3300V级光纤电力复合扁形橡套软电缆的研制.pdf

2 0 1 1 年第 3期 No． 3 201 l 电 线 电 缆 E l e c t r i c W i r e& C a b l e 2 0 1 1年 6月 J u n ． ， 2 0 1 1 3 3 O 0 V级光纤 电力复合扁形橡套软电缆的研制 陈安元 ， 张 国平 ， 陈文刚 ， 宋少亮 ( 上海南洋电材有限公司， 上海 2 0 1 6 1 5 ) 摘 要 ： 3 3 0 0 V级光纤 电力复合扁 形橡套软 电缆是 用于大型机械 的、 宽度超 过 1 0 0 m m 的光 电复合扁 形 电缆 ， 要求有较高的生产技术。介绍了该型电缆的研制过程， 对采取的工艺措施和工艺参数的确定做了较详细的说 明 。 关键词 ： 光纤 电力复合扁形橡套软 电缆 ；结构 ；工艺； 措施 中图分类号： T M 2 4 6 ． 9 ； T N 8 1 8 文献标识码： A 文章编号 ： 1 6 7 2 ~9 0 1 ( 2 0 1 1 ) 0 3 - 0 0 1 2 - 0 3 De v e l o pme n t o f a 3 3 00 V Cl a s s Opt i c Fi be r Co m p o s i t e Fl a t Cab t y r e Cab l e CHEN An— y ua n，e t a l ( S h a n g h a i N a n y a n g E l e c t ri c a l M a t e r i al s C o ． ， L t d ． ， S h a n g h a i 2 0 1 6 1 5 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： 3 3 0 0 V c l a s s o p t i c f i b e r c o mp o s i t e fia t e a b t y r e c a b l e i s an o p t i c fi b e r c o mp o s i t e c ab l e h a v i n g a w i d t h e x — c e e d i n g 1 0 0 ml n u s e d f o r l a r g e ma c h i n e r y ．Hi g h e r r e q u i r e me n t s h a v e b e e n p u t for w ard o n t h e ma n u f a c t u r i n g p r o c e s s ． I n t h i s p a p e r ，t h e d e v e l o p me n t o f t h i s k i n d o f c ab l e i s p r e s e n t e d ．De t a i l e d i l l u s t r a t i o n s a r e p r o v i d e d o n the p r o c e s s i n g me asu r e s t a k e n a n d d e t e r mi n a t i o n o f p r o c e s s p a r a me t e r s ． Ke y wo r d s ：o p t i c fi b e r c o mpo s i t e fl a t c ab t y r e c a b l e ；c o n s t r u c t i o n ；p r o c e e s s ；me a s u r e 0 引 言 大型起重机等工业移动机械用电缆， 以往通常 采用单独的动力 电缆和控制电缆 ， 分别布设在机械 的两侧 ， 这既给设备安装及运行都带来了不便 ， 又不 可避免引起电磁干扰 。若将控制电缆改为光缆并与 动力电缆复合成光纤电力复合型电缆 ， 则上述 问题 迎刃而解。1 3 本住友 电工 、 13 立 、 藤仓相继开发了光 纤与动力电缆放在一起的光纤电力复合扁型橡套电 缆。我公司于 2 0 0 2年为上海振华港 口机械 ( 集团) 股份有限公司成功开发了光纤电力复合圆形橡套软 电缆， 2 0 0 4年我公司应宝山钢铁股份有限公 司国产 化要求并在其大力协助下， 用 了 8个月 时间成功试 制了国产化光纤电力复合扁形橡套软电缆。电缆具 有结构紧凑 ， 占用空间小、 敷设方便、 价廉等特点， 电 缆至今运行正常。本文介绍该产品结构和设计 ， 制 造工艺有关参数和措施。 1 产 品的结构设计 3 3 0 0 V级光纤电力复合扁形橡套软电缆型号 为 ： 3 3 0 0 V Y B R ． F J — B G 33 8 mm +1 x 2 2 ra i n + 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 9 - 2 1 作者简介： 陈安元( 1 9 7 4一) ， 男 ， 助理工程师． 作者地址： 上海市松江区九亭镇南洋路 1 号[ 2 0 1 6 1 5 ] o p t i c 9 c o r e s；3 3 0 0 V YBR． F S． BG 3 3 8 mm + 1 2 2 mm + o p t i c 9 c o r e s 。代号含义 ： Y为移动 ； B为扁 形 ； R为软结构； F J 为紧包光纤 ； F S为松套光纤 ； B G 为宝钢用。产品的结构见 图 1 ， 产 品结构尺寸及主 要性能见表 1 。 氯丁 护套 图 1 光纤电力复合扁形橡套软电缆结构 1一镀锡铜线2一半导 电层( 绕 包 ) 3一乙丙 绝缘4一半导 电层 ( 绕包) 5 一 编织层( 镀锡铜线) 6 一 加强层( 绕包) 以下分别对电缆主要组成部分作如下简介 ： ( 1 )导体。因电缆要不断经受弯曲， 绞合 导体 采用正反向绞合方式 ， 即单根股线采用 s向( 左 ) 绞 合 ， 多根股线采用 z向( 右 ) 绞合 ， 这样的导体具有 高柔软性、 扭转稳定性， 以及优良抗冲击性和耐弯折 2 0 1 1 年第 3期 No ． 3 2 0ll 电 线 电 缆 E l e c t r i c W i r e& C a b l e 2 0 1 1年 6月 J u n ． ， 2 01 1 表 1 产品结构 尺寸及主要性能参数 项 目 技术参数 电缆型号 Y B R F J — B G ( Y B R — F S — B G) 额定电压／ V 3 3 o 0 3 3 8 mⅡ【 +1 电缆规格 2 2 m m + 9芯光纤 线芯用途 动力 接地 芯数 3 1 截 面／ mm 3 8 2 2 导体 结构① 1， 3 4 ， 4 5 1 7 ， q 4 5 近似外径／ m m 9 ． 1 7 ． O 电缆近似尺寸／ ( mmm i l 1 ) 3 01) 9 近似重量／ ( k g ／ k m) 4 7 7 8 耐压试验／ ( V X mi n ) 9 O o 01 O 3 0 o Ol 0 电性能 2 O ℃绝缘 电阻／ ( M n k m) 4 0 0 3 0 0 2 0 1 2 导体电阻／ ( f l ／ k m) 0 ． 5 2 5 0 ． 8 9 2 衰减 ( 8 5 0 m) ／ ( d b ／ k m) ≤4 ． 0 光性能 带宽／ ( MH z — k m) ≥2 0 0 允许弯 曲半径／ m m ≥4 8 0 允许拉力／ k N ≤2 ． 3 ( 2 4 0 k g f ) ① 导体结构为： 股线数／ 绞线芯数／ 单线直径， 例如 7 ／ 3 4 ／ 0 ． 4 5 即为 7根股线绞合而成 ， 其 中每股绞线芯数 为 3 4根 ， 每根单线直径 为 0 ． 4 5 1 11 1 1 1 。 性 ( 2 )导体屏蔽 。为了消除导电线芯表面的电场 畸变， 均化电场 ， 减少游离放 电， 采用了半导 电尼龙 布包带作为导体屏蔽。 ( 3 )绝缘 。 绝缘采用我公司 自行研发乙丙绝缘 橡皮 ， 它具有优 良的电气性能和耐臭氧性能 ， 较高的 耐热性及机械性能。 ( 4 )绝缘屏蔽。采用半导电棉布带 +铜丝编织 层的组合屏蔽。半导电棉布带与绝缘接触t 性好 ， 可 以减少气隙及其产生的游离放 电， 均化电场 ； 绝缘外 的金属编织层 ， 对绝缘有一定保护作用。由于此 电 缆为移动电缆 ， 运行过程 中有时可能 因某些因素产 生漏泄电流， 因此， 采用铜丝编织屏蔽并经可靠接地 后 ， 可提高系统安全性。 ( 5 )护套。护套要经受频繁弯曲、 扭转 、 牵拉、 摩擦 ， 以及耐 日光老化等等， 因此要求护套材料除具 有高强度、 热老化性能外， 还具有优异的耐候性、 耐 磨性和优 良机械强度 ， 故采用我公 司研发的以氯丁 为基料的橡皮为护套材料。 ( 6 )光纤。光纤采用 G I 级 ， 共有 9芯 ， 光纤单 元近似外径为 5 ． 9 m m。 2 制造工艺 根据研制产 品的结构设计和技术性能要求 ， 结 合我公司的实际情况 ， 制定了切实可行的工艺路线。 主要工艺设备如下 ： ( 1 )绝缘挤出采用 1 1 5连续硫化机组 ； ( 2 )编织屏蔽采用 2 4锭编织机 ； ( 3 )光纤单元成缆采用 3 6盘成缆机 ； ( 4 )护套挤出采用 + 1 5 0++ 1 2 0连硫机组 。 工艺流程见 图2 。 棉布带绕包 图 2 工 艺流程方框图 2 ． 3 工艺参数的确定 ( 1 )选择最佳挤出温度 ， 使电缆表面具有很好 的光洁度 ； 合适的配模对电缆外型尺寸起主要作用。 挤橡机长径 比( 1 5～ 2 0 ) ： 1 ， 其工艺条件如下 ： 喂料方式 ： 冷 喂料 ； 螺杆温度 ： 4 5～5 5 ℃ 机筒温度 ： 6 0～8 0 ℃ ； 机头温度 ： 9 O～1 2 0 ~ C 模具 温度 ： 1 1 0～1 3 0 ~ C； 模套孔径 ： d 0+( 1 ． 8 5+1 ． 9 0) t 模 套定径 区长度 ： ( O ． 7+1 ． O ) D 0 ； 模套与模 芯的锥角差 ： 2 0 。 ～3 5 。 上述计算 式 中的符号 的说 明 ： t 为绝缘 ( 或橡 套 ) 标称厚度 ； d o 为导 电线芯外径 ( 或成缆后外径) ； D 。 为绝缘外径( 或橡套外径) 。 ( 2 )交联度与蒸气压力及生产线速度有关 ， 而 交联度影响着绝缘和护套各项性能及其均匀性 ， 因 此 ， 对开车、 正常生产和停车等 阶段 的连续硫化参 数 ， 都须通过优化程序计算和验证后确定。 ( 3 )电缆其他工艺参数， 如编织节距 、 绕包搭盖 率 、 编织角等参数均须经过反复验证后确定。 2 ． 4 制造工艺中几项关键措施 扁形护套 的偏心是生产过程 中最头痛问题 ， 生 产过程中， 经常会发生其他工序均满足要求， 可是到 了末道护套挤出工序才发现偏心严重 ， 护套最薄点 达不到要求 ， 最终导致整根电缆报废 。 出现这种情 】 3 2 0 1 1 年第 3期 No． 3 2 0l 1 电 线 电 缆 E l e c t r i c W i r e＆ C a b l e 2 0 1 1 年 6月 J u n ．， 2 0 1 1 况的影响因素很多， 譬如工装模具和放线装置设计 和配置不 当等 ， 在生产过程中须采取如下一些措施 ： ( 1 )护套挤 出模具设计借鉴我公司塑料电梯电 缆挤出模具特点 ， 结合我公司生产扁平橡套 电缆连 续硫化用挤出模具特点 ， 对模具关键部位尺寸 ， 如内 承线、 外承线 ， 模芯定径 区、 模 口成型区做了详细设 计 ， 尤其是模套。因为 电缆外形尺寸主要取决于模 套 ， 而模套主要参数包括流道及模 口成型区。如何 使胶料挤出能均匀包覆在线芯表面， 而且是一个矩 形 ， 这就要求胶料流向模 口成 型区时各个点压力必 须均匀一致 ， 这对挤出电缆外型尺寸好坏起着决定 性作用， 压力不均匀， 电缆表面就会呈现凹凸不平。 为了解决这一问题， 我们按照牛顿流体力学规 律 ， 对图3所示模套 A、 B、 C、 D做了合理设计 ， 即将 模套模 口成形区两侧 A、 B两点凹进去 0 ． 7 m m， 因 A、 B点至主线芯距离最 短， 压力 明显高于其它各 点 ； 而将 D、 C两点适 当地凸起 ， 因为 D、 C点是双层 共挤机头胶料交集点 ， 压力也 明显高于其它各点。 A、 B点凹起及 D 、 C点凸起的作用是让流道 中流出 的胶料能向压力低 的地方流动 ， 这样可以使胶料在 流动过程中基本上消除径向压力的不一致 ， 从而使 同一横断面上料流的主挤 出压力均匀一致。 图3 模套模口结构示意图 ( 2 )由于规格大， 放线盘具大、 盘数也多， 因此 对放线装置要重新设计制造并调试。最佳方案采用 5个被动放线牵引装置 ， 并对各组线芯 ( 即图 1中所 示的4 个绝缘线芯 + 光单元， 以下简称线芯) 施加 均匀张力 ， 然后调节张力螺丝 ， 使 5个放线装置基本 处于恒定张力。线芯处于平行匀速拉力下 ， 既能减 少线芯在模具承线 中偏移 ， 也能使 电缆外径均匀。 ( 3 )在进人机头处安装可调定位线芯装置 ， 使 5组线芯通过导 向轮后 ， 由曲线转成直线 ， 并进入模 具定位系统。 ( 4 )由于原收线牵引轮及导向轮的设计是生产 圆形电缆 的， 所 以与电缆接触面为凹型 ， 为了能生产 扁形电缆， 要改为宽平形 ， 宽度在 1 0 0 m m及 以上， 1 4 这些都需要进行改选设计 。 ( 5 )生产宽度 1 0 0 mm以上的扁形 电缆 ， 国外 一 些电缆厂家均采用传统罐式硫化 ， 而采用半悬链 式连续硫化生产线生产还没有先例。用半悬链式连 续硫化生产线最主要 的问题是 电缆擦管， 以及 电缆 受振动后表面出现波纹 。为此我们对连续硫化生产 线产生振动及擦管原因做了分析并调整设备运行参 数。图4为我公司连续硫化生产线的示意图。 C 图4 半悬链式连续硫化生产线硫化管示意图 图 3中 A点为交联生产线上牵引出线 口位置 ， B为机头中心点位置， B C间为硫化管 ， O l 为硫化管 的悬垂角。当电缆在 A B间振动 ， 就会引起擦管 ， 电 缆表面会 出现异样。振动幅度和频率的大小与电缆 规格、 生产线速度、 A与 B的距离、 硫化管的悬垂角 、放线 张力、 蒸气压力 ， 以及电缆 自身重量等均有 密切关系。为此， 我们加强设备维护及保养 ， 检查挤 出机变速箱齿轮间隙， 加强需要滑动部件的润滑 ， 并 适当调整线速 、 上下牵引的张力 ， 其 中很重要的因素 是正确选择硫化管的悬垂角。公司 6 1 5 o+6 1 2 o半 悬链式生产线 主机楼层高度约 为 1 5 m， 悬 垂角为 1 7 ． 5 。 。为了能成功我生产光纤复合扁形橡套软 电 缆 ， 我们通过了大量 的生产实践 ， 反复模拟试验 ， 逐 渐完善工艺条件， 成功地生产出符合要求的电缆。 5 结束语 光纤电力复合扁型橡套电缆的制造具有很高技 术难度 ， 怎样使热塑性材料在 2 0 0 o C及高压力下不 变形或少变形 ， 还要满足光纤衰减要求 ， 为此 ， 我们 自行研制绝 缘、 护套 材料 ， 并经反 复工艺试验 ， 从 2 0 0 4年 4月起至 2 0 0 4年 1 2月试制成功， 于2 0 0 5年 3月在宝钢安装调试 ， 至今运行正常。通过这次成 功试制 ， 给我们研发其他类似电缆积累丰富经验 ， 只 要不断致力于技术创新 ， 并在使用单位有关专家帮 助下 ， 一定能开发 出更多优质国产化电缆。 参考文献： [ 1 ] 王春江主编． 电线电缆手册( 第 1 册) [ M] ． 北京： 机械工业出 版社 ， 2 0 0 1 ． [ 2 ] 金玲， 王树盛编． 工程制图基础[ M] ． 哈尔滨： 黑龙江人民 出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 3 ] G B ／ T 7 4 2 4 ． 1 —2 o o 3光缆第 1 部分 ： 总规范[ S ] ．