一種具有磁屏蔽功能的電力電纜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電纜領(lǐng)域，尤其是一種具有磁屏蔽功能的電力電纜。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電纜的需求也越來(lái)越多，不同的工作環(huán)境下電纜也不相同。 在電氣或電子系統(tǒng)中，電纜主要用于聯(lián)接不同的系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間能量與信息的 有效傳輸。而隨著工作電纜的變多，電磁環(huán)境越來(lái)越變得復(fù)雜，電纜之間的相互干擾也變得 十分復(fù)雜。
[0003] 現(xiàn)在電氣化設(shè)備中，工作電纜主要分為電力電纜和通信電纜。而且由于設(shè)備的體 積所限，電纜通常為電纜束的形式存在。電力電纜在電路中的作用主要是用于傳輸電能，由 麥克斯韋理論我們知道電力電纜中流通的電流會(huì)在周圍空間中產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且電流越大， 磁場(chǎng)也越大。而電力電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)也會(huì)在與電力電纜平行布線的通信電纜上產(chǎn)生一個(gè)感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨磁場(chǎng)的大小成正比。而通信電纜中大部分傳輸?shù)男盘?hào)為電信號(hào)，實(shí) 質(zhì)為弱電電壓。電力電纜對(duì)通信電纜產(chǎn)生的磁耦合感應(yīng)電壓將會(huì)對(duì)通信電纜中傳輸?shù)娜蹼?信號(hào)造成干擾，影響通信電纜的正常工作。這是明顯的強(qiáng)電系統(tǒng)對(duì)弱電系統(tǒng)的電磁干擾。
[0004] 而現(xiàn)有的電力電纜中大部分未進(jìn)行自身磁屏蔽的設(shè)計(jì)，僅有的一些磁屏蔽電力電 纜使用的屏蔽層為金屬絲網(wǎng)，成本較高，且對(duì)實(shí)際傳輸電能過(guò)程中產(chǎn)生的低頻磁場(chǎng)無(wú)磁屏 蔽效果，電力電纜的使用受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決【背景技術(shù)】中存在的磁屏蔽問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種具有磁屏蔽功能的電 力電纜，主要用于強(qiáng)、弱電系統(tǒng)緊密平行布線，且弱電系統(tǒng)對(duì)強(qiáng)電干擾屏蔽要求較高的情況 中。
[0006] 平行布線時(shí)，強(qiáng)電電路中的電流I對(duì)弱電信號(hào)回路系統(tǒng)中的感生電動(dòng)勢(shì)由法拉第 電磁感應(yīng)定律為：其中供ffi為回路所包圍的磁通量。因此減少?gòu)?qiáng)電回路對(duì)弱電回 dt 路的干擾可以是減少弱電回路中所包圍的磁通量，而磁通量由強(qiáng)電回路產(chǎn)生，即需要減少 電力電纜對(duì)外界所產(chǎn)生的磁通量。由公式可以知道，當(dāng)電纜位置確定，即閉合 環(huán)路面積固定，此時(shí)磁通量與磁場(chǎng)密度線性相關(guān)。
[0007] -種具有磁屏蔽功能的電力電纜，其特征在于：由內(nèi)到外依次為導(dǎo)線、絕緣層、磁 屏蔽層、保護(hù)層。保護(hù)層使磁屏蔽層和外界絕緣，防止外界影響和機(jī)械損傷。導(dǎo)體芯線為三 相多線制結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體芯線全部被磁屏蔽層包覆，所述的磁屏蔽層為相對(duì)磁導(dǎo)率為200~ 200000的軟磁合金材料，磁屏蔽層為纖維編織網(wǎng)或厚度為5μπι~1mm的連續(xù)薄膜帶，或纖維 直徑為5μπι~0 · 3mm的纖維金屬編織網(wǎng)。
[0008] 進(jìn)一步，所述的一種具有磁屏蔽功能的電力電纜，其特征在于：
[0009] a)單線線路通過(guò)高磁導(dǎo)率的磁屏蔽層時(shí)，由于磁屏蔽材料的低磁阻性，磁場(chǎng)聚集 在磁屏蔽材料低磁阻通道內(nèi)；單線線路在磁屏蔽層內(nèi)的磁通量大小為：
[0010]
[0011] 其中爐i為磁屏蔽層內(nèi)的磁通量，為單線線路產(chǎn)生的磁通量，為磁屏蔽層材 料的相對(duì)碰導(dǎo)鑾，里線線路產(chǎn)生的磁通量為：
[0012]
[0013] 其中g(shù)為磁通密度，5為磁通面積；
[0014] 磁通密度大?。?br>[0015]
[0016] I為線路中的電流大小，r為距任意一點(diǎn)單線線路的距離，#為磁通密度的方向；[0017] b)三相線路A、B、C工作時(shí)，在磁屏蔽層內(nèi)的總磁通量為：
[0018]
[0019]
[0020] I、，分別為三相線路A、B、C中的相電流值；
[0021]三相電電流相量和為零 [0022]
[0023]
[0024] 即A、B、C三相線路中產(chǎn)生的磁通在通過(guò)軟磁合金材料的磁通相互抵消之后為0。
[0025] 磁屏蔽層外部磁場(chǎng)大小由安培環(huán)路定律可得，
[0026] ^ιΗ ?(11 = 1,?
[0027] 1為磁屏蔽層外部回路，Η為磁屏蔽層外部磁場(chǎng)，I總為回路中電流和。
[0028]由磁場(chǎng)的邊界條件可得：
[0029]
[0030] R為電力電纜磁屏蔽外距電力電力電纜軸心的距離?；芈分腥嚯娤嚯娏骱蜑?， 得出Η=0。磁屏蔽層外部磁場(chǎng)為0,實(shí)現(xiàn)磁屏蔽功能。
[0031]對(duì)于軟磁合金材料外側(cè)，A、B、C三相線路的磁通量在通過(guò)軟磁合金材料的磁通量 也會(huì)相互抵消，因此采用該種磁屏蔽結(jié)構(gòu)的電力電纜可以有效的減少對(duì)外界環(huán)境干擾的磁 通大小。
[0032]本發(fā)明提出的一種具有磁屏蔽功能的電力電纜，其磁屏蔽技術(shù)方案如下：電纜的 導(dǎo)體為三相多線制結(jié)構(gòu)，每根芯線外包覆一層絕緣層，芯線彼此之間相互絕緣;導(dǎo)體結(jié)構(gòu)外 為一層具有磁分流功能的金屬屏蔽層，金屬屏蔽層為具有高磁導(dǎo)率的軟磁合金材料。導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)和高磁導(dǎo)率金屬屏蔽層組合使用才具有磁屏蔽功能。
[0033] 本發(fā)明將導(dǎo)體線芯設(shè)計(jì)為三相多線結(jié)構(gòu)而不使用單線形式，主要是因?yàn)楦叽艑?dǎo)率 金屬屏蔽層對(duì)單芯線路所產(chǎn)生的磁通只具有磁分路的效果，并不能根本地減少磁通大小。 而三相電結(jié)構(gòu)可以有效的減少磁通大小。
[0034] 進(jìn)一步說(shuō)，本發(fā)明電力電纜具有的磁屏蔽效果為導(dǎo)體三相電結(jié)構(gòu)形式和高磁導(dǎo)率 金屬屏蔽層共同作用而得到，兩者相互配合才能達(dá)到理想的屏蔽效果。
[0035] 本發(fā)明通過(guò)采用以上技術(shù)方案，達(dá)到以下有益效果。
[0036] 1.可以有效減少電力電纜中工作電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)周圍敏感體的影響。
[0037] 2.造價(jià)較低，經(jīng)濟(jì)效益高。
[0038] 3.運(yùn)用范圍廣，可以在復(fù)雜電路環(huán)境下使用。
【附圖說(shuō)明】
[0039] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0040] 圖1為本發(fā)明電力電纜的磁屏蔽結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041 ]圖2為本發(fā)明的磁屏蔽結(jié)構(gòu)原理圖。
[0042]以上圖中為：1、導(dǎo)體，2、絕緣層，3、高磁導(dǎo)率金屬屏蔽層，4、保護(hù)層，R為電力電纜 磁屏蔽外距電力電力電纜軸心的距離。A、B、C為三相芯線，陰影部分表示為磁通。
【具體實(shí)施方式】
[0043]在圖1所示中，1為三相導(dǎo)體，A、B、C分別為三相芯線；3為高磁導(dǎo)率金屬屏蔽層。高 磁導(dǎo)率金屬屏蔽層3對(duì)三相導(dǎo)體1進(jìn)行全包覆，防止電力電纜工作時(shí)產(chǎn)生的磁通發(fā)生漏磁而 影響磁屏蔽效果。而由于高磁導(dǎo)率金屬屏蔽層3的運(yùn)用，三相電線路產(chǎn)生的磁通進(jìn)入3中。而 由磁場(chǎng)邊界條件可以知道此時(shí)在磁屏蔽層外圍的磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。
[0044] 在圖2(a)中，A相線路外包覆高磁導(dǎo)率金屬屏蔽層，磁通只是在高磁導(dǎo)率金屬屏蔽 層進(jìn)行磁分路，磁通量并未變少;在(b)中由于三相電的相量和為0,產(chǎn)生的磁通在高磁導(dǎo)率 金屬屏蔽層內(nèi)廣生抵消，屏蔽層內(nèi)部?jī)舸磐椹?，電力電纜的外部不存在磁通Μ，起到磁屏 蔽功能。
[0045]本發(fā)明附圖只有三相線，但同樣地原理也可以運(yùn)用于三相多線制電力電纜，同樣 地需將所有芯線包覆于高磁導(dǎo)率磁屏蔽層內(nèi)部。
[0046]本發(fā)明電力電纜使用的磁屏蔽結(jié)構(gòu)，有效的減少了電力電纜對(duì)周圍環(huán)境的磁污 染，降低了強(qiáng)電線路對(duì)弱電線路的干擾。屏蔽層材料為高磁導(dǎo)率的金屬材料，較其他屏蔽材 料經(jīng)濟(jì)環(huán)保，具有很高的運(yùn)用價(jià)值。
[0047]示例：
[0048]制備四種不同的電力電纜，分別為單裸線電力電纜;高磁導(dǎo)率材料作為金屬屏蔽 層的單線電力電纜;裸線三相電力電纜;高磁導(dǎo)率材料作為金屬屏蔽層的三相芯線電力電 纜。四種電力電纜分別對(duì)應(yīng)編號(hào)為電纜1、電纜2、電纜3、電纜4。高磁導(dǎo)率材料為Fe-Si-Al材 料，其相對(duì)磁導(dǎo)率大小為2 X104。金屬屏蔽層的厚度為20μπι。將三種電纜運(yùn)行在工作電流為 70A的環(huán)境下，測(cè)試電纜周圍空間內(nèi)的磁場(chǎng)大小。測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0049] 表 1
[0050]
[0051] 從表1中可以看出，電纜2與電纜1相比較可以得出使用高磁導(dǎo)率材料作為單線線 路的磁屏蔽層并不具備磁屏蔽功能。具有本發(fā)明中所述的磁屏蔽結(jié)構(gòu)的電纜4相較于電纜3 具有明顯的磁屏蔽效果。從該實(shí)例中可以得出磁屏蔽結(jié)構(gòu)可以有效的運(yùn)用于電力電纜中， 并且具有優(yōu)異的磁屏蔽性能。
[0052]本發(fā)明的保護(hù)并不局限于以上所述，上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方案，凡根據(jù)本 發(fā)明的技術(shù)方案及發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行修改或等效替換，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有磁屏蔽功能的電力電纜，其特征在于：由內(nèi)到外依次為導(dǎo)線、絕緣層、磁屏 蔽層、保護(hù)層;導(dǎo)體忍線為Ξ相多線制結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體忍線全部被磁屏蔽層包覆。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有磁屏蔽功能的電力電纜，其特征在于:所述磁屏蔽層 材料為相對(duì)磁導(dǎo)率為200~200000的軟磁合金，磁屏蔽層中的磁通由下式確定。 a) 單線線路通過(guò)高磁導(dǎo)率的磁屏蔽層時(shí)，由于磁屏蔽材料的低磁阻性，磁場(chǎng)聚集在磁 屏蔽材料低磁阻通道內(nèi)；單線線路在磁屏蔽層中的磁通量大小為：其中為磁屏蔽層內(nèi)的磁通量，巧β為單線線路產(chǎn)生的磁通量，μτ為磁屏蔽層材料的相 對(duì)磁導(dǎo)率;單線線路產(chǎn)生的磁通量為： 其中Β為磁通密度，S為磁通面積；磁通密度大?。篒為線路中的電流，r為任意一點(diǎn)距單線線路的距離，#為磁通密度的方向； b) Ξ相線路A、B、C工作時(shí)，在磁屏蔽層內(nèi)的總磁通量為：/乂、/及、/e分別為S相線路A、B、C中的相電流值； Ξ相電電流相量和為零則齡。〇 良ΡΑ、ΒΧΞ相線路中產(chǎn)生的磁通在通過(guò)軟磁合金材料的磁通相互抵消之后為0。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有磁屏蔽功能的電力電纜，其特征在于:磁屏蔽層為厚 度為如m~1mm的連續(xù)薄膜帶，或纖維直徑為如m~0.3mm的纖維金屬編織網(wǎng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有磁屏蔽功能的電力電纜，其由內(nèi)到外依次為導(dǎo)線、絕緣層、磁屏蔽層、保護(hù)層。所述電纜的磁屏蔽功能主要是由導(dǎo)體和磁屏蔽層組合結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的。導(dǎo)體芯線為三相多線制結(jié)構(gòu)；導(dǎo)體芯線全部被磁屏蔽層包覆。所述的磁屏蔽層為相對(duì)磁導(dǎo)率為200～200000的軟磁合金材料，磁屏蔽層為厚度為5μm～1mm的連續(xù)薄膜帶，或纖維直徑為5μm～0.3mm的纖維編織網(wǎng)。本發(fā)明所述電力電纜具有很好的磁屏蔽效果，可以有效的減少電纜在工作過(guò)程中對(duì)周圍空間內(nèi)所產(chǎn)生磁場(chǎng)的大小，降低對(duì)周圍敏感體的電磁干擾，可以適用于復(fù)雜電磁環(huán)境下。
【IPC分類】H01B9/00, H01B9/02
【公開號(hào)】CN105551669
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610125811
【發(fā)明人】王群, 胡濤春, 黃靖宇, 唐章宏, 周東偉, 李永卿
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年3月6日