CN106448875A - 内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电缆设备技术领域，尤其涉及一种内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆。本发明的内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆，包括由内至外依次套装的缆芯、内绝缘层、外绝缘层、金属防护套和橡胶护套，外绝缘层内嵌有磁环；内嵌的磁环由磁粉体和绝缘材料压制而成，以产生滤波电路；其中，磁粉体具有预设磁导率。该内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆在普通馈电电缆的基础上，在其外绝缘层内嵌套磁环，使其形成滤波电路，该滤波电路能对重复脉冲过电压进行有效抑制，以抑制能引起过电压脉冲的频谱分量，从而避免系统出现严重的电磁干扰现象，进而避免对系统的大功率器件、电机以及电缆造成累积损害，从而延长其使用寿命。

Description

内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆

技术领域

本发明涉及电缆设备技术领域，尤其涉及一种内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆。

背景技术

变频调速技术由于其卓越的调速性能、高安全可靠性、高设备利用率以及良好的节电效果，被广泛应用于轨道交通等领域的电力传动。电力传动应用到轨道交通的一个显著特点是容量大(大于10MW)，电压高(高于20kV)，通常需要采用大容量高压馈电电缆实现电力传输。但普通的大容量高压馈电电缆传输变频器电力电子元器件输出的脉冲电压会产生重复脉冲过电压问题，因为由变频器输出的脉冲电压上升沿极短(0.1～10μs)，脉冲频率较高(0.5～20kHz)，脉冲电压在馈电电缆以及电机绕组内传播时会发生波的反射和叠加作用，在馈电电缆中产生的过电压可以达到正常工作电压的2～3倍。

此外，轨道交通运行过程中，机车驱动设备进行频繁负荷切换，导致变频调速系统存在由于电流逆变器产生的5、7、11…等高次谐波，这些重复的脉冲过电压和高次谐波会对普通馈电电缆造成很大危害，长时间工作会导致绝缘层被逐步击穿。

目前的普通馈电电缆采用绝缘层、铜带缠绕的屏蔽层和铠装层的多层结构，不能对重复脉冲过电压进行有效抑制，导致系统存在严重的电磁干扰，对系统的大功率器件、电机以及电缆均造成累积损害，从而降低其使用寿命。

鉴于上述背景技术的缺陷，本发明提供了一种内嵌磁环的的脉冲过电压抑制高压馈电电缆。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有技术中的普通馈电电缆不能对重复脉冲过电压进行有效抑制，导致系统存在严重的电磁干扰的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆，包括由内至外依次套装的缆芯、内绝缘层、外绝缘层、金属防护套和橡胶护套，所述外绝缘层内嵌有磁环；内嵌的所述磁环由磁粉体和绝缘材料压制而成，以产生滤波电路；

其中，所述磁粉体具有预设的相对磁导率，所述相对磁导率为100～30000。

进一步的，所述磁粉体被均匀压制在所述绝缘材料内，以使所述磁环嵌套于外绝缘层内。

进一步的，压制后的所述磁粉体为多组间隔设置的块状磁性结构，所述绝缘材料均匀包覆于各个所述块状磁性结构外。

进一步的，所述磁粉体的材质为锰锌铁氧体或镍锌铁氧体中的一种或几种混合。

进一步的，所述磁环的径向厚度分别与内绝缘层的厚度和外绝缘层的厚度成预设比例设置。

进一步的，压制后的所述外绝缘层中，内嵌的所述磁环由第一磁性介质和第二磁性介质以粉末形式均匀混合后压制而成，该压制后的内嵌磁环的等效磁导率为μ_eff，则有：

其中，

μ₁—第一磁性介质的磁导率；

μ₂—第二磁性介质的磁导率；

ν₁，ν₂—所述第一磁性介质和第二磁性介质的体积参数，且满足ν₁+ν₂＝1。

进一步的，压制后的所述外绝缘层中，内嵌的所述磁环的单位长度分布电感为L，所有绝缘层的单位长度分布电容为C、单位长度分布导纳为G，则有：

其中，

a₀—所述磁环的内径；

b₀—所述磁环的外径；

t—所述磁环的轴向厚度；

a—所述外绝缘层的内径；

b—所述外绝缘层的外径；

ε—绝缘材料的介电常数；

σ—绝缘材料的电导率。

进一步的，所述单位长度分布电感L为0.1μH～100μH，所述单位长度分布电容C为10nF～10μF，所述单位长度分布导纳G为50MΩ以上。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明的内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆，包括由内至外依次套装的缆芯、内绝缘层、外绝缘层、金属防护套和橡胶护套，外绝缘层内嵌有磁环；内嵌的磁环由磁粉体和绝缘材料压制而成，以产生滤波电路；其中，磁粉体具有预设磁导率。该内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆在普通馈电电缆的基础上，在其外绝缘层内嵌套磁环，使其形成滤波电路，该滤波电路能对重复脉冲过电压进行有效抑制，以抑制能引起过电压脉冲的频谱分量，从而避免系统出现严重的电磁干扰现象，进而避免对系统的大功率器件、电机以及电缆造成累积损害，从而延长其使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例的内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆的横剖面结构示意图；

图2为本发明实施例的外绝缘层的剖面示意图；

图3为本发明实施例的滤波电路的电路示意图。

其中，1、缆芯；2、内绝缘层；3、外绝缘层；4、金属防护套；5、橡胶护套；6、磁环；7、绝缘材料。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

如图1所示，本实施例提供的内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆，包括由内至外依次套装的缆芯1、内绝缘层2、外绝缘层3、金属防护套4和橡胶护套5，外绝缘层3内嵌有磁环6；内嵌的磁环6由磁粉体和绝缘材料7压制而成，以产生滤波电路；其中，缆芯1为普通馈电电缆用的缆芯导体，磁粉体具有预设的相对磁导率，该磁粉体的相对磁导率的范围为100～30000。

该内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆在普通馈电电缆的基础上，在其外绝缘层3内嵌套磁环6，使其形成滤波电路，该滤波电路能对重复脉冲过电压进行有效抑制，以抑制能引起过电压脉冲的频谱分量，从而避免系统出现严重的电磁干扰现象，进而避免对系统的大功率器件、电机以及电缆造成累积损害，从而延长其使用寿命。

为了确保磁环电感量能满足对脉冲过电压的抑制效果，优选磁粉体被均匀压制在绝缘材料7内，以使磁环6嵌套于外绝缘层3内。

为了保证磁环6内嵌在外绝缘层3内后，该电缆依然具有良好的柔韧性，如图2所示，优选压制后的磁粉体为多组间隔设置的块状磁性结构，绝缘材料7均匀包覆于各个块状磁性结构外，由于块状磁性结构之间存在间隔，因此，该电缆在弯曲时，外绝缘层3不易发生断裂，确保电缆具有较长的使用寿命。

为了满足不同的抑制电压的频率分量要求，优选磁粉体的材质为锰锌铁氧体或镍锌铁氧体中的一种或几种混合。

本实施例中，磁环6的径向厚度分别与内绝缘层2的厚度和外绝缘层3的厚度成预设比例设置，即是说：该磁环6的径向厚度由内绝缘层2的厚度和磁环6嵌入外绝缘层3后的内外层保留厚度决定。

本实施例中，外绝缘层3中，内嵌的磁环6由第一磁性介质和第二磁性介质以粉末形式均匀混合后压制而成，该压制后的内嵌磁环6的等效磁导率为μ_eff，则有：

其中，

μ₁—第一磁性介质的磁导率；

μ₂—第二磁性介质的磁导率；

ν₁，ν₂—第一磁性介质和第二磁性介质的体积参数，且满足ν₁+ν₂＝1。

压制后的外绝缘层3根据上述的公式(1)的调整后，形成的滤波电路中，其单位长度分布电感为L，单位长度分布电容为C、单位长度分布导纳为G，则有：

其中，

a₀—磁环6的内径；

b₀—磁环6的外径；

t—磁环6的轴向厚度；

a—外绝缘层3的内径；

b—外绝缘层3的外径；

ε—绝缘材料7的介电常数；

σ—绝缘材料7的电导率。

如图3所示，在本实施例所述的外绝缘层3中，根据制备电缆的长度及截面尺寸，依据公式(1)～(4)调整外绝缘层3中内嵌的磁环6的磁粉体和绝缘材料7的比例，使其单位长度分布电感L、单位长度分布电容C和单位长度分布导纳G在指定范围内，为了保证滤波电路的抑制效果，优选单位长度分布电感L的范围为0.1μH～100μH，单位长度分布电容C的范围为10nF～10μF，单位长度分布导纳G的范围为50MΩ以上。

由此，本实施例的内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆对重复脉冲过电压能进行有效抑制，其抑制效果如表1所示：

表1脉冲过电压抑制高压馈电电缆对重复脉冲过电压的抑制效果表

由表1可以看出，本实施例的内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆与对比例的普通馈电电缆相比，对重复脉冲过电压明显具有非常良好的抑制效果，能够有效避免系统出现严重的电磁干扰现象，进而避免对系统的大功率器件、电机以及电缆造成累积损害，从而延长其使用寿命。

综上，本实施例的内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆，包括由内至外依次套装的缆芯1、内绝缘层2、外绝缘层3、金属防护套4和橡胶护套5，外绝缘层3内嵌有磁环6；内嵌的磁环6由磁粉体和绝缘材料7压制而成，以产生滤波电路；其中，磁粉体具有预设磁导率。该内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆在普通馈电电缆的基础上，在其外绝缘层3内嵌套磁环6，使其形成滤波电路，该滤波电路能对重复脉冲过电压进行有效抑制，以抑制能引起过电压脉冲的频谱分量，从而避免系统出现严重的电磁干扰现象，进而避免对系统的大功率器件、电机以及电缆造成累积损害，从而延长其使用寿命。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (8)

1.一种内嵌磁环的脉冲过电压抑制高压馈电电缆，其特征在于，包括由内至外依次套装的缆芯、内绝缘层、外绝缘层、金属防护套和橡胶护套，所述外绝缘层内嵌有磁环；内嵌的所述磁环由磁粉体和绝缘材料压制而成，以产生滤波电路；

其中，所述磁粉体具有预设的相对磁导率，所述相对磁导率为100～30000。

2.根据权利要求1所述的脉冲过电压抑制高压馈电电缆，其特征在于，所述磁粉体被均匀压制在所述绝缘材料内，以使所述磁环嵌套于外绝缘层内。

3.根据权利要求2所述的脉冲过电压抑制高压馈电电缆，其特征在于，压制后的所述磁粉体为多组间隔设置的块状磁性结构，所述绝缘材料均匀包覆于各个所述块状磁性结构外。

4.根据权利要求2所述的脉冲过电压抑制高压馈电电缆，其特征在于，所述磁粉体的材质为锰锌铁氧体或镍锌铁氧体中的一种或几种混合。

5.根据权利要求1所述的脉冲过电压抑制高压馈电电缆，其特征在于，所述磁环的径向厚度分别与内绝缘层的厚度和外绝缘层的厚度成预设比例设置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的脉冲过电压抑制高压馈电电缆，其特征在于，压制后的所述外绝缘层中，内嵌的所述磁环由第一磁性介质和第二磁性介质以粉末形式均匀混合后压制而成，该压制后的内嵌磁环的等效磁导率为μ_eff，则有：

${\mathrm{\ν}}_1\frac{{\mathrm{\μ}}_1-{\mathrm{\μ}}_{eff}}{{\mathrm{\μ}}_1+2{\mathrm{\μ}}_{eff}}+{\mathrm{\ν}}_2\frac{{\mathrm{\μ}}_2-{\mathrm{\μ}}_{eff}}{{\mathrm{\μ}}_2+2{\mathrm{\μ}}_{eff}}=0$

其中，

μ₁—第一磁性介质的磁导率；

μ₂—第二磁性介质的磁导率；

ν₁，ν₂—所述第一磁性介质和第二磁性介质的体积参数，且满足ν₁+ν₂＝1。

7.根据权利要求6所述的脉冲过电压抑制高压馈电电缆，其特征在于，压制后的所述外绝缘层中，内嵌的所述磁环的单位长度分布电感为L，单位长度分布电容为C、单位长度分布导纳为G，则有：

$L=t\frac{{\mathrm{\μ}}_{eff}}{2\mathrm{\π}}ln\frac{b_0}{a_0}$

$C=\frac{2\mathrm{\π}\mathrm{\ϵ}}{ln\frac{b}{a}}$

$G=\frac{2\mathrm{\π}\mathrm{\σ}}{ln\frac{b}{a}}$

其中，

a₀—所述磁环的内径；

b₀—所述磁环的外径；

t—所述磁环的轴向厚度；

a—所述外绝缘层的内径；

b—所述外绝缘层的外径；

ε—绝缘材料的介电常数；

σ—绝缘材料的电导率。

8.根据权利要求7所述的脉冲过电压抑制高压馈电电缆，其特征在于，所述单位长度分布电感L为0.1μH～100μH，所述单位长度分布电容C为10nF～10μF，所述单位长度分布导纳G为50MΩ以上。