城市化的不断推进为城市轨道交通的发展提供了新的机遇和挑战。高压电缆线作为能源和信息的载体,在轨道交通领域发挥着重要作用。轨道交通车辆高压电缆通常是指轨道交通车辆的布线或车载设备之间的连接线。根据应用,可分为传输电能的电源高压电缆,传输信号的控制高压电缆,传输信息的通信网络高压电缆。
轨道交通发展初期,CRRC集团从德国、法国、日本、加拿大引进相关技术,设计制造轨道交通车辆。因为技术平台和设计理念不同,做出的车型也不同,所以进口原型车的高压电缆也不同。随着自主R&D能力的不断提升,我国标准化动车组已经研制成功,其使用的高压电缆是欧洲标准系列市场的主流高压电缆。
市场上现有的轨道交通车辆高压电缆产品主要有:欧标EN50264、EN50306、EN50382系列高压电缆;GB/T12528系列高压电缆和TJ/CL254、TJ/CL313技术要求高压电缆。其中使用zui多的是欧洲标准EN50382、EN50264、EN50306、MVB、WTB和CAT系列高压电缆。
绝缘材料和护套材料作为高压电缆的关键材料,需要具备优异的力学性能、耐高低温、耐环境介质、阻燃等性能,技术含量高,开发难度大。目前,他们主要依靠进口材料。聚烯烃作为绝缘材料和护套材料的主要成分,是一种易燃的高分子材料,燃烧热大,容易产生熔滴,造成很大的anquan隐患。要求应用环境具有低烟无卤的特点,增加了阻燃的技术难度,使阻燃技术成为电线高压电缆绝缘材料和护套材料发展的关键技术之一。
鉴于健康、环保、anquan的发展要求,以及法律法规日益严格的限制,低烟无卤阻燃聚烯烃高压电缆(HFFRPO)得到了快速发展和广泛应用。
在轨道交通车辆的使用过程中,高压电缆受到机械、油品等各种环境因素的共同作用,尤其是其工作过程中产生的热量。绝缘材料的逐渐老化导致其电性能和机械性能下降。当性能下降到一定程度时,会破坏轨道交通的正常运行,造成anquan隐患。因此,轨道交通绝缘材料热老化寿命评估的重要性不言而喻。
绝缘材料的热老化寿命评估方法一般可分为两类:一类是基于热老化试验的常规寿命评估方法,可靠性高,但需要在几个恒温下进行老化试验,并按期检测性能指标的变化,试验周期长,占用大量人力物力,消耗大量能源。对于新产品的开发应用,评价结果的反馈严重滞后,如时温移位法;另一种是基于热分析技术的快速热老化寿命评估方法,如差示扫描量热法(DSC)、热重法(TG)、热重斜率法(TPS)等。这些方法检测过程简单,时间短,样品需求少,能够快速检测电缆老化。
常用回归分析、智能算法和数据采集等方法对绝缘材料的老化寿命进行分析,如电机中的定子绝缘材料,往往会受到电、热、机械因素的影响。对于传输网络中使用的XLPE绝缘高压电缆,超低频介质损耗法可以检测出目前大部分高压电缆的缺陷,可以测量出高压电缆的整体工作状态和绝缘材料的老化状态。此外,绝缘材料的老化程度可以通过绝缘材料物理化学特性的变化来反映,这种方法适用于交联聚乙烯绝缘材料。
材料在长期使用过程中,树脂材料的树脂部分会被氧化,而无卤阻燃聚烯烃材料含有较多的阻燃剂,阻燃剂稳定性好,不会氧化。因此,用热重和热重分析法研究低烟无卤阻燃聚烯烃高压电缆的热老化行为会受到内部阻燃剂的影响。
哈尔滨理工大学等单位研究人员以低烟无卤阻燃聚烯烃高压电缆材料(HFFRPO)为研究对象,采用常规热老化寿命评估方法获得热老化基础数据,用Boltzmann模型拟合热老化数据,推导出力学性能变化到50个点时的时间参数,并以此拟合老化寿命曲线。此外,通过差示扫描量热法(DSC)获得的活化能用于计算HFFRPO材料的老化寿命。