CN105551669B - 一种具有磁屏蔽功能的电力电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有磁屏蔽功能的电力电缆，其由内到外依次为导线、绝缘层、磁屏蔽层、保护层。所述电缆的磁屏蔽功能主要是由导体和磁屏蔽层组合结构产生的。导体芯线为三相多线制结构；导体芯线全部被磁屏蔽层包覆。所述的磁屏蔽层为相对磁导率为200～200000的软磁合金材料，磁屏蔽层为厚度为5μm～1mm的连续薄膜带，或纤维直径为5μm～0.3mm的纤维编织网。本发明所述电力电缆具有很好的磁屏蔽效果，可以有效的减少电缆在工作过程中对周围空间内所产生磁场的大小，降低对周围敏感体的电磁干扰，可以适用于复杂电磁环境下。

Description

一种具有磁屏蔽功能的电力电缆
技术领域
本发明属于电力电缆领域，尤其是一种具有磁屏蔽功能的电力电缆。
背景技术
随着经济的快速发展，电缆的需求也越来越多，不同的工作环境下电缆也不相同。在电气或电子系统中，电缆主要用于联接不同的系统，并实现不同系统之间能量与信息的有效传输。而随着工作电缆的变多，电磁环境越来越变得复杂，电缆之间的相互干扰也变得十分复杂。
现在电气化设备中，工作电缆主要分为电力电缆和通信电缆。而且由于设备的体积所限，电缆通常为电缆束的形式存在。电力电缆在电路中的作用主要是用于传输电能，由麦克斯韦理论我们知道电力电缆中流通的电流会在周围空间中产生磁场，并且电流越大，磁场也越大。而电力电缆产生的磁场也会在与电力电缆平行布线的通信电缆上产生一个感应电动势，感应电动势随磁场的大小成正比。而通信电缆中大部分传输的信号为电信号，实质为弱电电压。电力电缆对通信电缆产生的磁耦合感应电压将会对通信电缆中传输的弱电信号造成干扰，影响通信电缆的正常工作。这是明显的强电系统对弱电系统的电磁干扰。
而现有的电力电缆中大部分未进行自身磁屏蔽的设计，仅有的一些磁屏蔽电力电缆使用的屏蔽层为金属丝网，成本较高，且对实际传输电能过程中产生的低频磁场无磁屏蔽效果，电力电缆的使用受到限制。
发明内容
为了解决背景技术中存在的磁屏蔽问题，本发明提出了一种具有磁屏蔽功能的电力电缆，主要用于强、弱电系统紧密平行布线，且弱电系统对强电干扰屏蔽要求较高的情况中。
平行布线时，强电电路中的电流I对弱电信号回路系统中的感生电动势由法拉第电磁感应定律为：其中为回路所包围的磁通量。因此减少强电回路对弱电回路的干扰可以是减少弱电回路中所包围的磁通量，而磁通量由强电回路产生，即需要减少电力电缆对外界所产生的磁通量。由公式可以知道，当电缆位置确定，即闭合环路面积固定，此时磁通量与磁场密度线性相关。
一种具有磁屏蔽功能的电力电缆，其特征在于：由内到外依次为导线、绝缘层、磁屏蔽层、保护层。保护层使磁屏蔽层和外界绝缘，防止外界影响和机械损伤。导体芯线为三相多线制结构，导体芯线全部被磁屏蔽层包覆，所述的磁屏蔽层为相对磁导率为200～200000的软磁合金材料，磁屏蔽层为纤维编织网或厚度为5μm～1mm的连续薄膜带，或纤维直径为5μm～0.3mm的纤维金属编织网。
进一步，所述的一种具有磁屏蔽功能的电力电缆，其特征在于：
a)单线线路通过高磁导率的磁屏蔽层时，由于磁屏蔽材料的低磁阻性，磁场聚集在磁屏蔽材料低磁阻通道内；单线线路在磁屏蔽层内的磁通量大小为：
其中为磁屏蔽层内的磁通量，为单线线路产生的磁通量，μr为磁屏蔽层材料的相对磁导率；单线线路产生的磁通量为：
其中为磁通密度，为磁通面积；
磁通密度大小：
I为线路中的电流大小，r为距任意一点单线线路的距离，为磁通密度的方向；
b)三相线路A、B、C工作时，在磁屏蔽层内的总磁通量为：
而
分别为三相线路A、B、C中的相电流值；
三相电电流相量和为零
则
即A、B、C三相线路中产生的磁通在通过软磁合金材料的磁通相互抵消之后为0。
磁屏蔽层外部磁场大小由安培环路定律可得，
∮1H·d1＝I总
l为磁屏蔽层外部回路，H为磁屏蔽层外部磁场，I总为回路中电流和。
由磁场的边界条件可得：
R为电力电缆磁屏蔽外距电力电力电缆轴心的距离。回路中三相电相电流和为0，得出H＝0。磁屏蔽层外部磁场为0，实现磁屏蔽功能。
对于软磁合金材料外侧，A、B、C三相线路的磁通量在通过软磁合金材料的磁通量也会相互抵消，因此采用该种磁屏蔽结构的电力电缆可以有效的减少对外界环境干扰的磁通大小。
本发明提出的一种具有磁屏蔽功能的电力电缆，其磁屏蔽技术方案如下：电缆的导体为三相多线制结构，每根芯线外包覆一层绝缘层，芯线彼此之间相互绝缘；导体结构外为一层具有磁分流功能的金属屏蔽层，金属屏蔽层为具有高磁导率的软磁合金材料。导体结构和高磁导率金属屏蔽层组合使用才具有磁屏蔽功能。
本发明将导体线芯设计为三相多线结构而不使用单线形式，主要是因为高磁导率金属屏蔽层对单芯线路所产生的磁通只具有磁分路的效果，并不能根本地减少磁通大小。而三相电结构可以有效的减少磁通大小。
进一步说，本发明电力电缆具有的磁屏蔽效果为导体三相电结构形式和高磁导率金属屏蔽层共同作用而得到，两者相互配合才能达到理想的屏蔽效果。
本发明通过采用以上技术方案，达到以下有益效果。
1.可以有效减少电力电缆中工作电流产生的磁场对周围敏感体的影响。
2.造价较低，经济效益高。
3.运用范围广，可以在复杂电路环境下使用。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1为本发明电力电缆的磁屏蔽结构示意图。
图2为本发明的磁屏蔽结构原理图。
以上图中为：1、导体，2、绝缘层，3、高磁导率金属屏蔽层，4、保护层，R为电力电缆磁屏蔽外距电力电力电缆轴心的距离。A、B、C为三相芯线，阴影部分表示为磁通。
具体实施方式
在图1所示中，1为三相导体，A、B、C分别为三相芯线；3为高磁导率金属屏蔽层。高磁导率金属屏蔽层3对三相导体1进行全包覆，防止电力电缆工作时产生的磁通发生漏磁而影响磁屏蔽效果。而由于高磁导率金属屏蔽层3的运用，三相电线路产生的磁通进入3中。而由磁场边界条件可以知道此时在磁屏蔽层外围的磁场为匀强磁场。
在图2(a)中，A相线路外包覆高磁导率金属屏蔽层，磁通只是在高磁导率金属屏蔽层进行磁分路，磁通量并未变少；在(b)中由于三相电的相量和为0，产生的磁通在高磁导率金属屏蔽层内产生抵消，屏蔽层内部净磁通为0，电力电缆的外部不存在磁通量，起到磁屏蔽功能。
本发明附图只有三相线，但同样地原理也可以运用于三相多线制电力电缆，同样地需将所有芯线包覆于高磁导率磁屏蔽层内部。
本发明电力电缆使用的磁屏蔽结构，有效的减少了电力电缆对周围环境的磁污染，降低了强电线路对弱电线路的干扰。屏蔽层材料为高磁导率的金属材料，较其他屏蔽材料经济环保，具有很高的运用价值。
示例：
制备四种不同的电力电缆，分别为单裸线电力电缆；高磁导率材料作为金属屏蔽层的单线电力电缆；裸线三相电力电缆；高磁导率材料作为金属屏蔽层的三相芯线电力电缆。四种电力电缆分别对应编号为电缆1、电缆2、电缆3、电缆4。高磁导率材料为Fe-Si-Al材料，其相对磁导率大小为2×104。金属屏蔽层的厚度为20μm。将三种电缆运行在工作电流为70A的环境下，测试电缆周围空间内的磁场大小。测试结果如表1所示。
表1
从表1中可以看出，电缆2与电缆1相比较可以得出使用高磁导率材料作为单线线路的磁屏蔽层并不具备磁屏蔽功能。具有本发明中所述的磁屏蔽结构的电缆4相较于电缆3具有明显的磁屏蔽效果。从该实例中可以得出磁屏蔽结构可以有效的运用于电力电缆中，并且具有优异的磁屏蔽性能。
本发明的保护并不局限于以上所述，上述仅为本发明的较佳实施方案，凡根据本发明的技术方案及发明构思进行修改或等效替换，都在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种具有磁屏蔽功能的电力电缆，其特征在于：由内到外依次为导线、绝缘层、磁屏蔽层、保护层；导体芯线为三相多线制结构，导体芯线全部被磁屏蔽层包覆；
所述磁屏蔽层材料为相对磁导率为200～200000的软磁合金，磁屏蔽层中的磁通由下式确定：
a)单线线路通过高磁导率的磁屏蔽层时，由于磁屏蔽材料的低磁阻性，磁场聚集在磁屏蔽材料低磁阻通道内；单线线路在磁屏蔽层中的磁通量大小为：
其中为磁屏蔽层内的磁通量，为单线线路产生的磁通量，μr为磁屏蔽层材料的相对磁导率；单线线路产生的磁通量为：
其中B为磁通密度，S为磁通面积；
磁通密度大小：
I为线路中的电流，r为任意一点距单线线路的距离，为磁通密度的方向；
b)三相线路A、B、C工作时，在磁屏蔽层内的总磁通量为：
而
分别为三相线路A、B、C中的相电流值；
三相电电流相量和为零
<mrow> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mi>A</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mi>B</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mi>C</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow>
则
即A、B、C三相线路中产生的磁通在通过软磁合金材料的磁通相互抵消之后为0；磁屏蔽层为厚度为5μm～1mm的连续薄膜带。
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