铁路牵引供电接触网绞线标准化技术研究

铁路牵引供电接触网绞线标准化技术研究

接触网绞日是电气道路上的主要设备之一。电气化道路接触网的绞线材料主要包括铜、铜合金、钢、铜包钢和铝包钢绞线。目前尚无相应的国家标准和统一的国际标准。为了提高接触网绞线制造质量,保证运营安全,迫切需要制定统一的铁道行业标准。根据铁道部标准项目计划,从2003年开始对铜及铜合金绞线标准开展编制,现就标准编制过程中如何采标以及几个主要技术问题予以阐述(以下简称“本标准”)。1国外对绞线的标准在国际贸易中,所采用标准的权威性和影响性十分重要,各个国家有不同的做法。如德国,由于DIN的标准比较先进而齐全,因此长期以来,所采取的态度和做法是:坚决地维护自己的国家标准,并对外施加影响,以使DIN标准能在国际市场上得到采用。目前,在DIN标准中采用的ISO、IEC以及EN大约占国际标准总数的50%,其中电工领域的标准占70%。这里值得指出的是,这些被采用的国际标准,绝大多数是根据德国的建议草案或其标准蓝本制定的。美、德、英、法、日各国相关标准的体系、格式不同,就其绞线标准内容和具体技术指标的表达、参数与数值虽是大同小异,却都各不相同。计算绞线直流电阻和单位质量的增加各国采用的算法和取值都不一样;另一方面,对于作为成品的绞线的技术指标要求的项目也不一致。例如,德国标准只是作承力索用的绞线有载流量的规定,作为吊弦用的却没有规定,而其他国家标准中都没有载流量的指标。在许多国家的标准体系中铜、铜合金、单线和绞线(不同型式的绞线)都是分立标准。这些在德国标准分别为:DIN48200Teil2《输电绞线用单线铜合金(Bz)线》、DIN48201Teil2《输电绞线铜合金(Bz)绞线》、DIN48203Teil2《铜合金(Bz)输电用单线和绞线交货技术条件》、DIN43138《接触网和回馈线用柔性绞线》。2先进的标准标准定在什么水平上?这是我国标准化工作长期以来一直没有很好解决的重要问题。产品标准水平低,合格率再高,也是低水平的,在国际市场缺乏竞争能力,只有坚持高标准,严要求,坚持把当代最新的科技成果纳入标准,才能从根本上摆脱我国标准水平长期徘徊不前的状况,才能激励先进,使一大批水平较高的标准脱颖而出,为我国电气化生产的技术水平和产品质量的提高作出贡献。因此,绞线标准或技术要求也必须瞄准国际标准和国外先进标准,这将是一项重要的原则。本标准涉及的“铜或铜合金绞线”是指电气化铁道用接触网悬挂结构用的承力索、辅助承力索、横向承力索、上部定位绳、下部定位绳、中心锚结绳、弹性吊索、吊弦等。它们在电线电缆行业属于绞线类产品。硬铜绞线和铜合金绞线都没有相应的国家标准和统一的国际标准。因此,编订本标准仅限于其中电气化铁道所可能用到的产品类别和规格。由于采标不能完全套用,制定标准中,在等效德国DIN48201Teil1∶1981《输电绞线用单线铜绞线》、DIN48201Teil2∶1981《输电绞线铜合金(Bz)绞线》的同时,还必须参考DIN48200Teil1∶1981《输电绞线用单线铜线》、DIN48200Teil2∶1981《输电绞线用单线铜合金(Bz)线》、DIN48203Teil1∶1984《输电用铜单线和绞线供货技术条件》、DIN48203Teil2∶1984《输电用铜合金(Bz)单线和绞线供货技术条件》和DIN43138∶1980《接触网和回馈线用柔性绞线》的相关内容,将铜、铜合金单线和绞线的内容归纳在本标准中。本标准综合了各国标准,对各国标准的不相同的规定,进行了增补、填充和统一,列出了尽可能全面的技术指标或相关技术参数,适用我国实际需要,标准中还需补充增加了铜及铜合金绞线的振动试验、疲劳试验等。以便路内用户对产品的性能有比较全面的了解,使用起来也比较方便。3接枝线和接触线对性能参数的影响绞线是由多股单线或股线绞合而成,而每个绞层绞合的节径比是在一定的范围内变化,不是一个确定的值,因此在一些性能参数的确定与单一实心导体(例如接触线)有着很大的不同;绞线的制造工艺比单一实心导体复杂,制造工序也会对性能参数有一定的影响。这也是各国标准的技术参数有所差异的原因之一;另一方面,作为整体产品的绞线其性能指标多是基于试验和经验的计算值。3.1各国的计算方法绞线是由多股单线或股线成螺旋线绞合而成,因而其单位长度的质量和直流电阻比同截面积的实心导线有所增加。其增加量与绞线的节径比有关,各国的计算方式不同,具体取值也不相同,但差别不是很大。例如,德国、英国和前苏联标准以单线的相应值为基础乘一个与股线数有关的系数确定,对直流电阻和单位质量各取不同的值;美国、日本则对于7股和19股绞线的单位质量和电阻都按整根同载面积实心导体乘以同一的增加百分数计算;法国标准则这两种计算方式都予列举。本标准采用第一种方式,主要是因为本标准基本上是参照德国标准,节径比规定按德国标准确定。3.2德国的载流量计算各国标准都没有绞线的载流量的指标,德国也没有JTL(M)10和JTL(M)16两种规格(吊弦线)的载流量指标。为便于用户采用,本标准提供计算数值供用户参考。当现场运行条件不同时,计算所用的参数也不同,计算出的载流量值也不相同。本标准关于载流量的计算主要依据是铁道部电气化工程局《电气化铁道牵引网悬挂导线载流量的确定》课题成果(1987年通过铁道部鉴定),按摩根公式进行计算,同时参照了德国标准的有关参数的取值。这些是:环境温度40℃(原35℃),风速0.5m/s(德国0.6m/s),表面辐射率0.35(德国0.6),吸热系数0.35(德国0.6)。铜合金绞线的最高工作温度,德国标准规定的是70℃,但并没有指明是用于电气化铁道接触网。本标准列入了两个最高工作温度95℃和150℃下的载流量,这是因为它们分别与铜和铜合金接触线的最高工作温度相一致。3.3绞线的拉断力准确地确定和测试绞合导体拉断力都是比较困难的。这是因为绞合的节径比是一个范围值,绞合的紧密程度很难考核,绞制过程对单线或股线强度的影响难以避免、绞制过程还允许有焊接接头的存在(7股的绞线不允许)等。而绞制前单线的拉断力或强度的测定是比较准确的。因此各国标准中给出的绞线的总拉断力,通常都以绞制前单线的拉断力或强度为基础的计算方式确定(一般不要求检测),即单线绞前拉断力之和乘以一个折减系数(折减的损失量是由于绞制过程中单线加工和扭绞造成的)。但各国对此系数的取值并不相同。德国标准、前苏联标准规定为0.95(德国标准对于JTL(M)10和JTL(M)16两种规格只给出了单线的拉断力值,没有给出总拉断力值);英国标准规定:对于7股的绞线为92%,对于19股的绞线为90%;法国标准中的规定与英国标准规定类似,但又按单线线径分别对小于等于2.5mm和大于2.5mm规定了不同的折减值:对于7股的绞线为95%,对于19股的绞线为92%(单线线径大于2.5mm时为90%);美国和日本标准规定的是0.90。各国标准通常要求进行单线在绞制前的检测,再计算确定绞线实际能达到的拉断力。但是,这对于用户对成品绞线进行判断是不现实的。为了对成品绞线进行检测有两种方法:其一,从绞线上剥下单线(即绞后的单线)并校直,进行拉断力测试,再求和得到总拉断力。前苏联标准规定其结果应不小于标准规定值的95%。这意味着相当于单线绞前拉断力之和的95%的95%(两个95%),即0.95×0.95=0.9025(美国标准的说明:“从绞线上取下的单线与准备绞合的单线在物理性能和电性能上显然不同,这是由于绞合和为试验而再矫直所引起的变形所造成的。”)英国标准规定实测单线绞后拉断力平均值不小于绞前的94%,个别值不小于92.5%。若用平均值0.94乘以规定的成品绞线对绞后单线拉断力的再次折减系数0.95(7股)和0.93(19股),得到的是0.89(7股)和0.87(19股)。其二,直接测试绞线的总拉断力(整绳拉断力)。德国标准规定,实测的绞线的总拉断力不得小于计算给定值的95%,即为两个95%;美国和日本标准直接规定绞线的总拉断力应不小于绞前单线拉断力总和的90%(而不是95%),实际上也是包含了两个95%;IEC61089也规定不得小于计算额定拉断力的95%。基于上述情况,本标准规定了绞前单线的抗拉强度,并按通常的计算公式给出了绞线的拉断力值,同时也给出了绞后单线抗拉强度。对于检测的判断也采用德国标准规定。3.4复弯曲不产生裂纹反复弯曲试验确定为12次,绞线的直径大于1.0mm的单线应能经受12次反复弯曲不产生裂纹。其含义与我们原来的概念有所不同。按照EN50149对弯曲的描述引入,以绞线单丝轴线为起点,向左弯曲900再回到轴线起始点为1次,向右弯曲900再回到轴线起始点为2次,依次类推。与国际标准相一致。4“采标”在我国社会经济制度设计中,要把标准转化为我国先进的标准,为现代企业、国际先进标准的应用提供了一个好我国在采用国际标准和国外先进标准的态度上,是把它作为一项重要的技术政策来对待的。这是根据我国的国情和这项工作的重要性而作出的决定。实践证明,这样做是完全正确的,能够对当前产品和对外贸易起到重要的作用。通过接触网绞线的采标,我认为只有采用国际标准和国外先进标准,才能收到全面最佳的效果。现行标准落后于现实的需求,其所造成的影响,将不是一批产品的问题,而是关系到整个电气化领域的落后。为了改变这种现状,首先是以不大的代价,迅速地用先进的标准取代落后的标准,以指导和管理生产。实践证明,能在短时间内做到这点的一个良好的措施,就是引进国际标准和国外先进标准。因为这是能够取得效果的最廉价的技术转让,也是一个国家要使落后的生产赶上世界先进水平的最佳捷径,应当很好的加以利用。“