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【学术精选】盘点2023年线缆行业重要技术进展及研究热点(下)

来源: 作者: 时间:2024-02-28
“十四五”的发展孕育了新的发展机遇和新的市场。回首2023年,线缆行业坚持以创新驱动转型升级,补短板,锻长链,在航空航天、高速磁浮等战略性新兴产业领域有了新的探索和实践,在各种应用场景开拓了新的发展之路;线缆行业积极推动数字化转型升级,推进数字化技术、工业互联网、人工智能,以及大数据等新技术,促进云计算、智能制造技术与线缆行业的深度融合,正持续塑造可持续的数字生态。

《电线电缆》编辑部综合2023年1月1日至12月31日刊载的论文,以关键材料研发、特殊场景应用、智能化制造为关键词,盘点2023年线缆行业具有代表性的科技成果。




突破关键技术
推进创新任务





《国内绕组线应用发展现状研究》


绕组线功能单一,主要用于电磁能转化或信号传输,近年来未出现应用领域的拓展或技术革新。因此,绕组线行业发展较为缓慢,国内厂家创新能力不足,产品相似度高,价格竞争激烈。论文结合国内绕组线的发展现状,介绍了漆包线、绕包线和特种绕组线的特点及其应用情况。虽然国内绕组线加工工艺和产品质量得到大幅度提升,但一些特殊品种、规格的产品与国际水平仍有一定的差距。因此,特种漆包线漆、绝缘纸、耐电晕薄膜,以及微细漆包扁线的生产制造是未来的重点研究方向。


——2023年第2期 / 韩永进




《新型石墨烯改性电磁屏蔽硅橡胶材料的制备、性能与机理研究》


电磁屏蔽是采用电磁屏蔽材料将电磁辐射源阻隔起来,有效减弱某一区域的电磁场强度。目前,各国正积极转向研发低成本、低密度、宽频段和高效能的电磁屏蔽复合材料。石墨烯因其独特的二维结构、超高的导电性、强度及导热性能吸引科技工作者在电磁屏蔽领域开展大量研究。论文分别选择单层石墨烯(SLG)和少层石墨烯(FLG),并通过溶液分散法制备出两种高浓度石墨烯-硅橡胶母料;与导电银粉等助剂复配,后经机械共混法制备出两种石墨烯改性电磁屏蔽硅橡胶材料。


结果表明,FLG改性提升导电银粉填充硅橡胶材料(GX/AA)的拉伸强度和拉断伸长率,而SLG改性则呈劣化趋势;SLG和FLG改性均明显提升GX/AA的导电性能;石墨烯改性电磁屏蔽硅橡胶材料在1.0×10-4~18GHz 频段内的电磁屏蔽效能均大于60dB,最高可达78dB。相互搭接的二维石墨烯片层起到桥联导电粒子的作用,形成的致密导电网络不仅可以有效抵消外磁场,还可以增加电磁波在层间的多次反射和吸收损耗,进而提高材料电磁屏蔽效能。


——2023年第2期 / 洪宁宁,刘旌平,胡诚成




《典型船用变频电缆电磁屏蔽效能试验方法研究及验证分析》


随着船舶综合电力系统的广泛应用,船舶综合电力系统功能的复杂性带来了严重的电磁兼容问题。其中,传输大功率的变频电缆对其邻近的仪表、控制系统等产生的辐射干扰尤为明显。论文对不同的电缆电磁屏蔽效能试验方法进行了研究及对比分析,采用短路-短路三同轴法对6种不同屏蔽结构的典型船用变频电缆样品的电磁屏蔽效能进行了试验。结果表明,在电缆的材料和规格基本相同的情况下,不同的屏蔽结构对船用变频电缆的屏蔽性能会产生较大的影响。


——2023年第3期 / 丰利军,彭春瑶,余林刚




《新型飞机用中频低耗平衡软电缆的研制》


国内航空产业进入高速发展阶段,越来越多的中频设备被用于飞机上,与之配套的400Hz中频飞机用低耗平衡软电缆的用量也大幅度增长。因电缆性能要求高、结构复杂、应用场景苛刻,目前国内无法生产,必须依赖进口。论文介绍了新型飞机用中频低耗平衡软电缆的使用特点和性能要求,通过对产品结构和绝缘材料的优化设计,以及设备和工艺的改进,研制出了性能更优、使用寿命更长的新型飞机用中频低耗平衡软电缆,可以替代进口产品。


——2023年第5期 / 邓一权,李章学,张海竹




《宇航级射频稳相同轴电缆轻量化方案》


宇航产品体现了国家的综合科技水平,随着太空资源竞争的日益激烈,各国均在发射卫星、空间站等宇航器,这些设备使用的普通射频稳相同轴电缆的质量较大。论文以低损耗型射频稳相同轴电缆的基本结构为基础,分别对中心导体、绝缘层、外导体、外屏蔽层、护套层的材料进行轻量化分析,确保在宇航器舱内同等驻波、插入损耗、绝缘电阻、耐辐照、低损耗、低释气要求的条件下,给出CXN3506、CXN3507最终的减重结构方案,从而综合降低射频稳相同轴电缆成品的单位长度质量,节约航天器的发射成本。


——2023年第3期 / 皇甫风光




《辐照吸收剂量对交联乙烯-四氟乙烯共聚物绝缘材料性能的影响》


交联乙烯-四氟乙烯共聚物(XETFE)电线具有耐高温、相对密度小、强度高、耐辐照、耐老化及易加工等优点,主要应用于航空航天领域。论文研究了辐照吸收剂量对XETFE绝缘材料和XETFE电线性能的影响。辐照交联后,XETFE 绝缘材料的断裂伸长率和结晶度显著降低,热稳定性显著提高;测量不同辐照吸收剂量对XETFE电线交联度的影响,当辐照吸收剂量小于120kGy时,XETFE电线交联程度不够,交联度测试不通过。研究发现,可以通过热失重方法测试XETFE绝缘材料的热稳定性能辅助推测其交联程度。


——2023年第2期 / 史丛丛,费楚然,陆毅峰,丁子龙,周磊




阻燃协效研发
共筑传输安全





《EVA对聚乙烯基低烟无卤阻燃电缆护套材料性能的影响》


无卤阻燃材料制成的电线电缆逐渐成为各个行业的首选,聚乙烯(PE)因化学稳定性好、无毒、介电损耗低、介电强度大,常被用于制备线缆材料,但PE易燃,且与无机填料不相容的性能导致其应用受到限制。因此,提高无机阻燃剂与有机基体的相容性、增强线缆材料的强度是开发高性能PE基电缆护套材料的必要前提。


论文将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)和聚乙烯(PE)熔融共混制备PE基低烟无卤阻燃复合材料,并研究EVA的质量分数对材料结构与性能的影响。结果表明:EVA与PE相容性较好,可促进材料内部形成无机填料网络,限制分子链的运动,改善材料热分解温度及类固行为,提高炭层的致密和均匀度,抑制材料燃烧时滴落。当EVA 的质量分数为15%时,复合材料的断裂伸长率为612%,极限氧指数(LOI)为26.4%,具有优异的综合性能。


——2023年第4期 / 陈龙,田洪瑜,陆海冰,高尚,胡金平,叶斌,王平




《燃烧结壳性护套料及绕包结构对B1电缆燃烧性能的影响》


安全消防类电缆是我国安全电能传动技术的重要发展方向,作为代表的B1级电缆已在建筑设计标准中得到明确使用。目前,电缆制造行业依据GB 31247—2014《电缆及光缆燃烧性能分级》进行B1级电缆制造,但该标准仅规定了B1级电缆的燃烧性能试验方法和性能判据,并未明确B1级电缆的材料性能和结构要求,这给电缆制造企业带来了一定的困扰。


论文以B1级控制电缆为例,研究燃烧结壳性护套料及绕包结构对B1级电缆燃烧性能的影响,总结B1级电缆护套材料的选型及绕包结构的设计思路,为B1级电缆的开发与制造提供参考。


——2023年第4期 / 田鸣




《阻水玻纤纱延燃性及其热释放研究》


阻水玻纤纱具有良好的阻水、抗拉、防鼠咬及耐火保温性能,对光缆内部具有一定的保护作用,因此在光缆中得到了广泛应用。由于各种牌号阻水玻纤纱生产厂家的生产工艺和配方不同,阻水混合物的成分和比例有所不同,产品的性能表现也不尽相同。论文通过相关的测试方法和设备,研究不同牌号、不同配方的阻水玻纤纱的延燃性、燃烧热释放,考察阻水玻纤纱对光缆燃烧的影响。


结果表明:阻水玻纤纱本身并不具备延燃性;材料的燃烧热值在整体光缆燃烧热释放中的贡献极小;对于光缆样品测试结果的差异,可以排除阻水玻纤纱中阻水涂覆层的影响,需要从其他方面去探究。除此之外,EN 50399:2020中增加了对燃烧器火焰形态的测量,也应关注电线电缆热释放测试设备的稳定性和准确性。


——2023年第1期 / 唐勋




《电力通信用非金属耐火光缆的设计与优化》


近年来,在国家电网系统中,因电缆沟着火导致同沟敷设的光缆信号传输中断的事件,暴露出通信光缆在防火方面的薄弱点。通信光缆在与电力电缆同路由敷设时,须具有耐火性能,在发生火灾时和救灾过程中保证通信畅通,避免信号中断和数据丢失造成的灾害扩大;同时,为免受强电磁环境影响,通信光缆应采用全介质非金属结构。


论文通过分析传统的非金属耐火光缆的结构,提出了一种将耐火层直接被覆在松套管外的耐火光单元设计,保证了非金属光缆在750 ℃的火焰温度下燃烧90 min及冷却15 min过程中线路的完整性。同时,基于耐火光单元的设计,对非金属耐火光缆结构进行优化,光缆外径更小、线缆质量更轻,可为电力、铁路、隧道、矿井及数据中心等特殊场景用非金属耐火光缆设计提供参考。


——2023年第2期 / 赵静,缪小明,缪威玮,徐建秋,钱慧慧,谭枫




《B1级燃烧性能的无卤型非屏蔽6类数字通信电缆研制难点探讨》


B1级燃烧性能等级的电缆,特别是无卤型非屏蔽数字通信对称电缆,由于低烟无卤护套料中含有一定量易燃的聚烯烃原料,与有卤阻燃材料的阻燃效果相差很多,要达到B1级燃烧性能要求具有一定难度。


为了满足GB 51348—2019中通信电缆B1级无卤燃烧特性的设计要求,论文从减少普通聚乙烯材料的占比和采用具有高阻燃无卤护套材料及其加工工艺的角度,在满足电缆衰减传输性能的前提下,对低烟无卤型非屏蔽6类数字通信对称电缆的结构设计、关键工艺控制等方面进行了研究,并对该电缆进行了B1级燃烧性能等级的验证。结果表明,其碳化高度、燃烧增长指数等指标均可以满足GB 31247—2014中的要求。


——2023年第6期 / 倪冬华,蔡杭列,沈福良,林庆雕




《电力电缆通道用有机难燃防火槽盒的性能检测研究》


有机难燃防火槽盒在电力电缆通道中广泛应用,对其性能检测的研究却鲜有报道。论文对6个不同厂家生产的有机难燃防火槽盒样品进行性能检测。结果表明:这6种样品在燃烧性能、氧指数、耐化学性能等方面均符合现行标准要求,但部分样品的巴氏硬度和吸水性不合格,长期运行会产生防火槽盒老化程度加快、防火性能下降、使用寿命缩短等问题,易引发相关电气线路的安全隐患。目前,有机难燃防火槽盒的抽检试验往往更多关注防火阻燃方面的性能,建议加强对理化性能的监督力度,尤其是在环境恶劣或防火重点通道中,应将巴氏硬度和吸水性列为抽样必检项目。


——2023年第4期 / 段玮,赵学风,蒲路,琚泽立,侯喆,孙浩飞




数字化赋能
智能化制造





《BTTZ电缆制造过程中氧化镁落粉均匀性研究》


新型垂直氧化镁灌装法是矿物绝缘电缆(BTTZ电缆)的主流生产线,但由于氧化镁落粉不密实,其击穿电压较难达到2500V的标准。针对以上不足,论文对氧化镁落粉特性和影响因素进行有限元分析研究,采用Ansys DesignModeler软件对落粉流体域模型进行了建模,并利用Ansys Mesh软件对仿真模型进行网格划分,之后采用Ansys Fluent软件对模型进行材料属性及边界条件等设置,并展开仿真计算和后处理分析。


结果表明,通常情况下,管道边缘部分和中心点部分的粉末体积占比较大,而空心圆(铜导体放置的位置)之间的粉末体积占比相对较小;漏斗的角度对落粉均匀性影响不大,而氧化镁的粒径对落粉均匀性有一定的影响;在一定范围内,粉末粒径越小,落粉越均匀;因此,为了提高落粉均匀性可适当减小氧化镁粉粒径。


——2023年第1期 / 章城,李伟钢,徐季新,文东辉




《基于深度学习的线束端子外观缺陷检测技术研究》


线束广泛应用于航空航天、船舶、无线电通信设备、高铁、汽车等领域。为了解决接触件端子与线束压接过程中出现未成功压接、压接不到位、芯线外漏等质量问题,论文提出了一种基于传统机器视觉和深度学习相结合的方法实现线束端子外观缺陷智能检测。


首先,搭建视觉检测系统获取高质量的线束端子外观图像;接着,应用传统机器视觉中的图像预处理、图像滤波、最小二乘法,实现剥线长度的在线检测;然后,人工标注线束端子外观缺陷,并构建样本数据集;最后,利用深度学习算法,实现线束端子外观缺陷的智能检测。结果表明,该视觉检测系统与人工检测相比,误差小于0.01mm,模型缺陷识别准确率为99.33%,漏检率为零,单张图像推理耗时5.6ms。该系统运行稳定可靠,满足实际生产需求。


——2023年第2期 / 丁成波,刘蜜,石锦成,刘林琳,张正伟,吴臣杨




《10kV XLPE电缆中间接头复合缺陷电场分布仿真研究》


论文以10kV交联聚乙烯(XLPE)电缆中间接头为研究对象,基于Ansys Maxwell平台建立电缆中间接头的3D模型,除考虑气隙、受潮、导电颗粒和针尖等典型单一缺陷对电场分布的影响外,还结合现场实际安装过程,在较薄弱的部位施加几种复合缺陷,通过有限元计算分析中间接头内部的电场分布情况。


结果表明,中间接头内部主绝缘存在复合缺陷时,缺陷处的电场强度随其深度加深而不同,即使是微小的缺陷,也会导致内部的电场分布发生畸变;XLPE处的导电尖端是电场强度最集中、畸变最严重的部位,样本数据的最大电场强度为6.365MV·m-1,若不及时处理,则会导致绝缘击穿。此计算结果可供工程应用参考,可指导中间接头的安装和预防绝缘击穿。

——2023年第5期 / 邓镓屹,王星华,聂一雄




《高压电缆户外终端绝缘填充液低温特性研究》

电缆终端作为电缆本体与变压器等重要电气设备的连接部件,对电缆的密封绝缘具有重要作用。近5年,持续出现与绝缘填充液状态关联的户外终端局部放电甚至击穿故障,引起了用户和附件制造商的关注。论文对高压电缆户外终端绝缘填充液材料进行了分析,对典型材料低温性能开展了试验验证,并对绝缘填充液-预制绝缘件界面进行了热场仿真和电场仿真计算,模拟界面缺陷,分析潜在放电风险。


热场仿真分析结果显示,环境温度的变化与负荷的变化均会影响终端内部绝缘填充液的温度分布情况,但绝缘填充液的最低温度与环境温度基本相同;电场仿真分析结果显示,绝缘填充液-绝缘件界面气泡处的电场强度大幅度增加,局部放电概率也大幅度增加。低温环境中,应选用二甲基硅油、倾点低于极限低温的聚异丁烯或经验证的改性硅油。今后,可在绝缘填充液标准化的基础上,进一步开展低温对终端内固体绝缘结构及材料性能影响研究、固-液协同效应机理研究,以及填充介质复合增强技术的研究。


——2023年第4期 / 徐晓峰




《风致涡激振动作用下随桥电缆的疲劳寿命分析》

桥梁的风致涡激振动是影响随桥电缆疲劳寿命的因素之一。论文采用有限元法对随桥电缆在风致涡激振动作用下的疲劳寿命进行分析。首先,建立桥梁的二维瞬态流-固耦合数值模型,采用动网格和用户自定义函数(UDF)技术实现桥梁的瞬态振动位移响应求解;其次,将桥梁的单位振动位移作为边界条件施加在电缆上,获取电缆在单位振动位移作用下静力学应力求解结果;最后,通过求解的应力结果与一个周期的桥梁振动位移时程构建应力时间历程,并基于材料的S-N曲线和Miner线性累积损伤理论获取电缆的疲劳寿命。


结果表明,在风致涡激振动作用下,作用在随桥电缆上的作用力近似为对称等幅循环载荷;电缆的疲劳损伤最大处出现在夹具固定附近的铝护套层上,寿命循环次数达3.3×10⁵次,寿命约为206.25h,可为跨海电缆的安全可靠性设计和状态运行维护提供理论指导。


——2023年第4期 / 陈志鹏,关向雨,蔡开明,刘江,林镕兴,王扬程




《工业互联网用Profibus-PA现场总线电缆的结构设计和测试》

Profibus是唯一的全集成低速H1(过程)和高速H2(工厂自动化)现场总线解决方案,是一种不依赖于厂家的开放式现场总线标准,其广泛应用于制造加工、过程和建筑自动化领域。采用Profibus标准系统,不同厂商所生产的设备无须对其接口进行特别调整即可通信,Profibus可用于高速且对时间苛求的数据传输,也可用于大范围的复杂通信场合。


论文介绍了Profibus现场总线的类型及应用,针对Profibus-PA现场总线电缆主要技术要求,详细阐述了Profibus-PA现场总线电缆各种规格产品的结构设计、材料选型及工艺控制。通过对实芯聚乙烯绝缘Profibus-PA现场总线电缆的计算实例分析,说明了低频工作状态下的通信电缆其关键参数设计和测试方法,并对Profibus-PA 1×2×0.75mm²现场总线电缆进行测试。结果表明,其实测值与设计要求相符。


——2023年第4期 / 王海岭,张红艳,谢太阶,汪淼



《电线电缆》 1958 年正式创刊,上海电缆研究所有限公司主办,是电线电缆行业的电工技术类科技期刊。及时、全面地刊载国内外电线电缆行业专业领域的新理论、新方法、新技术、新成果,引导基础研究和应用研究融会贯通,推动学科交叉融合,为电线电缆的研究、设计、制造和应用等方面构建学术交流和科技开放平台。主要栏目有综述、线缆产品、线缆材料、测试技术、敷设运行、工艺设备和经验交流等。欢迎来稿!

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来源 | 上缆所传媒


文字 | 魏雨晴

编辑 | 常   佳

审核 | 何晓芳


【声明】本文为原创内容,版权归“上缆所传媒”所有,未经授权请勿转载。






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