城市化进程的不断推进给城市轨道交通的发展提供了新机遇与挑战。电线电缆作为能源和信息的载体，在轨道交通领域起着重要的作用。轨道交通车辆用电缆通常指用于轨道交通车辆车体布线或车载设备间的连接线，根据应用可分为传输电能的电力电缆、传递信号的控制电缆，以及传输信息的通信网络电缆。

在轨道交通发展初期，中车集团引进了德国、法国、日本及加拿大相关技术进行轨道交通车辆设计与制造，由于各技术平台及设计理念不同，所造车型各不相同，因此引进的原型车所搭载的电缆也各不相同。随着自主化研发能力的不断提升，中国标准化动车组被成功研制，其使用的电缆为欧标系列市场主流电缆。

市场上现有的轨道交通车辆用电缆产品主要包括：欧标EN 50264、EN 50306、EN 50382系列电缆；国标GB/T 12528系列电缆及TJ/CL 254、TJ/CL 313技术要求电缆。其中，欧标EN 50382、EN 50264、EN 50306、MVB、WTB、CAT系列电缆用量最大。

绝缘材料及护套材料作为电缆的关键材料，需要具备优良的力学性能、耐高低温、耐环境介质、阻燃等性能，技术含量高、开发难度大，目前主要依赖进口材料。作为绝缘材料和护套材料主要成分的聚烯烃材料属于易燃高分子材料，燃烧热量大，易产生熔滴，导致极大的安全隐患；其要求应用环境具有低烟、无卤特性，增加了材料的阻燃技术难度，使阻燃技术成为电线电缆绝缘材料和护套材料开发过程中的关键技术之一。

鉴于健康、环境保护和安全等发展需求，以及越来越严格的法律法规限制，低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料（halogen-free flame retardant polyolefin, HFFRPO）得到快速发展和广泛应用。

轨道交通车辆用电缆在服役过程中受到机械、油特别是其工作过程中产生的热量等多种环境因素的共同作用，绝缘材料逐渐老化导致其电气性能、力学性能等降低，当性能下降至一定程度后，会破坏轨道交通的正常运行，造成安全隐患，因此进行绝缘材料热老化寿命评估对轨道交通的重要性不言而喻。

一般可将绝缘材料的热老化寿命评估方法划分为两类：一类是基于热老化试验的常规寿命评估方法，该方法可靠性较高，但需要在几个恒定的温度下进行老化试验并按期检测性能指标的变化，试验周期长、占用人力物力多、耗能大，对新产品的开发和应用来说，评估结果反馈严重滞后，如时温平移法；另一类是基于热分析技术的快速热老化寿命评估方法，如差式扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）、热重分析（thermo- gravimetry, TG）法、热重点斜（thermogravimetric point slope, TPS）法等方法，这类方法检测过程简单、时间短且样品需求量少，能够对线缆老化现象进行快速评估。

对于工作中经常受到电、热和机械等因素作用而老化的绝缘材料，如电机中定子绝缘材料，常采用回归分析、智能算法及数据采集方法进行老化寿命的分析。对于输电网络中应用的交联聚乙烯绝缘电缆，目前超低频介质损耗法可以检测电缆的大部分缺陷，并能够衡量电缆总体的工作状态及绝缘材料的老化状态。此外，通过绝缘材料本身理化特征的变化能够反映绝缘材料的老化程度，此方法对于交联聚乙烯绝缘材料较为适用。

在材料长期服役过程中，树脂材料中的树脂部分会发生氧化，而无卤阻燃聚烯烃材料内含有较多阻燃剂，阻燃剂稳定性较好不会发生氧化。因此，用TG法和TPS法来研究低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料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的研究人员以低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料（HFFRPO）为研究对象，采用常规热老化寿命评估方法获得热老化的基础数据，用Boltzmann模型对热老化数据进行拟合并推导力学性能参数变化至50%时的时间参数，以此为依据拟合出老化寿命曲线。此外，利用差式扫描量热法（DSC）获得活化能计算HFFRPO材料的老化寿命。

图1 两种热老化寿命曲线的比较

他们最后得到以下结论：

1）采用Boltzmann模型拟合常规老化方法获得的热老化数据，拟合后的抗拉强度保留率及断裂伸长率保留率为50%时所对应的时间较为接近，拟合效果较好，以此为依据推导材料在90℃工作的老化寿命分别为28.2年和47年。

2）以非等温DSC热氧老化方法获得的活化能为依据推导出的老化寿命较常规法偏离较大，不适合用于无卤阻燃电缆材料老化寿命的计算，但材料活化能的变化与材料老化状态密切相关，通过活化能的变化可反映材料的氧化程度。

因此，对于添加助剂较多的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆材料，基于常规老化方法以力学性能指标保留率为寿命评价标准，能够获得符合实际应用情况的老化寿命；基于活化能计算的寿命结果偏离较大，不适合对低烟无卤阻燃聚烯烃电缆材料进行寿命评估。

本文编自2021年第12期《电气技术》，论文标题为“轨道交通车辆用电缆绝缘材料热老化寿命评估方法”，作者为王春锋、周佳龙 等。