轨道交通用电缆故障原因、分析及解决方案
摘要：本文就目前电缆易出现的故障进行原因分析，从原材料配方、电缆结构的特点、生产工艺原因、使用安装不当、机械损伤、电缆的敷设及储存环境等角度展开探讨，同时对常见电缆故障提供解决方案，给电缆终端客户提供失效模式的应对措施参考。
关键词：轨道交通用电缆；故障原因；分析；解决 1 引言
我国目前已对机车车辆、城规、地铁、轻轨等轨道交通运输投入大量资金进行升级换代或改造，采用高速重载，以缓解交通运输和城市路面拥挤的状况。当前城市化发展迅速，轨道交通也为之迅猛，与之配套的电缆市场也更为广阔，同时由于电缆在生产制造、运输流转、保存及使用过程中的出现的故障问题也越来越多，以下就电缆故障原因进行深入分析，并展开探讨。 2 轨道交通用电缆故障失效模式
随着轨道交通产业的蓬勃发展，轨道交通用电缆的失效模式也多种多样，实际使用过程中发生最频繁也最尖锐的失效模式是护套开裂，下面将就护套开裂进行故障原因分析探讨。
2.1原材料及配方的局限
目前低烟无卤阻燃电缆料配方种类繁多，但主要成份基本趋于一致，主要由总量30%-35%左右聚烯烃树脂如EVA、PE、POE等基体，同时加入50%-60%左右无机填料如氢氧化铝、氢氧化镁、含氮磷体系化合物为阻燃剂，达到环保、低烟，阻燃，无卤的目的。此配方烟密度透光率高，卤含量低，阻燃效果好，缺陷是效率较低、加入量很大，使材料机械性能下降。阻燃剂成分表面含有羟基或其他极性基团，和聚烯烃基体树脂相容性较差，因而需增加填其他协效阻燃剂一种或数种组合，降低阻燃剂破坏高分子链间的连续性，减少分子链间的缠绕，使材料强度和韧性都降低等。同时还会加入少量加工助剂如抗氧剂、润滑剂等和色粉等，为了某些特殊的性能还会加入一些特性材料，如的抗氧剂及稳定剂等。
综上，为保证电缆的性能，加入了大量阻燃剂及各种助剂等，造成护套物理机械性能的下降，给电缆后续使用过程中埋下了隐患。
监测方式：如果是材料配方变化的问题，目前通用的方式是采用光谱方法鉴别控制，事先将验证合格、取得合格报告的电缆材料做光谱分析报告存档，以备后续比对。
2.2 电缆结构的特点
轨道交通用控制及电力电缆产品中带屏蔽层的电缆占不少数，带编织层的电缆弯曲时内部金属层会产生大的侧应力，或存在飞边、缺口、划伤或切入护套使护套受伤，且编织层会与护套粘连等，都会产生局部应力集中，因此带编织层的电缆外护套更容易发生开裂。在设计时要充分考虑到此结构带来的护套易开裂的影响，通过合理的结构设计规避或降低此风险。 2.3生产工艺原因
在电缆的护套挤出过程中，若模具配置不合理、对加料各区温度控制不精准、冷却方式选择不合适、收线盘半径过小等，都会使低烟无卤阻燃聚烯烃护套内存在较大的内应力，为后续电缆使用过程中带来隐患。
螺杆模具：由于无卤阻燃护套料中含有较多的阻燃填充剂，材料硬度较高，挤塑护套比较困难，挤出螺杆选用不当或模具选配不匹配时会导致护套塑化不良
或存在气孔，从而影响护套的机械物理性能，长期使用造成性能下降开裂； 温度控制：低烟无卤阻燃聚烯烃外护套的挤塑温度范围较窄，温度控制难度较大，如果厂家加工时未能根据挤塑状态合理控制各挤塑段温度，材料的塑化就达不到理想状态，胶料在机筒内的流动、剪切、压缩形成的应力造成挤出后护套的机械性能下降。
冷却方式：冷却方式不完善会造成外护套外侧已经冷却定型，而护套内侧还比较软，未完全冷却定型，此时护套内侧最容易遭受内层线缆结构作用力的损伤，如果卷绕到弯曲半径较小的收线盘上，增加护套开裂的隐患。对此一般采取渐进冷却方式，先用温水冷却，后用冷水冷却，逐步降温；同时延长冷却时间和水槽长度，配合适当的生产速度，使外护套的温度均匀释放、充分冷却，确保卷绕到收线盘时，已经充分冷却定型。
监测方式：如果是工艺原因造成的护套开裂，那么证明护套本身在生产过程中即存在缺陷，一般可以通过几步来分析验证：一是查看外观，切片查看是否有气孔，表面是否毛糙不光洁；二是测机械性能，测试护套的机械强度是否偏低，断裂伸长率是否偏低；三是测该护套材料的老化、耐油、耐酸碱性能是否满足标准要求。通过这几步测试基本可以判定护套的工艺是否合格。 2.4 使用安装不当
安装使用过程中根据不同的安装使用环境要尽量避免人为的或外来的机械损伤，一般要按照厂家提供的安装使用说明或行业的安装敷设规范进行，避免操作不当造成电缆开裂；另外还要注意避免电缆直接长期接触腐蚀性物质； 2.5 机械损伤
机械损伤引起的电缆故障占电缆事故很大的比例。有些机械损伤很轻微，当时并没有造成故障，但在几个月甚至几年后损伤部位才发展成故障。造成电缆机械损伤的主要有以下几种原因：
a）在安装时不小心碰伤电缆，机械牵引力过大而拉伤电缆，或因电缆过度弯曲而损伤电缆；
b）震动或冲击性负荷会造成电缆的裂损；
c）因自然现象造成的损伤：如中间接头或终端头内绝缘胶膨胀而胀裂外壳或电缆护套；因电缆自然行程使装在管口或支架上的电缆外皮擦伤； 2.6 电缆的敷设及储存环境
电缆敷设中因敷设走向的需要、敷设空间的限制，要弯曲和捆扎，存在弯曲应力和外力作用。电缆在夏季酷暑暴露于阳光下，向阳面温度很高，温差造成热胀冷缩所产生的应力与拉应力综合作用，会加速护套开裂。
安装于电缆密集区、电缆沟及电缆隧道等通风不良处的电缆、穿在干燥管中的电缆以及电缆与热力管道接近的部分等都会因本身过热而使绝缘加速老化变质。 分析电缆故障发生的原因以及寻找故障点时：要特别注意了解电缆敷设、故障及修复的情况，做好电缆安装敷设及故障修复过程中的记录工作：线路名称及地点、故障发生时间、地点及排除经过、电缆规范、装置记录、电缆的敷设情况、电缆周围环境情况、运行情况、校验情况等。 3 小结
电线电缆的故障分析不可一概而论，需要具体情况具体分析，很多情况下是方面的因素造成的，要找准主要原因进行重点分析，本文希望能起到抛砖引玉的作用，对于复杂的故障问题能与大家一起探讨分享。
作者简介：袁保平（1981-09），男，汉族，籍贯：河南商丘，当前职务：产品经理，当前职称：工程师，学历：本科，研究方向：轨道交通领域及舰船领域
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