摘 要：高速鐵路數字信號電纜應用在高速鐵路中，運行速度高，敷設環境為電氣化強干擾區，信號干擾強烈。對電纜抗外界干擾能力要求高，電纜各項電氣性能都必須要求合格。本文主要討論電纜的主要指標之一—對外來地電容不平衡的控制。
關鍵詞：高速鐵路數字信號電纜；對外來地電容不平衡；控制
引言
近幾年，高鐵飛速發展，高鐵的安全性要求也越來越高。鐵路數字信號電纜作為控制信號傳輸的載體，對線路的安全運營起到了至關重要的作用。鐵路數字信號電纜沿線路敷設于線槽中，在運行中主要受到傳輸線路、電氣化鐵道接觸網、大功率用電設備、無線電臺和有線廣播等產生的電磁干擾。這種外界產生的電磁干擾，會對電纜的傳輸信號產生嚴重危害，輕則引起線路串音，影響信號的傳輸質量；干擾特別嚴重時產生錯碼，引起信號設備的誤動作，產生重大的安全隱患，危機人的生命安全。鐵路數字信號電纜對外來地電容不平衡指標是評價電纜抗外界干擾能力的關鍵性指標。
本文從實際生產出發，就影響電纜對外來地電容不平衡指標的幾個因素進行分析，對實際生產中應控制的幾個要點進行總結。通過對每道工序的控制，使電纜對外來地電容不平衡指標合格，保證電纜整體質量合格。
一、對外來地電容不平衡定義
對外來地電容不平衡用ea1、ea2表示。設C10、C20、C30、C40為電纜線芯紅、白、藍、綠對地間的部分電容。
ea1：表示電纜中任一四線組內紅白線對的對外來地電容不平衡，即C10—C20。
ea2：表示電纜中任一四線組內藍綠線對的對外來地電容不平衡，即C30—C40。
根據產品的使用特性，在鐵路數字信號電纜行業標準中，只規定了電纜的ea1、ea2指標，未規定電纜的e值指標（e值為電纜的對地電容不平衡，表示電纜中任意四線組內任意一對芯線對地電容不平衡）。
二、影響對地電容不平衡的因素
影響ea1、ea2的因素有很多，如銅導體、絕緣單線、星絞四線組收放線張力等。在實際生產中一些微小的差異，都會導致電纜對外來地電容不平衡指標產生較大變化。
1、導體
導體直徑大小會影響單線水電容。在單線外徑和發泡度等都相同條件下，銅絲外徑越小，電容越小；反之，則越大。所以在日常生產中應控制好導體直徑的均勻一致性。首先應保證拉絲模具材質比較好，一般出口模采用鉆石材質；經常檢查清洗模具，清除銅屑等雜質，發現模具損壞及時更換。定期檢查乳化液的濃度，濃度一般控制在5～7%，PH值控制在8～9，定期更換乳化液，清理乳化液中沉淀的銅屑。銅絲的延伸率要控制在一定范圍內，延伸率大，銅絲軟，在后道工序生產過程中很容易拉細；延伸率小，銅絲硬。通過控制退火電流來控制延伸率。同一四線組單線的導體延伸率應接近，在后道工序生產中導體延伸損失接近，導體直徑變化不大。通過這些有效措施，減少了因導體直徑偏差引起的電容不平衡。
2、絕緣單線工序
絕緣單線的均一、穩定性是影響鐵路數字信號電纜對外來地電容不平衡的關鍵因素。擠出速度和收線速度穩定，絕緣外徑均勻一致。因為絕緣外徑會影響單線電容，絕緣外徑大，單線電容小；絕緣外徑小，單線電容大。所以當外徑波動時，單線電容也不穩定，影響對地電容不平衡。發泡層的泡孔要均勻，大小相近、細密、不穿孔，單線水電容比較穩定。當發泡度不均勻時，同一批單線中，發泡度大的線，電容小；反之，電容大。單線生產中，通過控制螺桿冷卻水溫、擠出機轉速、生產速度、注氣壓力等控制發泡度。如當發泡度大時，可以通過提高線速度和螺桿轉速、降低注氣壓力等手段，達到減小發泡度的目的。高鐵鐵路數字信號電纜的水電容的偏差嚴格控制在±1.0pF／m，超出范圍即為不合格。單線的橢圓度和同心度也會對對外來地電容不平衡產生影響。因為如果單線不圓整或者導體偏心過大，在星絞工序會產生電容耦合和對地電容不平衡的波動。在實際生產中一般控制橢圓度≤±0.035mm，偏心度≤0.025mm。偏心度、橢圓度、單線外徑和發泡度通過串聯線的在線監測設備實時反饋數據及時調整，保證單線控制在工藝規定范圍之內。
3、星絞工序
星絞工序把紅、綠、白、藍四根單線按一定順序和節距絞合在一起。為更好的控制對地電容不平衡，星絞工序的生產應注意一下幾點：
Ⅰ、星絞四線組中選用的四根單線必須為同一批次，單線均勻一致，其結構尺寸和水電容必須在工藝控制范圍之內，且偏差不大。不同批次的單線總有一定的偏差，混用之后對外來地電容不平衡影響大。案例：在生產屏蔽四線組時，檢測線組紅白線對的對地電容不平衡小批量不合格。而之前的檢測記錄顯示單線工序和星絞工序檢測都是合格半成品。分析原因，查單線和星絞工序的生產記錄發現星絞工序紅色單線和白色單線不是同一批次生產的，相差3天。之后選用同一批次的單線生產，檢測對地電容不平衡在標準規定范圍之內。
Ⅱ、星絞機的放線張力要一致。若星絞機放線張力不一致，四線組單線長度有長有短，且導體延伸損失不一樣，這些因素都會導致對地電容不平衡偏大。另外偏心補償儀中線芯走向一致，不能交叉壓線。星絞四線組的絞合節距設計要合理，扎紗節距不能過大，過大的絞合節距或扎紗節距使四線組結構不穩定，易變形，這些因素都會導致對地電容不平衡偏大。一般生產星絞四線組的扎紗節距控制在40—45mm。
放線張力不一致時單線的絞合示意圖
注：星絞工序放線張力a線較b線大，造成b線在絞合時節距小于a線
4、檢測儀器及方法
檢測儀器的精度和測試方法也會影響測試精度。在測試前，首先應對電容耦合儀進行校準，發現不準，應先進行調零校準。電纜檢測時，應對儀表和電纜進行接地處理，屏蔽外界的干擾。測試結果按下面公式換算為標準長度的值：
ea=eax×L0／Lx
式中：L0—產品標準中規定指標時確定的標準制造長度，單位：km；
Lx—被測電纜的實際長度，單位：km；
ea—標準規定單位長度電纜對地電容不平衡的e值，單位：pF／km；
eax—被測電纜長度上電纜對地電容不平衡的實測值，單位：pF／km。
三、總結
鐵路數字信號電纜對地電容不平衡指標的影響因素較多，且指標只能在電纜的屏蔽工序完成之后（內屏蔽數字信號電纜在單元屏蔽工序，數字信號電纜在綜合護套或鋁護套工序）才能完成檢測。但當電纜具備檢測條件之后，如果該項指標不合格，已無補救措施，造成產品不合格。根據TB／T3100的規定，對地電容不平衡平均值應不大于330pF／km，最大值應不大于800pF／km（四芯電纜ea1、ea2指標為最大值），允許有10%盤數的ea1、ea2≤1294pF／km。實際生產中為減少產品不合格率，降低成本，允許在成纜工序生產前進行配盤。配盤的原則是：ea1值總和平均值，ea2值總和平均值及單個四線組最大值不超過規定值，即為合格產品。
日常生產中，設備、檢測儀器或工藝稍微的偏差，會導致電纜對地電容不平衡指標從0～1500pF／km變化。所以，為了提高鐵路數字信號電纜抗外界干擾能力，首先電纜要做到最優設計，從理論上杜絕對地電容不平衡指標過大；其次在實際生產中對員工操作進行培訓，對設備進行保養維修，做到精細化生產；最后在檢測中排除外界干擾源，盡量使測得數值真實準確。通過這些措施，盡量減少對地電容不平衡指標，生產出符合標準要求的客專鐵路數字信號電纜。
參考文獻：
[1]通信電纜[M].河南機電高等專科學校，2006.
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