn)經(jīng)驗取值為1.02； 為多根

3、導(dǎo)線絞合使單線長度增加所引入的系數(shù)，經(jīng)驗取值為1.03； 為因緊壓過程使導(dǎo)線發(fā)硬，引起電阻率增加所引入的系數(shù)，經(jīng)驗取值為1.01； 為導(dǎo)體20時電阻率，取 =0.017241×10-6 m。（2）單絲直徑 的確定：GB/T 39561997規(guī)定了150mm2導(dǎo)體結(jié)構(gòu)最少根數(shù)不少于30根，考慮導(dǎo)體柔軟性，與生產(chǎn)成本，取定單絲根數(shù)為37根，采用正規(guī)絞合，即1+6+12+18排列結(jié)構(gòu)，絞線中的單線經(jīng)緊壓后產(chǎn)生塑性和彈性變形，影響了緊壓絞線填充系數(shù) 和單線延伸率 ，導(dǎo)體采用分層緊壓工藝，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，緊壓系數(shù)取0.90比較經(jīng)濟(jì)和合適，一般均采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)和公式，在工藝試驗基礎(chǔ)上，作適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，

4、使之達(dá)到良好的工藝效果。單線直徑可由以下經(jīng)驗公式求得：公式中，n為導(dǎo)體單線根數(shù)（n=37）； 為單線延伸率，根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗在緊壓系數(shù)為0.90時延伸系數(shù)為1.08。（3）導(dǎo)體直徑 的確定：在實際生產(chǎn)，金屬導(dǎo)體在緊壓成纜過程中會發(fā)生反彈，實際導(dǎo)體直徑 為14.5。（4）導(dǎo)體屏蔽外徑核定：根據(jù)TB/T 28221997規(guī)定，導(dǎo)體屏蔽應(yīng)為擠包的半導(dǎo)電層，標(biāo)稱厚度為0.8mm、最薄處不小于標(biāo)稱厚度值的80%。設(shè)計厚度取0.8mm。 （5）電纜絕緣厚度計算： 絕緣層厚度 是基于在其預(yù)期使用壽命內(nèi)能安全承受各種可能電壓條件來確定的，一般按工頻電壓、沖擊電壓二者均滿足要求來計算。我國以及日本、英國、德國和

5、韓國等對單芯電纜絕緣厚度的確定均采用下式（1）、（2）計算結(jié)果中擇取較大值的方法。按工頻電壓計算絕緣厚度： （8）內(nèi)襯層與外護(hù)套結(jié)構(gòu)設(shè)計TB/T 28221997中規(guī)定，外護(hù)套與金屬屏蔽間應(yīng)有PVC塑料帶或PE塑料帶繞包層，本設(shè)計中采用規(guī)格為0.4×50mm的PVC塑料帶50%搭蓋繞包（有低煙無鹵要求時采用無鹵阻燃帶）。則內(nèi)襯層外徑 D3為 金屬護(hù)套工序中，采用護(hù)套+石墨的結(jié)構(gòu)，在非金屬護(hù)套外層涂覆一層石墨涂層，因為非金屬護(hù)套承受金屬護(hù)套對地電壓，在出廠前需要對非金屬套做耐壓試驗，石墨涂層有良好的導(dǎo)電性能，作為耐壓試驗的一個電極，石墨涂層厚度不計。TB/T 28221997中規(guī)定外護(hù)

6、套的標(biāo)稱厚度為3.0mm。則電纜外徑 D4為3電纜絕緣中的電場梯度計算電纜的絕緣層中電場是標(biāo)準(zhǔn)的圓柱形電場，長度和半徑是不可比擬的。可忽略復(fù)雜的邊緣效應(yīng)。電纜絕緣層中電場分布如圖1所示。最大電場強(qiáng)度 位于線芯表面，電場分布和r 成反比，即導(dǎo)體屏蔽處： 4 非常規(guī)截面電纜結(jié)構(gòu)尺寸因發(fā)展需要，原有的150mm2、185mm2兩種規(guī)格已不能完全滿足運(yùn)行需求，根據(jù)市場預(yù)測，電氣化鐵道用27.5kV電纜電氣截面已增加至400mm2。本文參考150mm2設(shè)計及計算方法對標(biāo)稱截面為185mm2、240mm2、300mm2、400mm2的電纜做出了計算，相關(guān)參數(shù)如表1所示。表1電氣化鐵道27.5kV銅芯交聯(lián)聚

7、乙烯絕緣電纜結(jié)構(gòu)尺寸構(gòu) 成材 料 185 mm2240 mm2300 mm2400 mm2導(dǎo)體銅緊壓直徑/根數(shù)2.62/373.00/372.60/612.96/61緊壓直徑16.218.620.823.5導(dǎo)體屏蔽層半導(dǎo)電屏蔽料厚度/直徑0.8/17.80.8/20.21.0/22.81.0/25.5絕緣層XLPE絕緣料厚度12121111直徑41.844.244.847.5絕緣屏蔽層半導(dǎo)電屏蔽料厚度/直徑1.2/44.21.2/46.61.2/47.21.2/49.9半導(dǎo)電阻水層半導(dǎo)電阻水帶規(guī)格0.30×500.30×500.30×500.30×50層

8、數(shù)/直徑1/44.61/47.047.650.3金屬屏蔽層軟銅絲根數(shù)/直徑60/0.8670/0.8070/0.9580/0.89銅帶規(guī)格0.12×400.12×400.12×400.12×40層數(shù)/直徑1/46.561/48.841/49.741/52.32包帶或PE塑料帶PVC塑料帶規(guī)格0.4×500.4×500.4×500.4×50搭蓋率/直徑50%/48.1650%/50.4450%/51.3450%/53.92外護(hù)層PE護(hù)套料或PVC護(hù)套料厚度/直徑3.0/54.163.0/56.443.0/57.343.0/59.925 總結(jié)為了滿足對電氣化鐵道27.5kV銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的需求，結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)，本公司順利完成了150mm2及185mm2兩種截面27.5kV銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的制作以及400mm2以下電纜的設(shè)計工作，產(chǎn)品各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，經(jīng)檢測符