一种轨道交通用智能监控用特种电缆及其生产工艺

摘要

本发明公开了一种轨道交通用智能监控用特种电缆及其生产工艺，其中，电缆结构包括由内至外依次设置的缆芯、金属屏蔽层、内护套、阻燃带、金属铠装层、包带和外护套；所述金属屏蔽层包括两层半导电绕包带以及设于半导电绕包带之间并呈圆周分布的检测光纤、屏蔽铜丝和半导电填充；所述检测光纤和屏蔽铜丝分别沿缆芯的外周均匀分布；所述半导电填充分布于所述相邻的检测光纤和屏蔽铜丝之间以及相邻的屏蔽铜丝之间；所述屏蔽铜丝和半导电填充的外径均大于所述检测光纤的外径。本发明可有效避免植入到电缆内的光纤受损，同时可以降低电缆成本。

说明书

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，尤其是一种轨道交通用智能监控用特种电缆及其生产工艺。

背景技术

轨道交通能有效的缓解交通压力和环境污染，并且能够带动当地经济发展，因此轨道交通是未来投资的重点。轨道交通线路运行的安全性一直是运维公司关注的重点，人工巡查不仅工作强度大，而且无法实时监控，一旦出现意外，就会造成严重的人员和财物损失。

光纤具有优异的抗电磁干扰性、能耗低，通过光波的位移变动，可以实现对电缆局部过热、扰动和局放等参数的测量。但是单芯电缆空隙小，如何将光纤植入到电缆中并保证光纤不被损伤，一直是本领域的主要技术难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种轨道交通用智能监控用特种电缆及其生产工艺，可有效避免植入到电缆内的光纤受损，同时可以降低电缆成本。

实现本发明目的的技术方案是：

一种轨道交通用智能监控用特种电缆，包括由内至外依次设置的缆芯、金属屏蔽层、内护套、阻燃带、金属铠装层、包带和外护套；所述金属屏蔽层包括两层半导电绕包带以及设于半导电绕包带之间并呈圆周分布的检测光纤、屏蔽铜丝和半导电填充；所述检测光纤和屏蔽铜丝分别沿缆芯的外周均匀分布；所述半导电填充分布于所述相邻的检测光纤和屏蔽铜丝之间以及相邻的屏蔽铜丝之间；所述屏蔽铜丝和半导电填充的外径均大于所述检测光纤的外径。

进一步地，所述缆芯包括由内至外依次设置的导体层、导体屏蔽层、绝缘和绝缘屏蔽层。

进一步地，所述导体层采用二类镀锡或不镀锡的绞合导体。

进一步地，所述绝缘的材料为交联聚乙烯XLPE或乙丙橡胶EPR。

进一步地，所述检测光纤采用不锈钢铠装单模或多模光纤单元。

进一步地，所述检测光纤外径控制在1.8±0.1mm，数量为1～4根，每根检测光纤内的光纤数量2～24根。

进一步地，所述屏蔽铜丝采用退火软铜丝。

进一步地，所述屏蔽铜丝的外径控制在2.0±0.05mm，根数不少于8根，具体根数与屏蔽的短路电流相适应。如下表所示：

进一步地，所述半导电填充包括设于中心的加强芯以及挤塑在加强芯外的热塑性半导电材料。

进一步地，所述半导电填充的外径控制在2.0±0.5mm，所述半导电材料的绝缘电阻率≤100Ω·m。

进一步地，所述加强芯采用芳纶丝或铜丝。

进一步地，所述半导电绕包带包括设于内层的半导电特多龙带以及设于外层的半导电尼龙带。

进一步地，所述金属铠装层采用非磁性扁或圆金属丝缠绕制成。

进一步地，所述内护套采用PE或低烟无卤阻燃聚烯烃材料制成。

进一步地，所述内护套的厚度为1.0～3.0mm。

进一步地，所述包带采用玻璃纤维带。

上述轨道交通用智能监控用特种电缆的生产工艺，包括如下步骤：

步骤一：制作缆芯；导体拉丝后绞合制成导体层，外部采用三层共挤的方式挤包导体屏蔽层、绝缘和绝缘屏蔽层；

步骤二：制作金属屏蔽层；在缆芯外绕包一层半导电绕包带，搭盖率在15～20％，然后在电缆专用屏蔽机上将检测光纤、屏蔽铜丝和半导电填充同时缠绕在半导电绕包带上，缠绕节径比10～16倍，填充圆整紧密，再绕包一层半导电绕包带，搭盖率在15～20％；

步骤三：在金属屏蔽层外挤塑内护套，再绕包一层阻燃带；

步骤四：在阻燃带外缠绕扁金属丝制成金属铠装层；

步骤五：在金属铠装层外绕包一层包带，并在包带外挤塑外护套，制成电缆。

进一步地，所述步骤四中，所述扁金属丝的宽度为L，厚度为H，线芯直径为D，则扁金属丝的根数为N＝INT(π×(D+H)÷L)。其中，扁金属丝的厚度约为2.0mm，宽度为2.5～4.0mm。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：

(1)本发明金属屏蔽层通过设置检测光纤，能实时监控电缆的使用状态；通过设置屏蔽铜丝，能有效防止电磁干扰，起到安全保护的屏蔽作用；在检测光纤和屏蔽铜丝之间设置半导电填充，能够保证屏蔽铜丝均匀分布在缆芯外，在通电使用时电场分布均匀，而且增加铜丝之间的导通性；屏蔽铜丝和半导电填充的外径均大于检测光纤的外径，在绞合时保护检测光纤不受损，且检测光纤不直接与硬度较大的铜丝接触，而是与较软的半导电填充接触，增加检测光纤的缓冲，防止检测光纤受损；现有的轨道交通用智能监控电缆的屏蔽截面一般在16～50mm

(2)本发明检测光纤采用不锈钢铠装光纤，进一步保护内部光纤单元不受损；此外，本发明检测光纤采用单模或多模光纤单元，能满足不同的使用需求，使用范围广。

(3)本发明半导电填充通过设置设于中心的加强芯，提高半导电填充的整体强度，并在加强芯外挤塑热塑性半导电材料，在保证材料半导电性能的同时，更易加工成型，且力学性能良好。

(4)本发明半导电绕包带包括设于内层的半导电特多龙带以及设于外层的半导电尼龙带，半导电特多龙带的具有强度高、屏蔽性能优和电阻小的特点，用于金属屏蔽层的金属丝下，起到很好的垫层和屏蔽作用；半导电尼龙带表面光滑，绕包后的能提高金属屏蔽层的圆整度，同时可以防止外层内护套在挤压时嵌入金属屏蔽层内。

(5)本发明金属铠装层采用非磁性扁金属丝缠绕制成，相较于圆金属丝缠绕的金属铠装层，能够降低电缆线芯外径1.0～1.5mm，节省外护套材料；此外使用扁金属丝缠绕相同外径的线芯所用根数要少于圆金属丝，从而减少拉丝工序的能耗。

(6)本发明内护套采用PE或低烟无卤阻燃聚烯烃材料制成，具有很好的绝缘效果，同时提高电缆的阻燃性。

(7)本发明包带采用玻璃纤维带，具有耐高温、保温隔热、绝缘、防火阻燃、耐腐蚀、耐老化、耐气候性、高强度、外观光滑等特点，进一步提高电缆的整体性能。

(8)本发明生产工艺采用电缆专用屏蔽机，能够降低检测光纤绞合时的转角，给与一定的缓冲，进一步保护检测光纤不受损伤。

(9)本发明生产工艺严格控制扁金属丝的宽度和厚度比，在绞合时能有有效防止扁金属丝翻身，提高缠绕效率。

附图说明

为了使本发明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，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明的电缆结构示意图。

图2为本发明的电缆专用屏蔽机的结构示意图；

图3为电缆专用屏蔽机的绞龙机局部放大图。

附图中的标号为：

缆芯1、导体层1-1、导体屏蔽层1-2、绝缘1-3、绝缘屏蔽层1-4、金属屏蔽层2、检测光纤2-1、屏蔽铜丝2-2、半导电填充2-3、半导电特多龙带2-4、半导电尼龙带2-5内护套3、阻燃带4、金属铠装层5、包带6、外护套7、放线架8、导线器9、第一绕包机10、绞笼机11、绞笼11-1、电动机11-2、导线器11-3、分线器11-4、圆弧形导线头11-5、第二绕包机12、计米器13、张力机14、收线架15。

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。

(实施例1)

见图1，本实施例的轨道交通用智能监控用特种电缆，包括由内至外依次设置的缆芯1、金属屏蔽层2、内护套3、阻燃带4、金属铠装层5、包带6和外护套7。内护套3采用PE，具有很好的绝缘效果，厚度为2.0mm，将金属屏蔽层2紧密包裹住。阻燃带4采用低烟无卤高阻燃带(OI≥70)。包带6采用玻璃纤维带，具有耐高温、保温隔热、绝缘、防火阻燃、耐腐蚀、耐老化、耐气候性、高强度、外观光滑等特点，进一步提高电缆的整体性能。。外护套7采用低烟无卤或低烟低卤材料。

缆芯1包括由内至外依次设置的导体层1-1、导体屏蔽层1-2、绝缘1-3和绝缘屏蔽层1-4。导体层1-1采用二类镀锡绞合导体。导体屏蔽层1-2采用半导电交联聚烯烃内屏料。绝缘1-3的材料为交联聚乙烯XLPE。绝缘屏蔽层1-4采用半导电交联聚烯烃外屏料。

金属屏蔽层2包括两层半导电绕包带以及设于半导电绕包带之间并呈圆周分布的检测光纤2-1、屏蔽铜丝2-2和半导电填充2-3。半导电绕包带包括设于内层的半导电特多龙带2-4以及设于外层的半导电尼龙带2-5，半导电特多龙带2-4起到很好的垫层和屏蔽作用，半导电尼龙带2-5表面光滑，绕包后的能提高金属屏蔽层2的圆整度，同时可以防止外层内护套3在挤压时嵌入金属屏蔽层2内。检测光纤2-1采用不锈钢铠装单模光纤单元并沿缆芯1的外周均匀分布，采用不锈钢铠装进一步保护内部光纤单元不受损。检测光纤2-1外径控制在1.8±0.1mm，数量为4根，每根检测光纤内的光纤数量20根。屏蔽铜丝2-2采用退火软铜丝并沿缆芯的外周均匀分布，屏蔽铜丝2-2的外径控制在2.0±0.05mm，根数为16根。半导电填充2-3分布于相邻的检测光纤2-1和屏蔽铜丝2-2之间以及相邻的屏蔽铜23丝之间，在本实施例中，检测光纤2-1与相邻的屏蔽铜丝23之间各设有一根半导电填充2-3，其余相邻的屏蔽铜丝2-2之间各设有三根半导电填充2-3，共56根半导电填充2-3。屏蔽铜丝2-2和半导电填充2-3的外径均略大于检测光纤2-1的外径。半导电填充2-3的外径控制在2.0±0.5mm，包括设于中心的加强芯以及挤塑在加强芯外的热塑性半导电材料，在保证材料半导电性能的同时，更易加工成型，且力学性能良好。加强芯采用芳纶丝，提高半导电填充2-3的整体强度，半导电材料的绝缘电阻率≤100Ω·m，本实施例半导电材料为热塑性半导电屏蔽料。

金属铠装层5采用非磁性扁金属丝缠绕制成，扁金属丝的根数为N＝INT(π×(D+H)÷L)，其中L为扁金属丝的宽度，H为扁金属丝的厚度，D为缠绕阻燃带4之后的线芯直径，严格控制扁金属丝的宽度和厚度比，在绞合时能有有效防止扁金属丝翻身，提高缠绕效率。相较于圆金属丝缠绕的金属铠装层5，能够降低电缆线芯外径1.0～1.5mm，节省外护套7材料；此外使用扁金属丝缠绕相同外径的线芯所用根数要少于圆金属丝，从而减少拉丝工序的能耗。本实施例中，金属丝宽度L约为3.0mm，厚度H约为2.0mm，线芯直径D为32.5mm，扁金属丝共有36根。

本实施例的轨道交通用智能监控用特种电缆的生产工艺，包括如下步骤：

步骤一：制作缆芯1；导体拉丝后绞合制成导体层1-1，外部采用三层共挤的方式挤包导体屏蔽层1-2、绝缘1-3和绝缘屏蔽层1-4；

步骤二：制作金属屏蔽层2；在缆芯1外绕包一层半导电特多龙带2-4，搭盖率在18％，然后在电缆专用屏蔽机上将检测光纤2-1、屏蔽铜丝2-2和半导电填充2-3按设计结构同时缠绕在半导电特多龙带2-4上，缠绕节径比为13倍，填充圆整紧密，再绕包一层半导电尼龙带2-5，搭盖率在18％；

具体的，如图2至图3所示的电缆专用屏蔽机，包括放线架8、导线器9、第一绕包机10、绞笼机11、绞笼11-1、电动机11-2、导线器11-3、分线器11-4、圆弧形导线头11-5、第二绕包机12、计米器13、张力机14和收线架15。

将缆芯1装在盘具上，并放在电缆专用屏蔽机的放线架8上，经由导线器9，经过第一绕包机10将半导电特多龙带2-4缠绕在缆芯1上。第一绕包机10可以调节绕包角度，与放线速度联动。

根据放线速度调整绕包速度，将装有检测光纤2-1、屏蔽铜丝2-2和半导电填充2-3的盘具分别安装在绞笼机11上，绞笼机11可以调整放线张力。其中检测光纤2-1和半导电填充2-3的张力控制在3～6N，优选4N，屏蔽铜丝2-2的张力控制在8～15N，优选12N。具体的，将装有检测光纤2-1、屏蔽铜丝2-2和半导电填充2-3的盘具分别安装在绞龙机14的绞笼11-1上，其中装有检测光纤2-1的盘具安装在靠近电动机11-2的部位，减少放线长度，防止与其他部位过多的接触而损伤检测光纤2-1。检测光纤2-1通过电动机11-2上的导轮和过线嘴进入到导线器11-3上，过线嘴和尼龙导线器11-3上的导线轮均采用尼龙材质，防止检测光纤2-1受损。将检测光纤2-1、屏蔽铜丝2-2和半导电填充2-3按照设定的结构顺序分别穿过分线器11-4，然后通过圆弧形导线头11-5进入模具，通过设置圆弧形导线头11-5，防止检测光纤2-1、屏蔽铜丝2-2和半导电填充2-3进入模具之前因弯折角度过大而受损。

经过模具将检测光纤2-1、屏蔽铜丝2-2和半导电填充2-3缠绕在绕包半导电特多龙带2-4后的线芯上。再通过第二绕包机12将半导电尼龙带2-5绕包在屏蔽层外。经过计米器13计米，张力机14牵引线芯，再通过收线架15收在收线盘上。

步骤三：在金属屏蔽层2外挤塑内护套3，再绕包一层阻燃带4；

步骤四：在阻燃带4外缠绕扁金属丝制成金属铠装层5；

步骤五：在金属铠装层5外绕包一层包带6，包带6为玻璃纤维带，并在包带6外挤塑外护套7，制成电缆。

本实施例金属屏蔽层2通过设置检测光纤2-1，能实时监控电缆的使用状态；通过设置屏蔽铜丝2-2，能有效防止电磁干扰，起到安全保护的屏蔽作用；在检测光纤2-1和屏蔽铜丝2-2之间以及相邻的屏蔽铜丝2-2之间设置半导电填充2-3，能够保证屏蔽铜丝2-2均匀分布在缆芯1外，在通电使用时电场分布均匀，而且增加铜丝之间的导通性；屏蔽铜丝2-2和半导电填充2-3的外径均大于检测光纤2-1的外径，在绞合时保护检测光纤2-1不受损，且检测光纤2-1不直接与硬度较大的铜丝接触，而是与较软的半导电填充22接触，增加检测光纤2-1的缓冲，防止检测光纤2-1受损；现有的轨道交通用智能监控电缆的屏蔽截面一般在16～50mm

此外，本实施例生产工艺采用电缆专用屏蔽机，能够降低检测光纤2-1绞合时的转角，给与一定的缓冲，进一步保护检测光纤不受损伤。

(实施例2)

本实施例的轨道交通用智能监控用特种电缆与实施例1基本相同，不同之处在于：导体层1-1采用二类不镀锡的绞合导体；绝缘1-3的材料为乙丙橡胶EPR；检测光纤2-1采用不锈钢铠装多模光纤单元；内护套3采用低烟无卤阻燃聚烯烃材料制成，提高电缆的阻燃性；半导电填充2-3的加强芯采用铜丝，满足不同的使用需求，使用范围广。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、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，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。