轨道交通机车车辆变流器电缆选型和布线设计研究

轨道交通机车车辆变流器电缆选型和布线设计研究

朱云鹏 和璐

中车永济电机有限公司，陕西 西安 710016

摘要：由于电缆具有应用范围广、种类多、要求严格等特点，其应用条件、适用标准、电气参数、结构参数、试验项点、装车应用情况等特性在电缆的选型研究和三维布线结构设计初期非常重要。通过对电缆选型的研究，明确电缆电压等级、种类、截面积、耐温的选择方法，可以极大提高选型效率。通过对布线设计的研究，明确电缆尺寸、电缆间隔、折弯半径、电缆绑扎和固定等方面要素，可以直观的反应出结构设计的合理性，提高设计质量。

关键词:电缆；电压等级；电缆种类；截面积；电缆尺寸；电缆间隔；折弯半径；绑扎和固定

0 引言

电缆作为轨道交通机车车辆内信号和电路传输的载体，是动车机车运行的重要部件。不同型号、不同标准的电缆可以满足不同功能，合理的电缆选型不仅能够满足车辆运行的需求，还能够保证其可靠性和长寿命。同时，布线设计也是机车车辆设计的重要且复杂的一环，涉及到路径的布置、电磁干扰的影响、各类电缆的间距等多重因素。机车车辆的安全运行，需电缆选型和布线设计完美配合，保证信号传输的稳定性和准确性。

1. 电缆选型

选择符合变流器电路要求的电缆，需依次选出电缆的电压等级、类型、截面积、耐温4项参数。

1. 1. 电缆的电压等级选择

依据变流器工作原理及电路需求，电缆电压等级一般可以分为3类：

（1）主电路——可以依据该变流器中间电压等级进行选择，电缆的额定电压不应小于使用电缆的主变流器系统的标称电压，常用的有1800V和3600V。

（2）控制及信号电路——通常为15V至110V，选用300V电压等级电缆。

（3）辅助电路——通常为380V至600V，选用600V电压等级电缆。

1. 2. 电缆的类型选择

依据电缆结构，可以分为4类：

单芯屏蔽电缆、单芯非屏蔽电缆、多芯屏蔽电缆、多芯非屏蔽电缆（每种类型对应的标准详见第2章）

依据电缆功能不同，选择性使用屏蔽电缆或非屏蔽电缆：

数字量信号线可选用单芯非屏蔽电缆，如接触器控制及反馈、继电器控制及反馈、110V滤波器、浪涌抑制器、电源等信号；

模拟量信号线需选用单芯或多芯屏蔽电缆，如电压传感器、电流传感器、速度传感器、同步信号、温度传感器、压力传感器等信号；

大功率电缆可选用单芯非屏蔽电缆，如主回路高压电缆。

1. 3. 电缆的截面积选择

变流器内部电缆主要为配电用电缆和控制用电缆。

控制用电揽的选取可依据电器参数进行选用，也可通过计算负载电流选择出更小的截面积。

对于配电用电缆，其导体截面积可以用计算出的负载电流和载流量来进行选择，也可以按规定的保护器件规格为基础进行选用。以下仅简要说明负载电流和载流量的计算方法，特殊工况下可依照GB/T34571-2017的计算方法计算得出。

1. 4. 电缆的耐温选择

电缆的耐温需满足所选电缆标准（如EN50382-2、EN50306-2、EN5024-2-1等）的要求，同时需考虑变流器整体布局及环境温度控制的情况，结合环境温度仿真情况进行选择。

2. 布线设计

   1. 一般规则

布线设计应至少从4个方面加以考虑：

• 电缆尺寸

• 电缆间隔

• 折弯半径

• 电缆绑扎和固定

1. 1. 1. 电缆尺寸

在结构设计时，不仅要考虑单根电缆的外径，还需要特别注意成束电缆的外径尺寸。一般建议：

成束高压电缆25mm²以上：平铺不超过2层，成捆不超过5根

成束高压电缆2.5mm²：平铺不超过2层，成捆不超过9根

成束低压电缆：成捆外径不超过25mm。

1. 1. 2. 电缆间隔

2.1.2.1不同类别的电缆间应有间隔

依据第1.1章，电缆可分为高压、中压、低压三类，分别对应主电路、辅助电路、控制及信号电路的电压等级。为了避免高电压等级对低电压等级的电磁干扰，各类电缆之间都应该有间
隔，不同类别的电缆尽可能单独敷设。

依据GB/T34571-2017中规定，除十字交叉的布线方式以外，不同类电缆间隔应满足：

D＞2d 且 D＞100mm

间隔不能满足时，需使用绝缘或金属接地板隔开，绝缘间隔要考虑阻燃。

2.1.2.2电缆与发热器件间应有间隔

布线时应避免电缆与发热器件表面直接接触，并遵守以下规则：

发热温度低于100 ℃的发热器件，电缆与之距离应保持在20 mm以上；

发热温度在100 ℃～300 ℃的发热器件，电缆与之距离应保持在30 mm以上；

发热温度高于300 ℃的发热器件，电缆与之距离应保持在80 mm以上。

如果达不到上述间隔距离时，可选用耐高温电缆或穿瓷套方式。

电缆绝缘或防护护套材料应满足标准EN45545-2的防火要求。

1. 1. 3. 折弯半径

布线时应考虑电缆自身的机械性能，电缆转弯时应尽量保持折弯角度为电缆自身能达到的自然弧度或更大，避免发生由于过度折弯导致的电缆外角处绝缘薄弱、耐压降低、抗老化能力减弱的现象，对维持电缆使用寿命至关重要。

依据GB/T34571-2017中规定：

电缆直径≤20mm，最小弯曲半径不小于电缆外径的3倍。

电缆直径＞20mm，最小弯曲半径不小于电缆外径的5倍。

成束光纤外径60-80mm，最小弯曲半径30-40mm。弯角不小于90°。光纤要远离发热器件。

1. 1. 4. 绑扎和固定

变流器中可用于固定电缆的方式有：U型或伞形扎带座、扎线杆或支架、网孔板、线槽。按前面的次序推荐使用，网孔板由于使用时存在接磨隐患且穿扎带操作不便利不优先推荐使用。

高压120mm²及以上电缆，接线空间应至少留有150mm。

高压25mm²电缆，接线空间应至少留有120mm。

低压电缆，最近的绑扎点离接线位置的距离应少于100mm。

高压电缆，固定间隔不大于200mm 。

1. 2. 电缆的防护与线号标识

为避免电缆绝缘皮破损导致电路失效，变流器的电缆走形时，针对电缆与箱体会存在接磨的情况需要进行适当的防护设计。

电缆与柜体棱边接触可采用棱边保护条，过线孔采用棱边保护套或护线圈；不方便使用棱边保护套的情况（比如方铝型材的棱边或板材折弯边）可以在线束上套防护套，通过扎带进行绑扎固定。

一般扎线杆需要使用绝缘胶带或绝缘护套进行包扎。

每根电缆均应在两端套线号标识，便于接线操作及线路检查。变流器中每根电缆的标识应唯一，同一电缆两端的标识应一致。

参考文献

[1] EN45545-2 铁路应用 铁路车辆防火 第2部分：材料和部件的防火性能要求；

[2] EN50264-1 标准壁厚型铁道机车车辆阻燃电缆 第一部分 一般要求；

[3] EN50306-1 铁路应用具有特殊防火性能的铁路车辆用薄壁电缆 第一部分 一般要求；

[4] GB/T34571-2017轨道交通 机车车辆布线规则

作者简介：朱云鹏（1990—） 男 工程师 研究方向为轨道交通机车车辆变流器布线设计及电磁兼容

单 位：中车永济电机有限公司—轨道交通系统开发部

邮 箱：sky201121@126.com

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