一、引言 20世紀50年代，我國機電制造業(yè)落后，電纜配套未專業(yè)化，不具備條件形成電氣裝備用電線電纜類產(chǎn)品。60年強制貫徹“以塑代鉛”和“以塑代橡”等措施，有力推動了技術(shù)進步，這大類產(chǎn)品開始形成。90年代，市場經(jīng)濟逐步發(fā)展成熟，電氣裝備電線電纜需求量劇增，發(fā)展成為與工程配套的獨立大類產(chǎn)品。產(chǎn)值比例保持25～30%。 電氣裝備用線纜是配套產(chǎn)品，各品種銷售并不穩(wěn)定，有賴于其他工業(yè)的興衰。如高層建筑用預(yù)制分支電纜，開始國內(nèi)沒有品牌，只能進口。分支電纜少數(shù)先驅(qū)者，開拓市場和技術(shù)創(chuàng)新，取得穩(wěn)固的市場份額，獲得極高的利潤回報，實現(xiàn)了國產(chǎn)化。在此機遇下，不少電纜廠草率上馬，價格下降到接近火并程度，恰恰又逢國家限制高層建筑建設(shè)，市場需求有所萎縮，高額利潤回報即成泡沫。當前用戶提出的要求越來越復(fù)雜，工廠只能跟著走，甚至對不合理要求，有時也得順從，進退二難，甚至造成不公平競爭。 二、近代交通工具用電線電纜 1.機車車輛電纜 電力、燃油和蒸汽動力，客車、貨車和特種車列，對電纜要求是不同的，所以這類電纜品種較多，而且有代表性，其中部分品種也可供其他車輛選用。當前傾向性意見是： （1）3kV及以下天然橡膠絕緣電纜應(yīng)淘汰。 （2）3kV及以下氯磺化聚乙烯絕緣電纜需要保留。 （3）3kV及以下乙丙橡膠絕緣電纜為主要系列之一。 （4）3kV及以下無鹵低煙交聯(lián)聚烯烴絕緣電纜為主要系列之二。 （5）30kV乙丙橡膠絕緣機車車輛用電力電纜為專用品種。 目前基本按TB/T1484生產(chǎn)，GB/T12528正在修訂。機車車輛產(chǎn)品中難度最大的是無鹵低煙交聯(lián)聚烯烴薄壁絕緣電纜。它們的內(nèi)容有所差異，在GB/T標準中有對比表，可以查閱。 　　 2.城市軌道交通直流電力電纜 城市軌道交通是大城市發(fā)展交通的必經(jīng)之路，計劃中有關(guān)城市的城軌長度公里數(shù)：北京為332；天津為130；上海為240；深圳546。其余城市相繼開工。 輕軌用直流供電，額定電壓為直流1500V和750V。上海申通公司制定企業(yè)標準，正極電纜為1500V；負極電纜為300V，導(dǎo)體截面為400mm2，硬結(jié)構(gòu)電纜用第2種導(dǎo)體，軟結(jié)構(gòu)電纜用第6種，絕緣為交聯(lián)聚烯烴和乙丙橡膠兩種，標稱絕緣厚度為2.0mm，絕緣外應(yīng)有阻水層，其他防水層、隔火層、鎧裝層均為可選結(jié)構(gòu)，護套為低煙無鹵聚烯烴或類似合成材料組成，護套標稱厚度為3.8mm。負極電纜結(jié)構(gòu)只有導(dǎo)體和絕緣。電纜試驗項目與一般電力電纜基本相同。 3.長定子繞組電纜 磁懸浮列車相當于直線電機的轉(zhuǎn)子，軌道相當于定子。長定子繞組電纜是將電纜構(gòu)成繞組，敷設(shè)在軌道的槽內(nèi)。 電纜結(jié)構(gòu)與軟電力電纜相似，但敷設(shè)條件嚴酷，彎曲半徑很小。長定子電纜三相總用量，約為單向軌道長度的15倍。 52屆國際線纜研討會，德國發(fā)表了關(guān)于上海磁懸浮用電纜的論文。第一批在上海磁懸浮線安裝的電纜，其結(jié)構(gòu)與論文敘述的結(jié)構(gòu)相同，但試運行時就出現(xiàn)了問題。德國更換了全部電纜，調(diào)試后投入運行，經(jīng)過較長時間后，又發(fā)生了個別問題，二次出現(xiàn)問題，德國未透露直接原因。談判滬杭磁懸浮線時，德國提出電纜新結(jié)構(gòu)，還強調(diào)是專利，在我看來這算不上是專利，但由專利法保護，也很難處理?？偟母杏X，德國在磁懸浮長定子繞組電纜方面，技術(shù)也不能算完全成熟。長定子繞組電纜的額定電壓為10/1.75kV（考慮20kV）；額定工作溫度為90℃；導(dǎo)體為鋁芯300mm2，絕緣為軟乙丙橡膠，導(dǎo)體屏蔽和絕緣屏蔽均為半導(dǎo)電乙丙橡膠，護套為氯丁橡膠；護套外為含氟4的半導(dǎo)電涂層。涂層可增加電纜敷設(shè)時的潤滑作用。52屆國際線纜論文中，絕緣屏蔽外有金屬屏蔽，沒有說明氯丁橡膠護套的詳細性能，僅描述有適合的電氣性能性，機械性能，耐環(huán)境性能，并能與涂層牢固粘合。德國的磁懸浮列車試驗線路比較短，試運行中長定子電纜未出現(xiàn)異常。上海原來電纜敷設(shè)情況，可能是一點接地。更換的新電纜，也就是現(xiàn)在運行的電纜，結(jié)構(gòu)中取消了金屬屏蔽，護套變?yōu)榘雽?dǎo)電氯丁橡膠，半導(dǎo)電涂層照舊，接地方式采用了“Ω”形金屬環(huán)，套在電纜外，定距用螺釘固定接地。 電纜研究所與工廠合作，共同研發(fā)了磁懸浮長定子電纜，并通過了型式試驗和研究性試驗，為電纜國內(nèi)制造打下了基礎(chǔ)。但是市場變化如風云，今后需求量很難預(yù)測。 4.公路車輛用低壓電線和電纜 公路車輛用低壓電線（簡稱汽車低壓電線），通常先按照汽車布線模板的要求加工成線束，然后將線束安裝到汽車上。汽車線束市場不但與汽車產(chǎn)量直接有關(guān)，并且與單臺車輛配線數(shù)量密切相關(guān)，一輛低檔轎車平均用低壓電線為800m，一輛中檔轎車平均用量為1500m，一輛豪華名車用量達2500m。 目前汽車低壓電線的絕緣仍以聚氯乙烯為主，但有些部位需要用交聯(lián)聚烯烴、熱塑彈性體、乙丙橡膠、硅橡膠甚至氟塑料等。汽車低壓電線的導(dǎo)體，除馬達線考慮用鋁導(dǎo)體外，其他都用銅導(dǎo)體。最新設(shè)計，希望導(dǎo)體截面進一步縮小到0.10mm2及以下，銅的機械強度不能滿足安裝要求，現(xiàn)正在考慮用銅包鋼線。JB/T8139-1999《公路車輛用低壓電纜（電線）》標準的品種絞少，不能完全滿足使用要求，各汽車制造公司均有自己的電線采購規(guī)范。當前中國汽車行業(yè)協(xié)會制訂的標準，也以聚氯乙烯薄絕緣低壓電線為主，但實際上交聯(lián)聚烯烴和硅橡膠絕緣低壓電線的應(yīng)用數(shù)量也不少。高檔轎車，數(shù)字傳輸電纜以及光纖已有使用。 5.航空電線電纜 當前航空電線電纜有二大系列：一種是聚酰亞胺－氟46復(fù)合薄膜繞包燒結(jié)絕緣電纜，主要用于軍用直升飛機，已經(jīng)國產(chǎn)化，考慮到電線質(zhì)量，復(fù)合薄膜仍進口。另一種是輻照交聯(lián)乙烯－四氟乙烯共聚物絕緣電纜，是近代軍用和民用大型飛機使用較多的品種。縮寫為X-ETFE絕緣電線。大型軍用運輸機每架用線量達7～8噸。X-ETFE比重為1.73，工作溫度可提高到200℃，薄壁絕緣結(jié)構(gòu)單層絕緣厚度為0.15mm，電線重量輕，相對載流量大，化學(xué)性能穩(wěn)定，電氣、機械及耐輻照性能優(yōu)異，也是航天飛行器使用重大品種之一。 十年后，我國自主生產(chǎn)大型客機，仍會選用這個品種。X-ETFE（X-F40）絕緣航空電線電纜，制造技術(shù)難度較大。幾乎每一道生產(chǎn)工序，都存在一些問題。 （1）單線束絞要求精度高，外層不允許有跳線，否則最小絕緣厚度會不合格。 （2）目前國內(nèi)無絕緣原材料供應(yīng)，需從杜邦公司或大金公司進口。 （3）目前國內(nèi)尚未解決合適的敏化劑。進口敏化劑母料粒子，困難重重。而進口可直接擠出和輻照交聯(lián)的成品粒子料，價格驚人。 （4）自行開發(fā)原材料及其混煉和造粒，在設(shè)備和工藝上都有很大難度。 （5）電線薄絕緣擠出不易控制，如偏心、拉伸比等參數(shù)。 （6）需研究理想的輻照劑量，以獲得最佳的交聯(lián)度。 （7）需研究經(jīng)過輻照電線的后處理條件，否則，電氣性能和機械性能，不一定能完全達到標準要求。 我國航空電線電纜軍用標準，氟塑料類電纜，等同采用美國軍用標準。聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜繞包燒結(jié)絕緣電纜，美國在海軍方面已不建議采用，今后尚待觀察。 6.船用電纜 我國造船將接近年產(chǎn)1000萬噸，上海還在建設(shè)更大的船廠，據(jù)說世界第一。當前各船用電纜制造廠船纜的訂貨情況樂觀。民用船舶用阻燃電纜完全符合最新IEC標準水平，無鹵低煙電纜成束燃燒普遍能達到A類要求。絕緣材料的主流是交聯(lián)聚烯烴和乙丙橡膠，天然－丁笨橡膠已淘汰。某些電纜廠能按荷蘭標準制造控制和儀表等電纜。 軍用船舶的一般電線電纜都能國內(nèi)供應(yīng)。專用的深水縱向密封電纜已突破常規(guī)水平，深度可超過600m。防衛(wèi)用特高抗拉強度聲納電纜，也達到很高的水平。我國軍用船舶電線電纜標準等同采用美國軍用標準。 7.新材料的開發(fā) 除船用電纜外，所有車輛用電線電纜，在非動力系統(tǒng)使用范圍方面，有一個共同特點，就是要求輕、小、薄壁絕緣、耐磨、耐油、阻燃和耐濕，有的要求耐溫等級為125℃，少數(shù)為150℃。由于電線用量比較多，這樣的背景下，選用氟塑料絕緣是不經(jīng)濟的，因為氟塑料價格過高，性能余度過高，當前交聯(lián)聚烯烴的性能并不理想，根據(jù)很多電線抽樣試驗結(jié)果，交聯(lián)聚烯烴絕緣線常處于合格邊緣，因此不夠安全可靠，制造過程又需要多一道輻照交聯(lián)工序。假如換一種思路，如放棄交聯(lián)聚烯烴，開發(fā)新材料，可能效果更好。 開發(fā)和推廣新材料希望滿足以下要求：a）工作溫度為125～150℃。b）可熱塑擠出加工，不必交聯(lián)。c）可擠薄壁絕緣。c）相對柔軟，便于安裝。d）主要性能超過交聯(lián)聚烯烴。e）原料來源可靠。f）開發(fā)期限短。g）價格可以接受。 聚酯（PET）、聚對苯二甲酸丁醇酯（PBT）、聚醚砜（PES）、聚醚醚酮（PEEK）是可以開發(fā)的材料，但需要改性。 PEEK的性能最好，不過價格太高?？啥ㄎ坏墓ぷ鳒囟龋篜ET為120℃，PBT為150℃，PES為150℃，PEEK為200℃，這些材料的彈性模量高、基本無毒、能阻燃自熄，可擠出成型，可擠出薄壁絕緣。 三、核電站1E級電纜 　　1.總的發(fā)展形勢 　　核電站建設(shè)的審批權(quán)，我國高度集中，預(yù)計到2020年以前，將新建27座到32座百萬千瓦級的核電機組。也就是說，從2004年算起，在16年中，新增核發(fā)電裝機容量將達3000萬千瓦左右，每年有二到三個核電機組開工建設(shè)。到2020年核電在總發(fā)電容量中的比重將從目前1.8%上升到4%。 　　由于目前核電站的運轉(zhuǎn)要大量水源，所以規(guī)劃核電站主要布局是考慮東南沿海省份。關(guān)于核電建設(shè)的投資問題，國外經(jīng)濟專家認為要完成這樣大規(guī)模的核電工程建設(shè)，按保守的估計，投資也在400億美元以上。中國核工業(yè)集團公司，希望新建核電站的平均國產(chǎn)化率能夠達到60%，估計有240億美元（約2000億人民幣）的貨物可能國產(chǎn)化。 　　從我國電線電纜行業(yè)分析，在目前電纜制造技術(shù)水平上再進一步改進設(shè)備和產(chǎn)品開發(fā)，電線電纜的國產(chǎn)化率可達到95%以上。我國目前建設(shè)的核電站主要是壓水堆系統(tǒng)。 　　2.K3類電纜四十年使用壽命的確認 　　驗證壽命有一定的抽象含義，阿累尼烏斯公式是常用的手段。新材料壽命評定試驗是一項研究工作，不應(yīng)是標準考核指標，40年時間很長，用相對較短時間加速老化試驗，推算結(jié)果，也不會剛好等于40年，可能為20～60年之間，這不能輕易判定新材料是否符合使用要求。 　　加速老化試驗方案設(shè)計的溫度范圍、溫度級差、試樣形狀、試樣與空氣接觸表面積、試樣厚度、試樣制作工藝、批量試樣材質(zhì)均勻性、試樣壽命終止參數(shù)以及烘箱換氣量等等，均對推算結(jié)果有影響。設(shè)計一個比較完美的方案，需要經(jīng)過多次的前期驗證工作，才能得到比較滿意的結(jié)論。 　　我國生產(chǎn)的1E級K3類電纜已有多年，通過鑒定的產(chǎn)品，都進行過40年壽命評定。出于各種利益，有的認為有效；有的認為基本可信；有的認為基本不可信；更有的認為要全盤推翻，從新開始洗牌。其實只要最終用戶認可，才是最實在的。不妨讀一下美國的觀點，這一解釋可參考EBASCO規(guī)范對于物理壽命試驗的結(jié)論中得到證實。 　　該結(jié)論內(nèi)容如下：《在電纜設(shè)計壽命期間，電纜工作中所出現(xiàn)情況，在實驗室內(nèi)找不到完全等效施加物理條件的加速試驗方法，只得應(yīng)用阿累尼烏斯技術(shù)或其他實驗室技術(shù)。加速熱壽命試驗只能提供材料的相對熱壽命數(shù)據(jù)，進一步看，由丁基橡膠絕緣電纜推測的結(jié)果說明，采用阿累尼烏斯技術(shù)的加速壽命試驗數(shù)據(jù)，外推法所導(dǎo)出的壽命時間，比實際壽命低。雖然這樣的數(shù)據(jù)，作為許可的概括性原則是不充分的。 　　然而看來似乎可以說明這樣一點：一種新型絕緣加速熱壽命情況，與這種新絕緣已經(jīng)得到充分確認具有優(yōu)越的長期服務(wù)記錄，二者的對比是這種新絕緣能夠長期使用的有利的證明》。從這個結(jié)論得到啟發(fā)，用于低壓電纜的正常質(zhì)量的非阻燃交聯(lián)聚乙烯絕緣，自發(fā)明至今最長的輻照交聯(lián)已超過50年，化學(xué)交聯(lián)和硅烷交聯(lián)也超過40年，從長期90℃熱壽命來看，達到40年的運行壽命國際上已沒有懷疑。但是用于低壓電纜的正常質(zhì)量的高填充物無鹵阻燃交聯(lián)聚乙烯絕緣，自發(fā)明至今最長的材料未超過30年，實際使用中未發(fā)生熱老化而失效，當然要證明達到40年運行壽命的理由還不夠充分。 　　但是應(yīng)用相對溫度指數(shù)對比試驗，仍可以說明它的本質(zhì)問題。 　　3.無鹵低煙阻燃熱塑型聚烯烴護套的開裂 　　無鹵低煙電纜料的三角形概念，至今仍有效。電氣、機械、阻燃性能三足鼎立，一只角度大了。另二只角度就減小了。無鹵低煙護套的開裂是比較嚴重的缺陷，進口電纜也有發(fā)生開裂。為此材料和電纜廠都費盡心機，也不都有把握。護套開裂問題，并不只發(fā)生在核電站，其他產(chǎn)品也出現(xiàn)這類事故。以下提出了一些注意的問題，有助于降低護套開裂的幾率： （1）選擇斷裂伸長率較高熱塑護套料，如200%，但成本增加，氧指數(shù)也降低。 （2）采用較大的擠塑機，控制較小的擠出量。 （3）采用低壓縮比螺桿，用目數(shù)小的濾網(wǎng)，選擇適配護套料。 （4）加強控制各段螺桿溫度、機頭和?？跍囟?。 （5）采用交聯(lián)型無鹵低煙護套，成本增加，設(shè)備需改造。 （6）還有其他途徑，假設(shè)采用EVM橡膠，VA含量40-80%，情況又如何？ 4.無鹵低煙護套電纜的抗開裂性檢驗的嘗試 現(xiàn)行標準的抗開裂試驗方法，不能有效的檢驗護套的抗開裂性，至還今沒有標準的檢驗法。在試樣上造成預(yù)應(yīng)力，是能促使開裂的主要因素。 （1）取4或8段成品電纜作為試樣，分別在四個方向彎曲試樣，試樣二端綁在一起固定，圓圈的內(nèi)徑取電纜外徑的4～8倍。使電纜在四個方位有拉伸預(yù)應(yīng)力。 （2）將試樣進行冷熱循環(huán)處理，高溫點不高于電纜工作溫度，低溫點不低于零下10℃，高溫持續(xù)2h，室溫2h，低溫2h，室溫2h,這樣作為一個冷熱循環(huán)，循環(huán)次數(shù)自定，不同材料的循環(huán)次數(shù)不一定相同。 （3）所有樣品的護套應(yīng)無開裂。 （4）也可剝下護套，沿圓周四個部位切取4或8個條形試片，取直徑為3～6倍試片厚度的銅棒，條形試片纏繞在銅棒上，并加以固定，進行上述冷、熱循環(huán)試驗。循環(huán)次數(shù)自定，試片無裂紋。 要完全解決無鹵低煙護套的開裂，確實有一定難度，假如換一種思路，走低煙低鹵橡膠型技術(shù)路線，問題就能迎刃而解。最近美國介紹核電站用電纜，并不強調(diào)無鹵低煙，建議采用低煙氯磺化聚乙烯護套。如果我國從美國引進核電站技術(shù)，也許會改變唯一認可無鹵低煙技術(shù)路線。 5.關(guān)于K1類電纜 K1類電纜的用量比K3類電纜少得多，而開發(fā)成本高出數(shù)倍，因此研發(fā)K1類電纜廠也相對少得多。目前少數(shù)電纜廠的一部分K1類品種電纜通過了技術(shù)鑒定。 根據(jù)經(jīng)驗，K1類電纜采用乙丙橡膠絕緣和乙丙橡膠護套結(jié)構(gòu)，比較有把握通過泄漏事故試驗。交聯(lián)聚烯烴絕緣和交聯(lián)聚烯烴護套結(jié)構(gòu)，相對不易通過泄漏事故試驗。當然不是排斥采用交聯(lián)聚烯烴。 　　目前國內(nèi)的泄漏事故試驗，在原則上參考IEEE383－1974進行，該標準本身也說明試驗條件允許變動，前幾年國內(nèi)試驗設(shè)備不完善，試驗方法未規(guī)范化。 　　據(jù)說現(xiàn)在北京的試驗條件比較好，并與核工業(yè)設(shè)計院結(jié)合。目前上海還不能完整地進行泄漏事故試驗。關(guān)于泄漏事故試驗的具體程序，國外、國內(nèi)都不完全相同。就是同一個國家，現(xiàn)在和過去的程序也不完全相同?？偟膩碚f，由于試驗經(jīng)驗不夠，目前要肯定哪一種程序，最為正統(tǒng)，最有權(quán)威性，還需要進一步研討。 國內(nèi)通過K1類電纜鑒定的企業(yè)，尚為數(shù)很少，但全面完成國產(chǎn)化為期不遠。