CN114104855B - 铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置及应力控制方法 - Google Patents

铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置及应力控制方法 Download PDF

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CN114104855B CN202111534654.9A CN202111534654A CN114104855B CN 114104855 B CN114104855 B CN 114104855B CN 202111534654 A CN202111534654 A CN 202111534654A CN 114104855 B CN114104855 B CN 114104855B
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Abstract

本发明公开了一种铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置及应力控制方法。所述放线装置包括放线盘和加热器；所述放线盘，包括电缆盘载具、轴承、支架；所述电缆盘载具用于装载有收卷的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆，其通过轴承与所述支架相连；所述加热器，包括底座，垂直于底座设置由内而外同轴嵌套发热轴芯、内筒。所述控制方法，包括以下步骤：将铁路用碳纤维抗弯折高压电缆绕缠在加热器上；以预设的线速度牵引所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆；维持所述加热器的温度在70℃±10℃范围；使得所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆从接触加热器后与加热器脱离。本发明能实现自动化、持续的碳纤维抗弯折高压电缆的应力调整，节省施工时间，并减小人力成本。

Description

铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置及应力控制方法
技术领域
本发明属于铁路电缆领域，更具体地，涉及一种铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置及应力控制方法。
背景技术
电缆在收卷、生产、运输、安装、使用过程中，不可避免地会经过多次弯曲，为了提高其耐弯曲性能，一般会采用比较厚的外铠装管或者铠装丝，来增强其抗折和抗疲劳能力。
现有的抗弯折方案通常会采用增加外层抗弯折环或者弯折片，这种方案依然需要外铠装设计，虽然能在反复弯折的情况下保护电缆不至于损毁，然而电缆外径增加，且弯曲半径提高。目前电缆特别是铁路用高压电缆，需要提高弯曲特性而加上铠装保护层和绝缘以后，上盘收卷会需要非常大的收线盘，生产，运输，安装会非常麻烦。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置及应力控制方法，其目的在于通过将收卷的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆，在放出时通过放线装置进行电缆加热，从而使电缆内部各种热膨胀系数不一导线材料受热又变冷后，界面脱开从而消除应力，来调整电缆内部应力，可方便的直接用于施工，由此解决电缆抗弯性能强则不易收卷，收卷后产生较大内部应力，施工时由于难以消除内部应力，导致施工困难的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其包括放线盘和加热器；
所述放线盘，包括电缆盘载具、轴承、支架；所述电缆盘载具用于装载有收卷的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆，其通过轴承与所述支架相连；
所述加热器，包括底座，垂直于底座设置由内而外同轴嵌套发热轴芯、内筒；所述发热轴芯具有功率可调的电加热元件、以及温控器，所述温控器负反馈调节所述电加热元件的电加热元件的功率，控制所述发热轴芯的温度在预设的温度范围之内；所述内筒与所述底座配合，用于绕缠放线盘放出的待调整应力的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆并进行加热调整其应力；所述加热器放出的电缆，为游离端或由牵引装置牵引，用于施工。
优选地，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其所述放线盘包括阻尼调节器，支架和轴承之间设置阻尼调节器，用于调节放线盘的放线张力；放线张力控制在1～1.5t。
优选地，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其所述电加热元件如电阻丝或中频线圈；优选所述预设的温度范围在70℃±10℃。
优选地，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其所述内筒具有与所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆配合的螺旋形沟槽，用于限制所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆的绕缠轨迹。
优选地，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其所述绕缠轨迹4-10匝，绕缠直径1.6-2.5m。
优选地，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其所述加热器包括外筒，所述外筒与所述底座配合，所述外筒具有铁路用碳纤维抗弯折高压电缆进入的入口和铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放出的出口；
所述内筒与外筒异步相对转动，在不同时隙分别产生所述内筒相对于所述外筒沿绕缠方向的转动和所述内筒相对于所述外筒沿绕缠方向的转动：当所述外筒相对于所述内筒沿绕缠方向转动时，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆由于入口和出口的瓣膜型单向预紧夹具的固定，其相对于外筒固定，相对于内筒产生移动，使得电缆进入加热器；当所述内筒相对于所述外筒沿绕缠方向转动时，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆和瓣膜型单向预紧夹具松脱，其相对于内筒固定，相对于外筒产生移动，使得电缆放出加热器。
优选地，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其所述出口具有仅允许电缆单向放出的瓣膜型单向预紧夹具，优选所述入口具有仅允许电缆单向进入的瓣膜型单向预紧夹具；优选所述外筒内侧具有与所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆配合的螺旋形沟槽，用于限制所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆的绕缠轨迹；
优选地，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其所述外筒由多个侧面组件拼接而成，所述侧面组件具有扇环形横截面，所述多个侧面组件的扇环形横截面拼接成外筒的环形横截面，工作时在初始绕缠之后将所述外筒的侧面组件拼接组合在绕缠有铁路用碳纤维抗弯折高压电缆的内筒之外，使得铁路用碳纤维抗弯折高压电缆分别通过入口和出口，并在入口和出口装夹所述瓣膜型单向预紧夹具。
按照本发明的另一个方面，提供了一种铁路用碳纤维抗弯折高压电缆应力控制方法，其特征在于，应用所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置；
包括以下步骤：
将铁路用碳纤维抗弯折高压电缆绕缠在加热器上；
以预设的线速度牵引所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆；
维持所述加热器的温度在70℃±10℃范围；
使得所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆从接触加热器后与加热器脱离。
优选地，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆应力控制方法，其以10-20m/min的线速度牵引所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆；优选使得所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆从接触加热器到脱离加热器的时间长度处于2-5min min之内。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明消除应力进行电缆施工，施工更加方便的同时，避免导线经历非正常施工，如小转角或者大应力状态后受损部分会因为新的应力左右出现非正常的凸起，便于施工后的排查。
本发明提供的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，能实现自动化、持续的碳纤维抗弯折高压电缆的应力调整，节省施工时间，并减小人力成本。
附图说明
图1是本发明提供的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置结构示意图；
图2是本发明提供的放线盘结构示意图；
图3是本发明实施例提供的加热器示意图；
图4是本发明实施例提供的加热器截面示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为放线盘，11为电缆盘载具，12为支架，13为阻尼调节器，2为加热器，21为底座，22为内筒，23为外筒，24为发热轴芯，25为瓣膜型单向预紧夹具，3为电缆
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，如图1所示，其包括放线盘和加热器；
所述放线盘，如图2所示，包括电缆盘载具、轴承(图中未标出)、支架和阻尼调节器；所述电缆盘载具用于装载有收卷的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆，其通过轴承与所述支架相连，支架和轴承之间设置阻尼调节器，用于调节放线盘的放线张力；放线张力控制在1～1.5t。
所述加热器，包括底座，垂直于底座设置由内而外同轴嵌套发热轴芯、内筒、以及外筒；
所述发热轴芯具有功率可调的电加热元件、以及温控器，所述温控器负反馈调节所述电加热元件的电加热元件的功率，控制所述发热轴芯的温度在预设的温度范围之内；所述电加热元件如电阻丝或中频线圈；所述预设的温度范围在70℃±10℃；
所述内筒，与所述底座固定连接或轮轴配合，可沿底座中轴转动，用于绕缠放线盘放出的待调整应力的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆并进行加热调整其应力，优选所述内筒具有与所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆配合的螺旋形沟槽，用于限制所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆的绕缠轨迹；所述绕缠轨迹，优选4-10匝，避免由于匝数过多、所需牵引力太大导致的电缆损伤，或者由于匝数过少导致的加热效果不佳；绕缠直径1.6m-2.5m，综合考虑电缆的弯曲性能和加热器体积、牵引力等参数。
所述外筒与所述底座固定或轮轴配合，所述外筒具有铁路用碳纤维抗弯折高压电缆进入的入口和铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放出的出口；所述出口具有仅允许电缆单向放出的瓣膜型单向预紧夹具，优选所述入口具有仅允许电缆单向进入的瓣膜型单向预紧夹具；优选所述外筒内侧具有与所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆配合的螺旋形沟槽，用于限制所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆的绕缠轨迹；优选所述外筒由多个侧面组件拼接而成，所述侧面组件具有扇环形横截面，所述多个侧面组件的扇环形横截面拼接成外筒的环形横截面，工作时在初始绕缠之后将所述外筒的侧面组件拼接组合在绕缠有铁路用碳纤维抗弯折高压电缆的内筒之外，使得铁路用碳纤维抗弯折高压电缆分别通过入口和出口，并在入口和出口装夹所述瓣膜型单向预紧夹具。外筒能帮助加热器聚集热量于电缆加热，减少热量散失，以及稳定电缆的放出。
所述底座，具有内圈与外圈，所述内圈与内筒配合，所述外圈与外筒配合。
所述内筒与外筒异步相对转动，在不同时隙分别产生所述内筒相对于所述外筒沿绕缠方向的转动和所述内筒相对于所述外筒沿绕缠方向的转动：当所述外筒相对于所述内筒沿绕缠方向转动时，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆由于入口和出口的瓣膜型单向预紧夹具的固定，其相对于外筒固定，相对于内筒产生移动，使得电缆进入加热器；当所述内筒相对于所述外筒沿绕缠方向转动时，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆和瓣膜型单向预紧夹具松脱，其相对于内筒固定，相对于外筒产生移动，使得电缆放出加热器。
所述加热器放出的电缆，为游离端或由牵引装置牵引，用于施工。
碳纤维复合导线无需外铠装，其收卷时通过内部应力形成弯曲状态，护套内不同的线缆之间在应力状态下相互固着，维持线缆整体的弯曲状态，从而方便收卷。尤其是不对称的外形设计的，能有效减小电缆的弯曲半径、控制弯曲方向。然而施工时，如果不能有效消除或者减小这种应力，强行拉直施工，会导致护套留下凸痕或鼓包。为了消除这种应力本发明通过将复合导线进行加热，由于导线内部各种材料的热膨胀系数不一样，使其受热又变冷后，从而使得导线内部各种线缆之间的界面脱开，从而消除或减小应力，方便施工。
铁路用碳纤维抗弯折高压电缆应力控制方法，包括以下步骤：
将铁路用碳纤维抗弯折高压电缆绕缠在加热器上；
以10-20m/min的线速度牵引所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆；
维持所述加热器的温度在70℃±10℃范围；
使得所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆从接触加热器到脱离加热器的时间长度处于2-5min之内。
以下为实施例：
实施例1
本发明提供了一种铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，如图1所示，其包括放线盘和加热器；
所述放线盘，包括电缆盘载具、轴承、支架和阻尼调节器；所述电缆盘载具用于装载有收卷的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆，其通过轴承与所述支架相连，支架和轴承之间设置阻尼调节器，用于调节放线盘的放线张力；放线张力控制在1～1.5t。
所述加热器，包括竖水平设置的底座，垂直于底座设置由内而外同轴嵌套发热轴芯、内筒；
所述发热轴芯具有功率可调的电加热元件、以及温控器，所述温控器负反馈调节所述电加热元件的电加热元件的功率，控制所述发热轴芯的温度在预设的温度范围之内；所述电加热元件如电阻丝或中频线圈；所述预设的温度范围在70℃±10℃；
所述内筒，与所述底座固定连接，用于绕缠放线盘放出的待调整应力的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆并进行加热调整其应力，所述内筒具有与所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆配合的螺旋形沟槽，用于限制所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆的绕缠轨迹；所述绕缠轨迹4匝，绕缠直径2.5m。
所述加热器放出的电缆由牵引轮牵引，放出施工。
铁路用碳纤维抗弯折高压电缆应力控制方法，包括以下步骤：
将铁路用碳纤维抗弯折高压电缆收卷电缆盘，装载在电缆盘载具上，放出一段电缆，将铁路用碳纤维抗弯折高压电缆绕缠在加热器上；
电缆盘载具的阻尼调节器，使所述放线盘和加热器之间的电缆张力维持在1～1.5t；
以10m/min的线速度牵引所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆；
维持所述加热器的温度在70℃±10℃范围；
使得所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆从接触加热器到脱离加热器的时间长度处于5min之内。
实施例2
本发明提供了一种铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其包括放线盘和加热器；
所述放线盘，包括电缆盘载具、轴承、支架和阻尼调节器；所述电缆盘载具用于装载有收卷的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆，其通过轴承与所述支架相连，支架和轴承之间设置阻尼调节器，用于调节放线盘的放线张力；放线张力控制在1～1.5t。
所述加热器，如图3所示，包括两侧数值相对设置的底座，以及水平设置由内而外同轴嵌套发热轴芯、内筒、以及外筒；
所述发热轴芯具有功率可调的电加热元件、以及温控器，所述温控器负反馈调节所述电加热元件的电加热元件的功率，控制所述发热轴芯的温度在预设的温度范围之内；所述电加热元件为中频线圈；所述预设的温度范围在70℃±10℃；
所述内筒，沿底座中轴转动，用于绕缠放线盘放出的待调整应力的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆并进行加热调整其应力，所述内筒具有与所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆配合的螺旋形沟槽，用于限制所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆的绕缠轨迹；所述绕缠轨迹8匝，绕缠直径2m。
所述外筒与所述底座配合，所述外筒具有铁路用碳纤维抗弯折高压电缆进入的入口和铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放出的出口；所述出口具有仅允许电缆单向放出的瓣膜型单向预紧夹具，所述入口具有仅允许电缆单向进入的瓣膜型单向预紧夹具；所述外筒内侧具有与所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆配合的螺旋形沟槽，用于限制所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆的绕缠轨迹；所述外筒由两个侧面组件拼接而成，所述侧面组件具有半圆环形横截面，所述两个侧面组件的半圆环形横截面拼接成外筒的环形横截面，工作时在初始绕缠之后将所述外筒的侧面组件拼接组合在绕缠有铁路用碳纤维抗弯折高压电缆的内筒之外，使得铁路用碳纤维抗弯折高压电缆分别通过入口和出口，并在入口和出口装夹所述瓣膜型单向预紧夹具。
所述底座，具有内圈与外圈，所述内圈与内筒配合，所述外圈与外筒配合。所述内筒与内圈可转动安装，或者固定安装；同样的所述外圈与外筒可以可转动的安装或固定安装；内圈与外圈可以相对转动或相对固定；只要实现内筒和外筒的相对转动，并不限于内筒与底座、外筒与底座的固定方式。优选的方式为：内筒与内圈固定配合，由与中轴固定的步进马达带动，在一定角度内往复步进转动，外筒与外圈固定配合，相对于底座支撑架固定；内圈与外圈相对转动。
所述内筒与外筒异步相对转动：内筒正转时,内筒相对于所述外筒沿绕缠方向的转动；内筒反转时，所述内筒相对于所述外筒沿绕缠方向的转动。当所述外筒相对于所述内筒沿绕缠方向转动时，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆由于入口和出口的瓣膜型单向预紧夹具的固定，其相对于外筒固定，相对于内筒产生移动，使得电缆进入加热器；当所述内筒相对于所述外筒沿绕缠方向转动时，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆和瓣膜型单向预紧夹具松脱，其相对于内筒固定，相对于外筒产生移动，使得电缆放出加热器。
所述加热器放出的电缆，可为游离端直接用于施工。或者也可以填通过牵引轮牵引。
铁路用碳纤维抗弯折高压电缆应力控制方法，包括以下步骤：
将铁路用碳纤维抗弯折高压电缆收卷电缆盘，装载在电缆盘载具上，放出一段电缆，将铁路用碳纤维抗弯折高压电缆绕缠在加热器的内筒上；此时加热器外筒脱开；
电缆盘载具的阻尼调节器，使所述放线盘和加热器之间的电缆张力维持在1～1.5t；
将两块半圆环截面的外筒组件拼装在缠有电缆的内筒上，并使线缆正好通过外筒入口和出口，在入口和出口上分别装夹具有楔形瓣膜的瓣膜型单向预紧夹具，使得电缆只能单向通过加热器。
以步进马达15m/min的线速度牵引所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆；
维持所述加热器的温度在70℃±10℃范围；
使得所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆从接触加热器到脱离加热器的时间长度处于4min之内。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其特征在于，包括放线盘和加热器；
所述放线盘，包括电缆盘载具、轴承、支架；所述电缆盘载具用于装载有收卷的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆，其通过轴承与所述支架相连；
所述加热器，包括底座，垂直于底座设置由内而外同轴嵌套发热轴芯、内筒；所述发热轴芯具有功率可调的电加热元件、以及温控器，所述温控器负反馈调节所述电加热元件的电加热元件的功率，控制所述发热轴芯的温度在预设的温度范围之内；所述内筒与所述底座配合，用于绕缠放线盘放出的待调整应力的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆并进行加热调整其应力；所述加热器放出的电缆，为游离端或由牵引装置牵引，用于施工；
所述加热器包括外筒，所述外筒与所述底座配合，所述外筒具有铁路用碳纤维抗弯折高压电缆进入的入口和铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放出的出口；
所述内筒与外筒异步相对转动，在不同时隙分别产生所述外筒相对于所述内筒沿绕缠方向的转动和所述内筒相对于所述外筒沿绕缠方向的转动：当所述外筒相对于所述内筒沿绕缠方向转动时，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆由于入口和出口的瓣膜型单向预紧夹具的固定，其相对于外筒固定，相对于内筒产生移动，使得电缆进入加热器；当所述内筒相对于所述外筒沿绕缠方向转动时，所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆和瓣膜型单向预紧夹具松脱，其相对于内筒固定，相对于外筒产生移动，使得电缆放出加热器。
2.如权利要求1所述的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其特征在于，所述放线盘包括阻尼调节器，支架和轴承之间设置阻尼调节器，用于调节放线盘的放线张力；放线张力控制在1~1.5t。
3.如权利要求1所述的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其特征在于，所述电加热元件如电阻丝或中频线圈。
4.如权利要求1所述的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其特征在于，所述预设的温度范围在70℃±10℃。
5.如权利要求1所述的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其特征在于，所述内筒具有与所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆配合的螺旋形沟槽，用于限制所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆的绕缠轨迹。
6.如权利要求5所述的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其特征在于，所述绕缠轨迹4-10匝，绕缠直径1.6m-2.5m。
7.如权利要求1所述的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其特征在于，所述出口具有仅允许电缆单向放出的瓣膜型单向预紧夹具。
8.如权利要求1所述的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其特征在于，所述入口具有仅允许电缆单向进入的瓣膜型单向预紧夹具。
9.如权利要求1所述的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其特征在于，所述外筒内侧具有与所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆配合的螺旋形沟槽，用于限制所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆的绕缠轨迹。
10.如权利要求1所述的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置，其特征在于，所述外筒由多个侧面组件拼接而成，所述侧面组件具有扇环形横截面，所述多个侧面组件的扇环形横截面拼接成外筒的环形横截面，工作时在初始绕缠之后将所述外筒的侧面组件拼接组合在绕缠有铁路用碳纤维抗弯折高压电缆的内筒之外，使得铁路用碳纤维抗弯折高压电缆分别通过入口和出口，并在入口和出口装夹所述瓣膜型单向预紧夹具。
11.一种铁路用碳纤维抗弯折高压电缆应力控制方法，其特征在于，应用如权利要求1至10任意一项所述的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆放线装置；
包括以下步骤：
将铁路用碳纤维抗弯折高压电缆绕缠在加热器上；
以预设的线速度牵引所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆；
维持所述加热器的温度在70℃±10℃范围；
使得所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆从接触加热器后与加热器脱离。
12.如权利要求11所述的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆应力控制方法，其特征在于，以10-20m/min的线速度牵引所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆。
13.如权利要求12所述的铁路用碳纤维抗弯折高压电缆应力控制方法，其特征在于，使得所述铁路用碳纤维抗弯折高压电缆从接触加热器到脱离加热器的时间长度处于2-5min之内。
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