CN105304173A - 耐高温高电压高绝缘性能点火电缆 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种耐高温高电压高绝缘性能点火电缆，旨在提供一种恶劣环境适应能力强，电磁外泄小，介质绝缘强度高，传输损耗低，可屏蔽点火能量的杂散辐射，直流耐压可达20kV高绝缘性，能够达到50dB以上屏蔽效能电磁屏蔽点火电缆。本发明通过下述技术方案予以实现:镍芯导体穿过内层绝缘体，作为绝缘体之一的玻璃纤维包裹在镍芯导体上，绝缘体通过外层编织了网套的中间层波纹金属软管，包裹于镍芯导体与波纹金属软管之间，穿入波纹金属软管内壁的玻璃纤维外表面与波纹金属软管内表面之间的内间隙填充了氧化铝粉，外层屏蔽体编织了金属不锈钢网套。解决了传统陶瓷绝缘体电缆弯曲性能差、高空性能差、抗机械振动能力差以及电磁泄漏无法解决等缺陷。

Description

耐高温高电压高绝缘性能点火电缆

技术领域

本发明涉及一种广泛应用于高温、潮湿、干燥场所以及放射性环境下的电力线、控制线和信号线路，适应坏境恶劣的电缆,特别是用于发动机传递电能/电信号、具有耐高温、耐高空臭氧、高介电强度、高绝缘性能以及高能点火电缆，尤其是环境温度超过50℃的场合以上,甚至高达400℃高温、使用高度可达22000米高空、直流耐压可达20kV高绝缘性、单次传递能量可达16焦耳高能点火电缆。

背景技术

随着航空发动机的不断发展，对特种电缆要求愈来愈高，尤其是高温、高空、高绝缘性能的要求。点火系统由点火装置、点火电缆、半导体电咀(点火枪)三部分组成，耐高温高电压高绝缘性能点火电缆即是点火系统中的点火电缆，其用途是将点火装置输出的点火能量通过发动机高温、高空恶劣区域传输到半导体电咀。耐高温高电压高绝缘性能点火电缆是高能点火系统能量传输部件关键通道，也是点火能量传输通道的主要屏蔽装置，如何实现点火电缆在满足弯曲性要求条件下且满足其400℃高温、高度可达22000米高空、高绝缘性能且能满足装配及维修要求成为了重要难题。点火系统一般采用电子点火方式，电磁干扰是影响点火系统电路以及周围其它系统正常工作的主要因素之一。越来越多的高科技电子产品的开发与应用，带来了一个不容忽视的电磁兼容性的重要研究课题。电磁兼容性是指电气装置或电气系统不产生干扰或不受环境干扰，工作在指定环境中的能力。电磁干扰及其产生的影响是重大的，关系到汽车、船舶飞行器的安全可靠性，已经成为一个非常重要和迫切的急需解决的研究课题。点火系统在工作过程中产生高电压、强电流，相当于电磁发射体，点火系统的点火能量通过点火电缆传输到点火电嘴，在火花塞间隙(半导体表面)形成雪崩式放电，工作中产生电火花，点火电流瞬间突变以及在整个放电过程中产生高频振荡并以电磁波形式发射到空中，对周围数百米范围内的电子设备及它无线电装置的正常工作，产生不同程度的干扰，引发很多严重的后果。产生的干扰不但会影响外界的电子电器设备的正常工作，而且会影响自身电子电器设备的正常工作，因此，电子环境干扰会对电子产品的性能产生不利的影响，甚至会导致其功能丧失。无线电干扰源主要是发动机的点火系统，其干扰波来自点火系统次级电压产生的高频振荡，其次在发电机负载电流突变和整流时也会产生电磁波。产生的干扰电磁波分传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰电磁波是通过导线直接输入无线电设备和电子设备内部的，而辐射干扰电磁波则是在空间传播，通过天线(如点火系统高压线就相当于天线)输入无线电设备内部，从而使它们的工作性能难以发挥，由此影响电子设备的安全性、可靠性及稳定性等等。与火花塞和点火线圈连接的电路是一种线束中间带有铁氧体磁棒的电路。在一定长度的铁氧体磁棒上缠绕有特定圈数的螺旋状线圈，这种线束对频率非常敏感，任何因素激发出的电路中的振荡，都会通过导线等以电磁波的形式发射出去产生电磁干扰。点火电缆是点火系统能量传输的通道，电缆皮电流随入射场波形、电缆长度、电缆屏蔽层感应电流是耦合电磁脉冲能量的重要途径,高空电磁脉冲(HEMP)由于其能量大,频谱宽,覆盖范围广,可以引起通信、电子和电力系统的损伤或破坏。点火电线在高压点火时所产生的高频电磁波，对电子设备受到干扰，甚至无法正常工作。在舰船电气或电子系统中,电缆主要用于联接不同的设备或系统,并实现它们之间能量与信息的有效传输。通常,系统和设备内部广泛分布了各类电缆,而由于舰船内部布置安装空间有限使得电缆密集,常因电缆的辐射与传导的耦合而发生电磁干扰,舰船通信系统中常会因为大功率电台到天线的电磁干扰问题影响了弱电系统设备的正常工作。伴随越来越多的高科技汽车电子产品的开发与应用，汽车电子设备也存在电磁干扰问题。汽油发动机的高压点火系统会产生强电磁波，干扰其周围的无线电广播和无线电通讯业务的正常运行，并且对电磁环境造成污染。大量应用于车辆上的各种电子电器设备也同样产生电磁干扰和发动机点火系统产生沿电源线传导的干扰，使一些电子部件在这种干扰脉冲条件下，不能正常工作，甚至导致损坏。汽车点火电线在高压点火时所产生的高频电磁波，对车内的电子设备受到干扰，甚至无法正常工作。综上所述,电磁兼容的辐射发射超标主要表现在点火电缆，解决好点火电缆的电磁兼容性，即处理好点火电缆金属屏蔽技术确保内外两个空间区域的金属隔离，以控制电场、磁场由一个区域对另一个区域的感应和辐射，点火电缆传输的高能点火能量被包围起来，防止电场向外扩散。点火电缆屏蔽体应具备减弱干扰的功能，即具备吸收能量(涡流损耗)、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消能量等作用(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可以抵消部分干扰电磁波)。一般大部分金属材料可以提供100dB的屏蔽效能，但是在实际应用中，要达到50dB以上的屏蔽效能是比较困难的，因为屏蔽体的屏蔽效能不仅取决于屏蔽体材料，更重要取决于屏蔽体制造工艺和结构，屏蔽体应具备导电连续性,整个屏蔽体必须是一个完整的、连续的导电体，但在实际应用工作中必须结合实际需求进行尽可能的作到屏蔽体的封闭处理。一般的普通电磁屏蔽电缆通常采用铝箔+编织双屏蔽结构或是采用双组分加成型硅胶作为主要原材料制作而成的硅胶电缆，铝塑复合箔+70％镀锡铜丝编织，铝箔标称厚度为70μm，其中铝层厚度≥40μ。由于现场电磁环境复杂,编织电缆之间存在严重的串扰。现有技术中用于发动机点火电缆的技术缺点主要表现在：①电磁屏蔽性能不能满足发动机催化点火燃油控制器定时器规范GJB等相关规定要求；②点火电缆多层金属屏蔽体重量超出规定要求；③点火电缆工艺性差,主要表现在装配中弯曲性要求；④点火电缆高温、高空性能不能满足愈来愈苛刻的使用环境要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，为点火电缆提供一种耐燃、耐潮、耐腐蚀、耐高温、耐辐照和耐臭氧，传输损耗低，绝缘性能高、承载电流能力强，适应坏境恶劣，直流耐压可达20kV高绝缘性，能够达到50dB以上屏蔽效能，尤其是能有效应用于航空发动机恶劣区域，重量、电磁屏蔽性能满足GJB等相关规定要求的电磁屏蔽点火电缆。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种耐高温高电压高绝缘性能点火电缆，包括外层屏蔽体、中间层和内层绝缘体，其特征在于:镍芯导体4穿过内层绝缘体3，作为绝缘体之一的玻璃纤维包裹在镍芯导体4上，绝缘体3通过外层编织了网套的中间层波纹金属软管2，包裹于镍芯导体4与波纹金属软管之间；穿入波纹金属软管2内壁的玻璃纤维外表面与波纹金属软管2内表面之间的内间隙填充了氧化铝粉，外层屏蔽体编织了金属不锈钢网套。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明采用金属屏蔽和密封技术以及合理的屏蔽和弯曲结构，独特的选取相应的屏蔽体和可弯曲的高温绝缘材料及结构。电缆金属屏蔽层密封性能优良，使电缆高空性能好电磁外泄也小，可屏蔽点火能量的杂散辐射，可有效避免和防止对现场其它弱电设备、场电子设备的电磁干扰；电缆中间绝缘层玻璃纤维/氧化铝粉耐高温易弯曲强度高；镍芯导体耐高温抗氧化传输损耗低，连接头为陶瓷/金属密封接头耐高温、绝缘性能优良并能有效实现陶瓷与金属的密封。

外层采用不锈钢网套、金属编织+波纹金属管波纹金属管双屏蔽结构，抗腐蚀、耐氧化，抗油、抗水、抗结焦、耐高温，不受气压污染影响，安全可靠。

包含了采用金属编织+波纹金属带，利用金属屏蔽层的反射、吸收及趋肤效应实现防止电磁干扰及电磁辐射的功能，具有非常好的电磁兼容(EMC)特性。趋肤效应是指电流在导体截面的分布随频率的升高而趋于导体表面分布，频率越高，趋肤深度越小，即频率越高，电磁波的穿透能力越弱。利用金属对电磁波的反射、吸收和趋肤效应原理，有效地防止外部电磁干扰进入电缆，同时也阻止内部信号辐射出去，干扰其它设备的工作，并能够抵消电磁感应在屏蔽层上界面反射产生反向电磁场，干扰电磁波能量，避免电缆长度、电缆皮电流随入射场波形、电缆屏蔽层感应电流耦合电磁脉冲能量的串扰。波纹金属管气密性好，还能够减小因耦合而引起的干扰信号侵入。电磁感应在波纹金属管金属屏壁内产生涡流，使电磁波消耗于涡流的热效应中，吸收涡流损耗能量，抵消电磁波屏蔽体界面反射能量，不能向外发射，从而可以避免对无线电波的干扰，屏蔽点火能量的杂散辐射，防止对其他现场电子设备的电磁干扰。在潮湿环境甚至在水中也能正常发火。能在-55℃～+400℃环境温度、22000m高空等恶劣条件下长期可靠工作。能够达到50dB以上屏蔽效能，重量、电磁屏蔽性能满足GJB等相关规定要求。多层金属屏蔽克服了现有技术在-55℃～+120℃环境温度以及电磁屏蔽性能不能满足GJB相关规定要求，重量超标工艺性差，使用环境温度不满足要求等。

传输损耗低。中间绝缘层采用玻璃纤维/氧化铝粉混合层，玻璃纤维丝包裹于中心导体，氧化铝粉填充于玻璃纤维丝间隙提高绝缘体绝缘强度，代替传统的陶瓷高温绝缘体并能实现弯曲性能。使用高温可达400℃耐高温，使用高度可达22000米高空，直流耐压可达20kV高绝缘性，可屏蔽点火能量的杂散辐射，恶劣环境适应能力强，装配工艺性好，能够达到50dB以上屏蔽效能，重量、电磁屏蔽性能满足GJB等相关规定要求的电磁屏蔽点火电缆。

镍芯导体耐高温、抗氧化易焊接，构成了点火电缆的载流通道。中心镍芯导体耐高温抗氧化，传输损耗低。

本发明采用多层金属屏蔽、高温绝缘材料、镍芯导体以及高温密封接头构成的点火电缆，避免了传统的网套存在很多电磁泄漏点缺陷，或网套加金属管电磁兼容不达标，重量超标，四氟材料耐高温性能差，陶瓷弯曲性能差等缺陷，可以从根本上克服高温、高空电磁脉冲(HEMP)能量大,要求绝缘强度高，频谱宽,覆盖范围广引起通信、电子和电力系统的损伤或破坏，提高汽车、船舶、飞行器电子电器部件的电磁抗扰特性、高温、高空使用性能以及运行可靠性和安全性。

两端连接头为陶瓷/金属密封接头，耐高温、绝缘性能优良能良好辅助实现电缆的、高空以及高绝缘性能。

本发明还可以广泛应用于电力、冶金、石化等高温/恶劣环境系统，可直接用于点燃天然气、液化石油气、煤油、柴油、重油、渣油等技术领域。

附图说明

本发明的具体结构由以下的实施例及其附图给出，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

图1是本发明点火电缆结构示意图。

图中：1不锈钢金属丝网套、2波纹金属软管、3绝缘体、4镍芯导体、5耐高温连接头。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的实施例中，耐高温高电压高绝缘性能点火电缆，包括外层屏蔽体、中间层和内层绝缘体其中，镍芯导体4穿过内层绝缘体3。外层屏蔽体1由不锈钢网套和一种外型象规则的波浪样的金属管材，中间层绝缘层由柔软的细丝和细沙包裹成的绝缘体，两端为针或孔式陶瓷/金属密封耐高温连接头。外层屏蔽体可以采用不锈钢金属丝编织网套和/或加层硅胶套为屏蔽体保护结构。波纹金属软管可以采用易弯曲，且能密封屏蔽结构的镍合金波纹软管。方便实现点火电缆的整体密封，提高点火电缆的高空使用性能，同时也是点火电缆与外部连接的端口，在点火电缆两端连接头上设有由陶瓷金属密封的耐高温连接头5。点火电缆最佳直径范围为5mm～50mm。

作为绝缘体之一的玻璃纤维包裹在镍芯导体4上，绝缘体3通过外层编织了网套的中间层波纹金属软管2，包裹于镍芯导体4与波纹金属软管之间，穿入波纹金属软管2内壁的玻璃纤维外表面与波纹金属软管2内表面之间的内间隙填充了氧化铝粉，外层屏蔽体编织了金属不锈钢网套。

在主要由不锈钢金属丝网套1、镍合金波纹软管2、绝缘体3、镍芯导体4和连接头5组成的点火电缆中，绝缘体3包括玻璃纤维/氧化铝粉，在波纹金属软管外层编织金属不锈钢网套，镍芯导体4包裹适量玻璃纤维绝缘体然后穿入波纹金属软管2，并将氧化铝粉填充于波纹金属软管2内间隙。波纹金属软管2通过旋转挤压金属软管/绝缘复合体制成，在两端装配并焊接连接头5，镍芯导体4穿过连接头5内孔，装配时将连接头5与波纹金属软管绝缘处间隙用氧化铝粉填充，压紧，用钎焊将金属软管焊接于连接头5陶瓷基体上，不锈钢金属丝网套1钎焊接于连接头5金属体上，剪去多余的镍芯导体4并焊接，点火电缆检漏合格后，即可实现点火电缆高空性能要求，其中，波纹金属软管2在点火电缆，既实现了电磁兼容性能又满足了产品弯曲性和重量要求。

波纹金属软管2是一种外型规则的波浪样的金属波纹管管材，常用的波纹金属软管2有碳钢的和不锈钢的，也有钢质衬朔的、铝质的等等。主要用于需要很小的弯曲半径非同心轴向传动，或者不规则转弯、伸缩，或者吸收管道的热变形等，或者不便于用固定弯头安装的场合做管道与管道的连接。波纹金属软管(简称波纹管)是现代工业管路中一种高品质的柔性管道。波纹管金属软管在美洲习惯称作波形管(CorrugatedTube)或波纹囊(CorrugatedBox)，在欧洲一般称作金属囊(德Metallbulgen，英MetalBellows)。波纹金属软管主要由波纹管、网套和接头组成。波纹金属软管2内管是具有螺旋形或环形波形的薄壁镍合金不锈钢波纹管。波纹金属软管2外层的网套是由相互交叉的若干股不锈钢丝或若干绽金属带按一定顺序编织或按一定的参数，以规定的角度套装在波纹金属软管2外表面编织而成的，起着加强和屏蔽的作用。波纹金属软管2是金属软管的本体，起着挠性、屏蔽以及密封的作用；网套起着加强、屏蔽和保护的作用。编织了网套的波纹管，其强度可以提高十几倍至几十倍。波纹金属软为环形波纹管，是若干圆环膜片外缘与若干凹面向心的半圆环相切接，内缘与若干凹面背心的半圆环相切接的特殊几何形状的管子，保证波纹金属软管2波纹部分极少面积接触外网套，减少网套与波纹部分的相对摩擦，便于波纹金属软管2波纹管弯曲不直接地受到、撞击等方面的机械损伤。波纹金属软管具有耐腐蚀、耐高温、耐低温(-196℃～600℃)，重量轻、体积小、有挠性大、弹性好、柔软性好的特点。连接头起密封和接插的作用，提高点火电缆整体高空性能。

Claims (10)

1.一种耐高温高电压高绝缘性能点火电缆，，包括外层屏蔽体、中间层和内层绝缘体，其特征在于:镍芯导体(4)穿过内层绝缘体(3)，作为绝缘体之一的玻璃纤维包裹在镍芯导体(4)上，绝缘体(3)通过外层编织了网套的中间层波纹金属软管(2)，包裹于镍芯导体(4)与波纹金属软管之间，穿入波纹金属软管(2)内壁的玻璃纤维外表面与波纹金属软管(2)内表面之间的内间隙填充了氧化铝粉，外层屏蔽体编织了金属不锈钢网套。

2.根据权利要求1所述的耐高温高电压高绝缘性能点火电缆，其特征在于，外层屏蔽体采用不锈钢金属丝编织网套和/或加层硅胶套为屏蔽体保护结构。

3.根据权利要求1所述的耐高温高电压高绝缘性能点火电缆，其特征在于，波纹金属软管采用易弯曲，且能密封屏蔽结构的镍合金波纹软管。

4.根据权利要求1所述的耐高温高电压高绝缘性能点火电缆，其特征在于，绝缘体(3)采用易弯曲、耐高温、绝缘优良的玻璃纤维+氧化铝粉形成的混合体结构。

5.根据权利要求1所述的耐高温高电压高绝缘性能点火电缆，其特征在于，点火电缆两端连接头上设有由陶瓷金属密封的耐高温连接头(5)。

6.根据权利要求1所述的耐高温高电压高绝缘性能点火电缆，其特征在于，点火电缆最佳直径范围为5mm～50mm。

7.根据权利要求1所述的耐高温高电压高绝缘性能点火电缆，其特征在于，中间层绝缘层由柔软的细丝和细沙包裹成的绝缘体，两端为针或孔式陶瓷/金属密封耐高温连接头(5)。

8.根据权利要求1所述的耐高温高电压高绝缘性能点火电缆，其特征在于，波纹金属软管(2)通过旋转挤压金属软管/绝缘复合体制成。

9.根据权利要求1所述的耐高温高电压高绝缘性能点火电缆，其特征在于，波纹金属软管(2)内管是具有螺旋形或环形波形的薄壁镍合金不锈钢波纹管。

10.根据权利要求1所述的耐高温高电压高绝缘性能点火电缆，其特征在于，波纹金属软管(2)外层的网套是由相互交叉的若干股不锈钢丝或若干绽金属带按一定顺序编织或按一定的参数，以规定的角度套装在波纹金属软管(2)外表面编织而成的。