CN211788354U - 一种高铁用智能监测牵引电缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高铁用智能监测牵引电缆，由内至外依次包括电力传输缆芯、阻水层、非磁性丝保护层、阻水阻燃层和外护套层；电力传输缆芯由内至外依次包括绝缘线芯、半导电阻水带、金属丝屏蔽层和嵌入式防水层；金属丝屏蔽层包括均匀疏绕在半导电阻水带外周面上的监测光纤和金属屏蔽丝；嵌入式防水层隔离并均匀填充监测光纤和金属屏蔽丝间的间隙；非磁性丝保护层包括紧密排列在阻水层外周面上的扰动光纤和非磁性丝。本实用新型实现了电缆运行参数的实时采集且测量准确性高，监测范围长，结构可靠，同时可对监测异常点进行快速的故障定位，在线预判外界对电缆损害，工程适应性强，不受电磁干扰，具有较高的工程经济性和实用性。

Description

一种高铁用智能监测牵引电缆

技术领域

本实用新型涉及涉及电缆技术领域，尤其是一种高铁用智能监测牵引电缆。

背景技术

随着我国高速铁路建设的飞速发展，27.5kV高压电缆在高速铁路牵引供电系统中的应用也越来越普遍，且智能传感、信号处理、计算机、以及通讯技术快速发展和广泛应用，使得高铁及线路实现运行可视化管理成为可能。然而受制于生产工艺、附件质量、安装工艺的影响，已运行的27.5kV高压电缆故障率较高，且电缆设备故障带来的人工巡检方式难以对埋设于地下的27.5kV高压电缆运行状态进行准确判别。对于正在设计和即将要投入运行的设备有效监控就变得特别重要，鉴于此电缆在高铁中承载着重要地位，并且关乎着广大人民的安全。所以智能化的监测和预防功能势在必行。对与发展我国智能化轨道交通事业具有十分重要的现实意义。同时从提升大型公共基础设施安全性和经济性的角度看，符合国家政策支持，顺应时代要求，是必然趋势。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高铁用智能监测牵引电缆，实现了电缆运行参数的实时采集且测量准确性高，监测范围长，可通过大数据分析预估电缆寿命，同时可对监测异常点进行快速的故障定位，在线预判外界对电缆损害，工程适应性强，不受电磁干扰，使用寿命长，具有较高的工程经济性和实用性。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种高铁用智能监测牵引电缆，由内至外依次包括电力传输缆芯、阻水层、非磁性丝保护层、阻水阻燃层和外护套层；所述电力传输缆芯由内至外依次包括绝缘线芯、半导电阻水带、金属丝屏蔽层和嵌入式防水层；所述金属丝屏蔽层包括均匀疏绕在半导电阻水带外周面上的监测光纤和金属屏蔽丝；所述嵌入式防水层隔离并均匀填充监测光纤和金属屏蔽丝间的间隙；所述非磁性丝保护层包括紧密排列在阻水层外周面上的扰动光纤和非磁性丝。

进一步地，所述绝缘线芯包括由内至外依次设置的导体、导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层。

进一步地，所述导体的截面为150mm²～400mm²。

进一步地，所述监测光纤对称设置于半导电阻水带的外周面上；相邻两根监测光纤之间布置多根所述金属屏蔽丝。

进一步地，所述监测光纤和金属屏蔽丝的直径相同。

进一步地，所述监测光纤包括非磁性不锈钢管，设于非磁性不锈钢管内的光纤，以及填充于非磁性不锈钢管内部的充油膏。

进一步地，所述嵌入式防水层采用聚乙烯护套材料。

进一步地，所述扰动光纤对称设置于阻水层的外周面上；相邻两根扰动光纤之间布置多根非磁性丝。

进一步地，所述扰动光纤采用不锈钢管铠装聚乙烯护套结构；所述非磁性丝采用铝合金丝材料。

进一步地，所述外护套层包括耐环境护套层和防啮齿动物保护层。

进一步地，所述耐环境护套层采用防鼠蚁防紫外线的阻燃低压无卤护套材料。

进一步地，所述防啮齿动物保护层采用防啮齿动物啃咬和防摩擦的尼龙护套材料。

一种高铁用智能监测牵引电缆的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：制备绝缘线芯；选择满足工程截面需求的导体，采用全封闭干式化学交联三层共挤工艺的方式在导体外挤出导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层；

步骤二：制备半导电阻水带；在绝缘线芯外绕包一层半导电阻水带，半导电阻水带的搭盖率为20％～30％；

步骤三：制备金属丝屏蔽层；在半导电阻水带外均匀排列设置多根监测光纤和金属屏蔽丝，监测光纤和金属丝屏蔽呈螺旋形缠绕在半导电阻水带的外周面上，绞入系数保持一致，节距满足13D_阻～15D_阻，D_阻为绝缘线芯绕包半导电阻水带之后的外径；

步骤四：制备嵌入式防水层；在金属丝屏蔽层外挤压嵌入式防水层，隔离并均匀填充测温光纤和金属屏蔽丝间的间隙，制得电力传输缆芯；

步骤五：制备阻水层；在电力传输缆芯外绕包阻水层，阻水层采用阻水带材料，阻水带的搭盖率为20％～30％；

步骤六：制备非磁性丝保护层；在阻水层外均匀紧密排列多根扰动光纤和非磁性丝；

步骤七：制备阻水阻燃层；在非磁性丝保护层外绕包阻水带和低压无卤阻燃带作为阻水阻燃层，且每层带子的搭盖率为20％～30％；

步骤八：制备外护套层；在阻水阻燃层外挤包耐环境护套层，优选地，耐环境护套层采用低烟无卤阻燃聚烯烃护套，且增加环保炭黑含量和驱避剂来满足防白蚁性能、防鼠性能、防紫外线等功能；在耐环境护套层外挤包防啮齿动物保护层，优选地，防啮齿动物保护层采用尼龙12护套，具有很强的耐磨性能且有很好的防啮齿动物啃咬功能，来适应复杂的安装敷设环境。

进一步地，所述步骤三中，根据铜丝屏蔽机功能和性能，监测光纤和金属屏蔽丝的根数，在并线模前设计悬浮式分线盘，分线盘上均匀分布与监测光纤和金属屏蔽丝数量相同的穿线孔，所述穿线孔具有跟监测光纤和金属屏蔽丝绞入角度相同的倾斜角度；优选地，并线盘材质为尼龙膜，穿线孔加装陶瓷模孔，陶瓷模孔均匀排列。

进一步地，所述步骤四中，采用挤压式模具，将模套增加内角，使得胶料不直接挤出，改变胶料对线芯的作用点从而改变挤压方向，使监测光纤和金属屏蔽丝按照顺时针方向绕着绝缘线芯均匀排列旋转；根据交联机搓线器原理调整合适的后牵引履带左右偏差的方位，并压紧线芯来释放监测光纤和金属屏蔽丝旋转的力，使得线芯表面监测光纤、金属屏蔽丝和绝缘线芯自转维持平衡；从而保证嵌入式防水层隔离并均匀填充监测光纤和金属屏蔽丝层间的间隙的连续生产。

进一步地，所述步骤六中，扰动光纤和非磁性丝一起作为铠装结构；扰动光纤和非磁性丝的总数量N的计算公式，N＝(D+d)π/(1.108×d)，D为绕包阻水层后的外径，d为非磁性丝的外径；N的数值可以根据前序外径确保排列紧密均匀的情况下上下偏差2。

采用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：

1、本实用新型电缆在金属丝屏蔽层中预制监测光纤，实现了电缆运行参数的实时采集且测量准确性高，监测范围长，可通过大数据分析预估电缆寿命，结构可靠，同时设有包括扰动光纤和非磁性丝的非磁性丝保护层，可对监测异常点进行快速的故障定位，在线预判外界对电缆损害，工程适应性强，不受电磁干扰，使用寿命长，具有较高的工程经济性和实用性。

2、本实用新型电缆嵌入式防水层隔离并均匀填充监测光纤和金属屏蔽丝间的间隙中，有效的保护了光纤。

3、本实用新型电缆监测光纤对称设置于半导电阻水带的外周面上，相邻两根监测光纤之间布置多根所述金属屏蔽丝，实现了电缆故障电流的均匀传输，避免电缆局部温升过高引发事故。

4、本实用新型电缆绝缘线芯外的半导电阻水带、金属丝屏蔽层、嵌入式防水层实现了电缆的纵向、径向阻水功能。

5、本实用新型电缆扰动光纤采用不锈钢管铠装聚乙烯护套结构，有效保护内部光纤；非磁性丝采用铝合金丝材料，在起到保护作用的同时降低电缆整体质量。

6、本实用新型电缆外护套层包括耐环境护套层和防啮齿动物保护层，有效防止啮齿动物啃咬电缆，同时适应人口密集等更加复杂的使用环境。

7、本实用新型电缆制备方法，全封闭干式化学交联三层共挤工艺的方式挤出导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层，有效的避免了绝缘接触污染物和吸潮。

8、本实用新型电缆制备方法，监测光纤和金属屏蔽丝呈螺旋形缠绕在半导电阻水带的外周面上，绞入系数保持一致，能够防止出现位置交叉重叠。

9、本实用新型电缆制备方法，在并线模前设计带有穿线孔的悬浮式分线盘，并且穿线孔具有跟监测光纤和金属屏蔽丝绞入角度相同的倾斜角度，达到非磁性丝均匀紧密和扰动光纤的对称排列。

10、本实用新型电缆制备方法，采用挤压式模具，将模套增加内角，改变胶料对线芯的作用点从而改变挤压方向，并根据交联机搓线器原理调整合适的后牵引履带左右偏差的方位，并压紧线芯来释放前牵引铜丝的移动的力，解决嵌入式防水层隔离并均匀填充监测光纤和金属屏蔽丝间的间隙的问题，实现金属丝屏蔽层和嵌入式防水层连续生产，减少电缆的整体外径同时实现成本降低。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中：

图1为本实用新型电缆的结构示意图。

图2为本实用新型电缆嵌入式防水层的模芯模套结构示意图。

附图中的标号为：

电力传输缆芯1、绝缘线芯11、导体111、导体屏蔽层112、绝缘层113、绝缘屏蔽层114、半导电阻水带12、金属丝屏蔽层13、监测光纤131、金属屏蔽丝132、嵌入式防水层14；

阻水层2；

非磁性丝保护层3、扰动光纤31、非磁性丝32；

阻水阻燃层4、阻水带41、低压无卤阻燃带42；

外护套层5、耐环境护套层51、防啮齿动物保护52层；

内角6。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

见图1，本实施例的一种高铁用智能监测牵引电缆，由内至外依次包括电力传输缆芯1、阻水层2、非磁性丝保护层3、阻水阻燃层4和外护套层5；

电力传输缆芯1由内至外依次包括绝缘线芯11、半导电阻水带12、金属丝屏蔽层13和嵌入式防水层14；绝缘线芯11包括由内至外依次设置的导体111、导体屏蔽层112、绝缘层113和绝缘屏蔽层114；导体111的截面为150mm²～400mm²，本实施例导体截面 150mm²，导体外径为16.1mm；导体屏蔽层112标称厚度为0.8mm；绝缘层113标称厚度为12.0mm，平均厚度为12.0mm，最小厚度为11.69mm；绝缘屏蔽层114标称厚度为1.2mm。金属丝屏蔽层13包括均匀疏绕在半导电阻水带12外周面上的4根监测光纤 131和20根金属屏蔽丝132，监测光纤131和金属屏蔽丝132的直径相同，均为1.5mm；监测光纤131包括非磁性不锈钢管，设于非磁性不锈钢管内的光纤，以及填充于非磁性不锈钢管内部的充油膏；金属屏蔽丝132为铜丝；嵌入式防水层14采用聚乙烯护套材料，最薄点为1.78mm，最厚点为3.05mm；4根监测光纤131对称设置于半导电阻水带 12的外周面上；相邻两根监测光纤131之间布置5根金属屏蔽丝132，实现了电缆故障电流的均匀传输，避免电缆局部温升过高引发事故；嵌入式防水层14隔离并均匀填充监测光纤131和金属屏蔽丝132间的间隙，有效隔开不同材料的监测光纤131和金属屏蔽丝132，有效的保护了光纤。本实用新型电缆绝缘线芯11外的半导电阻水带12、金属丝屏蔽层13、嵌入式防水层14实现了电缆的纵向和径向阻水功能

阻水层2采用阻水带材料，标称厚度为0.3mm。

非磁性丝保护层3包括紧密排列在阻水层2外周面上的4根扰动光纤31和非磁性丝32。扰动光纤31对称设置于阻水层2的外周面上；相邻两根扰动光纤31之间布置 14根非磁性丝32。扰动光纤31采用不锈钢管铠装聚乙烯护套结构，有效保护内部光纤；非磁性丝32采用铝合金丝材料，铝合金丝外径为2.5mm，在起到保护作用的同时降低电缆整体质量。

阻水阻燃层4包括两层阻水带41，每层阻水带41标称厚度为0.3mm和两层低烟无卤阻燃带42，每层低烟无卤阻燃带42标称厚度为0.2mm。

外护套层5包括耐环境护套层51和防啮齿动物保护52层。耐环境护套层51采用防鼠蚁防紫外线的阻燃低压无卤护套材料，且增加环保炭黑含量和驱避剂来满足防白蚁性能、防鼠性能、防紫外线等功能。防啮齿动物保护层52采用尼龙12护套材料，厚度为1.0mm，尼龙12护套具有很强的耐磨性能且有很好的防啮齿动物啃咬功能，来适应电缆复杂的安装敷设环境。

一种高铁用智能监测牵引电缆的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：制备绝缘线芯11；选择满足工程截面需求的导体，选择截面为150mm²的导体111，采用导体预热、氮气加热、氮气冷却的全封闭干式化学交联三层共挤工艺的方式在导体111外挤出导体屏蔽层112、绝缘层113和绝缘屏蔽层114，有效的避免了绝缘接触污染物和吸潮；根据挤出导体屏蔽层112、绝缘层113和绝缘屏蔽层114的三种材料的硫化温度、线速度、水冷、气压等工艺，采用交联机生产导体屏蔽层112、绝缘层113和绝缘屏蔽层114；开机应使用导体预加热装置，温度为65～85℃；开机时氮气压力不小于10bar，氮气压力达到10bar且压力平衡后才可以上调速度和温度至工艺速度和温度；硫化管温度开始温度为200℃、减速温度为300℃、停止温度为270℃；工装磨具段一段温度为350℃、二段为330℃、三段为320℃、四段模套段为310℃、五段为300℃、六段为290℃、七段为270℃、八段为270℃、九段为260℃、十段为150℃；线速度五段为1.48m/min、六段为3.7m/min、七段为2.15m/min、八段为1.85m/min；上密封橡胶垫气压为49bar、下密封橡胶垫气压为54bar；冷却方式水冷温度≥10℃；夏季期间，5月1日～9月30日，硫化管各区温度可下调5～15℃，但是要确保线芯热延伸合格，即载荷下最大伸长率175％，冷却后最大永久伸长率15％。

步骤二：制备半导电阻水带12；在绝缘线芯11外绕包一层半导电阻水带12，半导电阻水带12的搭盖率为25％。

步骤三：制备金属丝屏蔽层13；在半导电阻水带12外均匀排列设置四根监测光纤131和二十根金属屏蔽丝132，监测光纤131和金属屏蔽丝132呈螺旋形缠绕在半导电阻水带12的外周面上，绞入系数保持一致，均为1.05，能够防止出现位置交叉重叠，根据铜丝屏蔽机功能和性能，监测光纤131和金属屏蔽丝132的根数，在并线模前设计悬浮式分线盘，分线盘上均匀分布与监测光纤和金属屏蔽丝数量相同的穿线孔，穿线孔数量24个，穿线孔具有跟监测光纤和金属屏蔽丝绞入角度相同的倾斜角度，即19±3°；并线盘材质为尼龙膜，穿线孔加装陶瓷模孔，陶瓷模孔均匀排列，陶瓷内径5mm。节距满足13D_阻～15D_阻，D_阻为绝缘线芯11绕包半导电阻水带12之后的外径；本实施例节距为14D_阻。达到非磁性丝32均匀紧密和扰动光纤31的对称排列。

步骤四：制备嵌入式防水层14；在金属丝屏蔽层13外挤压嵌入式防水层14，隔离并均匀填充监测光纤131和金属屏蔽丝132间的间隙，制得电力传输缆芯1，实现不同金属需隔离套隔开的功能且满足电缆的防水功能。嵌入式防水层14最薄点厚度为 1.78mm，厚度计算方法为挤出厚度减去金属丝屏蔽层132外径或者监测光纤131外径所得出的值；最厚点厚度为3.05mm，厚度为挤出嵌入式防水层14最大厚度；采用挤压式模具，如图2所示，将模套增加内角6，使得胶料不直接挤出，改变胶料对线芯的作用点从而改变挤压方向；根据交联机搓线器原理调整合适的后牵引履带左右偏差的方位，并压紧线芯来释放前牵引金属丝屏蔽层132的移动的力；从而保证嵌入式防水层14 隔离并均匀填充监测光纤131和金属丝屏蔽层13间的间隙的连续生产。

步骤五：制备阻水层2；阻水层采用阻水带，阻水带的标称厚度为0.3mm；在电力传输缆芯1外绕包阻水层2，阻水层2采用阻水带材料，阻水带的搭盖率为25％。

步骤六：制备非磁性丝保护层3；在阻水层2外均匀紧密排列4根扰动光纤31和 14根非磁性丝32；扰动光纤31和非磁性丝32一起作为铠装结构；扰动光纤31和非磁性丝32的总数量N的计算公式，N＝(D+d)π/(1.108×d)，D为绕包阻水层2后的外径， d为非磁性丝32的外径；N的数值可以根据前序外径确保排列紧密均匀的情况下根数上下偏差2。本实施例D＝49.5mm，d＝2.5mm，N＝59，根据前序外径确保排列紧密均匀的情况下N的数值上下偏差2，N取值60。

步骤七：制备阻水阻燃层4；在非磁性丝保护层3外绕包两层阻水带41和两层低压无卤阻燃带42作为阻水阻燃层4，且每层带子的搭盖率为25％。

步骤八：制备外护套层5；在阻水阻燃层4外挤包耐环境护套层，耐环境护套层51采用低烟无卤阻燃聚烯烃护套，且增加环保炭黑含量和驱避剂来满足防白蚁性能、防鼠性能、防紫外线等功能；在耐环境护套层51外挤包防啮齿动物保护层52，防啮齿动物保护层采用尼龙12护套，具有很强的耐磨性能且有很好的防啮齿动物啃咬功能，来适应复杂的安装敷设环境。

本实施例电缆在金属丝屏蔽层13中预制监测光纤131，实现了电缆运行参数的实时采集且测量准确性高，监测范围长，可通过大数据分析预估电缆寿命，结构可靠，同时设有包括扰动光纤31和非磁性丝32的非磁性丝保护层3，可对监测异常点进行快速的故障定位，在线预判外界对电缆损害，工程适应性强，不受电磁干扰，使用寿命长，具有较高的工程经济性和实用性。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高铁用智能监测牵引电缆，其特征在于：由内至外依次包括电力传输缆芯(1)、阻水层(2)、非磁性丝保护层(3)、阻水阻燃层(4)和外护套层(5)；所述电力传输缆芯(1)由内至外依次包括绝缘线芯(11)、半导电阻水带(12)、金属丝屏蔽层(13)和嵌入式防水层(14)；所述金属丝屏蔽层(13)包括均匀疏绕在半导电阻水带(12)外周面上的监测光纤(131)和金属屏蔽丝(132)；所述嵌入式防水层(14)隔离并均匀填充监测光纤(131)和金属屏蔽丝(132)间的间隙；所述非磁性丝保护层(3)包括紧密排列在阻水层(2)外周面上的扰动光纤(31)和非磁性丝(32)。

2.根据权利要求1所述的一种高铁用智能监测牵引电缆，其特征在于：所述绝缘线芯(11)包括由内至外依次设置的导体(111)、导体屏蔽层(112)、绝缘层(113)和绝缘屏蔽层(114)。

3.根据权利要求2所述的一种高铁用智能监测牵引电缆，其特征在于：导体的截面为150mm²～400mm²。

4.根据权利要求1所述的一种高铁用智能监测牵引电缆，其特征在于：所述监测光纤(131)对称设置于半导电阻水带(12)的外周面上；相邻两根监测光纤(131)之间布置多根所述金属屏蔽丝(132)。

5.根据权利要求1所述的一种高铁用智能监测牵引电缆，其特征在于：所述监测光纤(131)和金属屏蔽丝(132)的直径相同。

6.根据权利要求1所述的一种高铁用智能监测牵引电缆，其特征在于：所述扰动光纤(31)对称设置于阻水层(2)的外周面上；相邻两根扰动光纤(31)之间布置多根非磁性丝(32)。

7.根据权利要求1所述的一种高铁用智能监测牵引电缆，其特征在于：所述扰动光纤(31)采用不锈钢管铠装聚乙烯护套结构；所述非磁性丝(32)采用铝合金丝材料。

8.根据权利要求1所述的一种高铁用智能监测牵引电缆，其特征在于：所述外护套层(5)包括耐环境护套层(51)和防啮齿动物保护层(52)。

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