电气化铁道275kV铜芯交联聚乙烯绝缘电缆设计

1、摘 要：针对电气化铁道建设进程加快，为了满足电气化铁道输电用电缆的需求增加，本文以27.5kV 1×150mm2铜芯交联聚乙烯绝缘电缆的设计为例，介绍了电气化铁道用电缆的设计方法。关键词：电气化铁道；结构；设计；电场梯度；电气参数1 引言 化铁路，是由电力机车或动车组这两种铁路列车为主，所行走的铁路。我国第一条电气化铁路是宝鸡至凤州区段的铁路干线，与1958年至1962年间建成并立即投入运营。此后，鹰厦、湘黔等干线也陆续建成电气化铁路区段。显示，未来几年，电气化铁路的建设和改造将继续加速。根据中长期铁路网规划，到2020年，电气化铁路总里程将达到全国铁路营运里程的一半，承担的铁路运量

2、比重将超过80。我国电力机车由单相27.5kV交流供电，随着电气化铁路建设进程的加快，对供电电缆的需求也极具增加，本文正是迎合电气化铁道需求对常用典型型号电缆做出的设计。2 电缆结构设计为了深入探讨电气化铁道27.5kV铜芯交联聚乙烯绝缘电缆设计原理和方法，本文以27.5kV150mm2铜芯交联聚乙烯绝缘电缆设计为例进行分析和研究。（1）导体实际面积S的计算:根据GB/T 3956规定标称截面为150mm2导体，其20的长度电阻R应不大于0.124/km1，由此计算导体的实际面积S：公式中 为单根导线加工过程中引起金属电阻增加所引入的系数，根据杭州电缆有限公司的生产经验取值为1.02； 为多根

3、导线绞合使单线长度增加所引入的系数，经验取值为1.03； 为因紧压过程使导线发硬，引起电阻率增加所引入的系数，经验取值为1.01； 为导体20时电阻率，取 =0.017241×10-6 m。（2）单丝直径 的确定：GB/T 39561997规定了150mm2导体结构最少根数不少于30根，考虑导体柔软性，与生产成本，取定单丝根数为37根，采用正规绞合，即1+6+12+18排列结构，绞线中的单线经紧压后产生塑性和弹性变形，影响了紧压绞线填充系数 和单线延伸率 ，导体采用分层紧压工艺，根据生产经验，紧压系数取0.90比较经济和合适，一般均采用经验数据和公式，在工艺试验基础上，作适当地调整，

4、使之达到良好的工艺效果。单线直径可由以下经验公式求得：公式中，n为导体单线根数（n=37）； 为单线延伸率，根据实际生产经验在紧压系数为0.90时延伸系数为1.08。（3）导体直径 的确定：在实际生产，金属导体在紧压成缆过程中会发生反弹，实际导体直径 为14.5。（4）导体屏蔽外径核定：根据TB/T 28221997规定，导体屏蔽应为挤包的半导电层，标称厚度为0.8mm、最薄处不小于标称厚度值的80%。设计厚度取0.8mm。 （5）电缆绝缘厚度计算： 绝缘层厚度 是基于在其预期使用寿命内能安全承受各种可能电压条件来确定的，一般按工频电压、冲击电压二者均满足要求来计算。我国以及日本、英国、德国和

5、韩国等对单芯电缆绝缘厚度的确定均采用下式（1）、（2）计算结果中择取较大值的方法。按工频电压计算绝缘厚度： （8）内衬层与外护套结构设计TB/T 28221997中规定，外护套与金属屏蔽间应有PVC塑料带或PE塑料带绕包层，本设计中采用规格为0.4×50mm的PVC塑料带50%搭盖绕包（有低烟无卤要求时采用无卤阻燃带）。则内衬层外径 D3为 金属护套工序中，采用护套+石墨的结构，在非金属护套外层涂覆一层石墨涂层，因为非金属护套承受金属护套对地电压，在出厂前需要对非金属套做耐压试验，石墨涂层有良好的导电性能，作为耐压试验的一个电极，石墨涂层厚度不计。TB/T 28221997中规定外护

6、套的标称厚度为3.0mm。则电缆外径 D4为3电缆绝缘中的电场梯度计算电缆的绝缘层中电场是标准的圆柱形电场，长度和半径是不可比拟的。可忽略复杂的边缘效应。电缆绝缘层中电场分布如图1所示。最大电场强度 位于线芯表面，电场分布和r 成反比，即导体屏蔽处： 4 非常规截面电缆结构尺寸因发展需要，原有的150mm2、185mm2两种规格已不能完全满足运行需求，根据市场预测，电气化铁道用27.5kV电缆电气截面已增加至400mm2。本文参考150mm2设计及计算方法对标称截面为185mm2、240mm2、300mm2、400mm2的电缆做出了计算，相关参数如表1所示。表1电气化铁道27.5kV铜芯交联聚

7、乙烯绝缘电缆结构尺寸构 成材 料 185 mm2240 mm2300 mm2400 mm2导体铜紧压直径/根数2.62/373.00/372.60/612.96/61紧压直径16.218.620.823.5导体屏蔽层半导电屏蔽料厚度/直径0.8/17.80.8/20.21.0/22.81.0/25.5绝缘层XLPE绝缘料厚度12121111直径41.844.244.847.5绝缘屏蔽层半导电屏蔽料厚度/直径1.2/44.21.2/46.61.2/47.21.2/49.9半导电阻水层半导电阻水带规格0.30×500.30×500.30×500.30×50层

8、数/直径1/44.61/47.047.650.3金属屏蔽层软铜丝根数/直径60/0.8670/0.8070/0.9580/0.89铜带规格0.12×400.12×400.12×400.12×40层数/直径1/46.561/48.841/49.741/52.32包带或PE塑料带PVC塑料带规格0.4×500.4×500.4×500.4×50搭盖率/直径50%/48.1650%/50.4450%/51.3450%/53.92外护层PE护套料或PVC护套料厚度/直径3.0/54.163.0/56.443.0/57.343.0/59.925 总结为了满足对电气化铁道27.5kV铜芯交联聚乙烯绝缘电缆的需求，结合国家标准，本公司顺利完成了150mm2及185mm2两种截面27.5kV铜芯交联聚乙烯绝缘电缆的制作以及400mm2以下电缆的设计工作，产品各项指标均达到设计要求，经检测符