铁路数字信号电缆电缆星绞四线组电容耦合系数

铁路数字信号电缆电缆星绞四线组电容耦合系数
影响因素分析
摘要：从理论上介绍了铁路数字信号电缆星绞四线组电容耦合系数的形成，分析了影响电容耦合系数的主要因素，结合实际提出了一些控制电容耦合系数的方法。

关键词：铁路数字信号电缆；星绞四线组；电容耦合系数；控制方法
0 引言
星绞四线组的电容耦合系数值是铁路数字信号电缆的一个关键参数，是衡量电缆结构稳定是否稳定的一项重要指标，是合理控制电缆回路间干扰的有效途径。

干扰是电磁场作用的结果。

一次干扰在电缆上是指两回路间的电耦合和磁耦合。

根据实验，在通常的电缆上，四线组组内回路间的耦合要比组间的耦合大的多，四线组内两实路间存在电磁耦合，组内实路与幻路间也存在电磁耦合，由于低频的电容耦合在干扰过程中起主要作用，因此，本文主要从电容耦合的角度进行了讨论。

目前，一般应用和测试出来的电容耦合都用K值来表示。

1 铁路数字信号电缆的电容耦合
1.1 电容耦合的定义
两对称回路间的电耦合C
12为第一回路在第二回路中引起的电源I
2
与第一回路工作电压U
1
之比：，
^
C 12=I
2
/U
1
=g+jwc (1)
式中，g为电容耦合的有功分量，称为“介质耦合”；c为电容耦合。

电容耦合c是干扰回路和被干扰回路间的部分电容不平衡的结果。

电容耦合的有功分量或介质耦合g是干扰回路和被干扰回路线芯间介质能量损耗不平衡的结果。

1.2 星型四线组内各种电容耦合及其数值
电容耦合K的数值不同于式(1)中的C。

如图1所示，在一个星绞四线组内，第一实回路(1和2导线)对第二实回路(3和4导线)的电容耦合为：
K 1=(C
13
+C
24
)-(C
14
+C
23
) (2)
在一个四线组内，第一实回路和幻路间的电容耦合K
2
为：
K 2=(C
13
+C
l4
)-(C
23
+C
24
) (3)
在一个四线组内，第二实回路和幻路间的电容耦合K
3
为：
K 3=(C
13
+C
23
)-(C
14
+C
24
还可能受到外部干扰，外部干扰源包
括电力线路、电气化铁道触线网等。

这些外部干扰的电流流经接地的电缆金属外皮而产生干扰，干扰的大小决定各芯线对地电容不平衡的程度。

2 电容耦合值的控制
如图1所示，对于理想星绞组，组内两实回路间C 23=C 14=C 13=C 24，则由式(2)～式(4)可知，K 1=K 2=K 3=0，因此回路间不存在直接系数性耦合，仅存在机遇性耦合。

那么，在保证原材料和工艺结构的情况下，应采取以下措施才能更好地控制电容耦合值。

2.1 严格控制构成四线组的四根绝缘线芯(单线)的公差
图2为某盘四线组A 端排列图，分别用C 红蓝、C 红绿、C 白蓝、C 白绿表示绝缘单线红蓝、红绿、白蓝、白绿之间的电容并进行测试，测试结果为：C 红蓝=48．7nF ；C 红绿=48．5 nF ；C 白蓝=48．5 nF ；C 白绿=48．3 nF 。

并分别代人式(2)一式(4)计算可得： K l =(C 红蓝+C 白绿)-(C 红绿+C 白蓝)=0 (nF) K 2=(C 红蓝+C 红绿)-(C 白蓝+C 白绿)=0.4 (nF) K 3=(C 红蓝+C 白蓝)-(C 红绿+C 白绿)=0.4 (nF)
由以上测试和计算的数据来看，C 红蓝、C 红绿、C 白蓝、C 白绿及K 1、K 2、K 3等值差别很大。

为了进一步分析研究，分别取样对红、绿、白、蓝等四根绝缘线芯进行测量，测量结果见表1。

表1
注：表中数值为同时测量6个数值取其平均值。

由表1可以看出，构成本盘四线组的导体直径差在0.001～0.004 mm 之间，而绝缘外径差在0.01～0.07mm 之间，超出了工艺要求范围，所以其值严重超标。

由此看来，严格控制构成四线组的四根绝缘线芯的公差，同时提高绝缘线芯本身的均匀性、稳定性以及工艺参数的合理性、偏心等都可以提高四线组K 值的合格率。

2.2 正确的选配星绞模具
星绞机使用的模具内孔直径的大小是影响绞线质量的另一个重要因素。

四线组的电容耦合系数K 1、K 2、K 3值大小及合格与否，同模具孔径有密切关系。

如果孔径过小，四线组不易通过模孔，因
此破坏了四线组的对称性，使K值同样增大，除此之外，还可能擦伤或拉断绝缘单线。

相反，如果孔径过大，四线组K值的稳定性较差，特别是在后道工序的生产中变化较大。

所以，配置合适的模具是有效控制电容耦合系数的方法之一。

2.3 适当的绞合参数
在线组绞合过程中，绝缘线芯(单线)是按照一定的螺旋升角进行绞合的，这就会产生自身扭转及扭转变形，而为了满足星绞四线组各项电气性能的要求，不允许绝缘线芯产生扭转变形，所以，在星绞机的放线部分必须带有预扭装置，而且在生产中要控制好预扭量的大小。

放线张力的均匀性和一致性、收线张力的大小以及牵引速度的稳定性也是影响电容耦合系数的关键因素。

2.4 其他因素
通过长时间的观察分析认为，绝缘线芯的冷却程度以及环境温度，星绞机本身的通风冷却状况对四线组的电容耦合系数也有很大的影响，在生产中要尽可能避免这些因素对K值甚至E值的影响。

3 结束语
影响星型四线组K值的因素很多，本文根据理论并结合实际分析总结了一部分原因，在实际应用中，还要根据各自流程与设备的实际情况进行合理的控制。

参考文献：
[1] 郑玉东．通信电缆[M]．北京：机械工业出版社，1992
[2] 王春江．电线电缆手册(第一册)[M]．北京：机械工业出版社，2001。