CN108682493A - 一种重频高压脉冲大电流同轴电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重频高压脉冲大电流同轴电缆，由内到外有内导体(1)、第一绕包层(2)、内绝缘层(3)、外导体(5)和第三绕包层(6)、外绝缘层(7)和外护套(8)。所述内导体(1)外包裹有第一绕包层(2)，所述第一绕包层(2)厚度与内导体(1)半径的比为1:10～1:20，所述内绝缘层(3)包在第一绕包层(2)上，所述第二绕包层(4)与第一绕包层(2)厚度的比值为1:0.5～1:0.75，所述外导体(5)与内导体(1)内通过同一回路的相反电流，且所述外导体(5)为镀锡铜丝编织而成的网状结构。本发明重频高压脉冲大电流同轴电缆，通过高压大电流，重力轻，弯曲性好，能够适应在重复频率工况下工作。

Description

一种重频高压脉冲大电流同轴电缆

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种重频高压脉冲大电流同轴电缆。

背景技术

脉冲功率技术是一种特种电源技术，其通过能量的长时间存储和瞬时释放实现能量的压缩和功率的放大。

脉冲功率被广泛应用于电磁发射、核聚变、强磁场脉冲等特种应用领域。通常，脉冲功率系统采用模块化设计，由数十到数百台脉冲功率单元组成，瞬时功率巨大。比如，用于导轨式电磁发射系统，其瞬时功率达到数十吉瓦(100亿瓦)。数量众多的脉冲功率单元与负载之间需要通过电缆连接，该电缆工作于高压环境，单根电缆承载电流达到数十万安培，在负载端汇流后总电流达到数百万安培。若按照通用直流电缆设计规范，其截面将达到数万平方毫米，难以工程应用。

脉冲功率中负载和储能模块间能量传输的同轴电缆必须具备载流能力大、连续工作温升小、弯曲半径小和安全可靠的性能才能完成功率的极具放大。具有大载流量的导线的电流集肤效应(也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导线内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加)越严重，电缆载流量越大，导致电缆的直径越大，电缆的重量越大，弯曲性能越差，耐高温性越差。而普通电缆由于其载流能力小、允许工作温度低、重量大，因此完全不能适应于工程化的高能级、高功率和重频使用的脉冲功率系统。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明重频高压脉冲大电流同轴电缆，内导体和外导体通过同一回路的大小相同，方向相反的电流，而正反电流的相位差所产生的磁场相互抵消的原理，可以消除内外导体之间的电动力，抵消内外导体间的磁场，达到内外导体阻抗平衡的目的，使得该同轴电缆对外没有辐射磁场，连续工作温升小；且内导体通过若干铜导线绞合而成，保证作为电缆中心的结构，外导体采用镀锡铜丝编织而成，编织网状结构的密度为80％～88％，编织网减小电缆的重量，从而使电缆在通过高压大电流的同时能够保证较轻的重量和较好的弯曲柔韧性，以适应于导轨式电磁发射。

为了实现上述目的，本发明提供一种重频高压脉冲大电流同轴电缆，包括内导体、内绝缘层和外导体，所述内导体为镀锡铜丝绞合而成的绞圆结构，其包括若干细铜导线，若干细铜导线朝同一方向扭转相互缠绕绞合而成一股或若干股导线，所述内导体外表面包裹有第一绕包层，所述第一绕包层的厚度与所述内导体的半径的比值为1:10～1:20，所述内绝缘层挤包在所述第一绕包层的外圆周上，所述内绝缘层和所述外导体之间设有第二绕包层，所述第一绕包层和所述第二绕包层由半导体材料和防护材料混合组成，所述第二绕包层的厚度与所述第一绕包层的厚度的比值为1:0.5～1:0.75，所述外导体外表面依次挤包有第三绕包层、外绝缘层和外护套；

所述外导体与所述内导体内分别通过同一回路大小相同，反向相反的电流，且所述外导体为镀锡铜丝编织而成的网状结构，所述外导体的截面积与所述内导体的截面积通过匹配设计实现内外导体阻抗的平衡，通过通入相反电流和不同结构设计在减小电缆重量的同时，消除内外导体之间的电动力，使得同轴电缆对外没有辐射磁场。

进一步地，所述第三绕包层由半导体材料和防护材料混合制作而成，所述第三绕包层的厚度与所述第一绕包层的厚度之比为1:0.95～1:1.05。

进一步地，所述内绝缘层和所述外绝缘层采用硅橡胶或乙丙橡胶制作而成。

进一步地，第一绕包层、第二绕包层和所述第三绕包层均采用无卤带。

进一步地，所述外护套采用聚氨酯或低烟无卤阻燃橡胶混合物制作而成。

进一步地，所述外导体的截面积根据通过所述外导体的峰值电流确定。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明重频高压脉冲大电流同轴电缆，内导体和外导体通过同一回路的大小相同，方向相反的电流，而正反电流的相位差所产生的磁场相互抵消的原理，可以消除内外导体之间的电动力，抵消内外导体间的磁场，达到内外导体阻抗平衡的目的，使得该同轴电缆对外没有辐射磁场，连续工作温升小；且内导体通过若干铜导线绞合而成，保证作为电缆中心的结构，外导体采用镀锡铜丝编织而成，编织网状结构的密度为80％～88％，编织网减小电缆的重量，从而使电缆在通过高压大电流的同时能够保证较轻的重量和较好的弯曲柔韧性，以适应于脉冲功率。

(2)本发明重频高压脉冲大电流同轴电缆，内导体和外导体之间设有第一绕包层、内绝缘层和第二绕包层，第一绕包层和第二绕包层采用半导体材料和防护材料混合制作而成，防护材料用于隔离金属制成的内导体和内绝缘层，第一绕包层2厚度与内导体1半径之间的比值为1:10～1:20，实现对内导体的机械保护，半导体材料用于均衡内导体的导体电场分布，保证内导体的导电性能。

(3)本发明重频高压脉冲大电流同轴电缆，内绝缘层挤包在第一绕包层的外圆周上，内绝缘层的厚度与外导体厚度之比为1:0.95～1:1.18，用于内导体和外导体之间相反极性电流的高压隔离，保证内外导体通过相反的电流的同时相互之间不会干扰。

附图说明

图1为本发明实施例一种重频高压脉冲大电流同轴电缆的结构示意图；

图2为本发明实施例内导体的结构示意图；

图3为本发明实施例一种重频高压脉冲大电流同轴电缆的剖视图。

所有附图中，同一个附图标记表示相同的结构与零件，其中：1-内导体、2-第一绕包层、3-内绝缘层、4-第二绕包层、5-外导体、6-第三绕包层、7-外绝缘层、8-外护套。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明实施例一种导轨式电磁发射的高压大电流同轴电缆的结构示意图。图2为本发明实施例内导体的结构示意图。如图1和图2所示，用于导轨式电磁发射的大电流同轴电缆由内之外依次设有内导体1、第一绕包层2、内绝缘层3、第二绕包层4、外导体5、第三绕包层6、外绝缘层7和外保护套8，设置在最内层的内导体1，内导体1为采用镀锡铜线绞合而成的绞合圆形结构，其包括若干细铜导线，若干细铜导线朝同一方向扭转相互缠绕绞合而成一股或多股导线，绞合而成的内导体1作为电缆的中心结构，既保证了强度，也运用若干导线缠绕绞合的方式削弱了电流集肤效应带来的影响，使得电缆能够通过较大电流的同时减小电缆的直径，从而减小电缆的重量；内导体1外表面包裹有第一绕包层2，第一绕包层2厚度与内导体1半径之间的比值为1:10～1:20，第一绕包层2由半导体材料和防护材料混合制作而成，防护材料用于隔离金属制成的内导体1和内绝缘层3，实现对内导体1的机械保护，半导体材料用于均衡内导体1的导体电场分布，保证内导体1的导电性能。

图3为本发明实施例一种导轨式电磁发射的高压大电流同轴电缆的剖视图。如图3所示，外导体5的表面为镀锡铜丝编织的网状结构，其整体为由多条细铜丝交叉编织成筒状结构，编织网状结构同样可以减小电流集肤效应带来的影响，以实现在同样截面积的导体上承载更大的电流，镀锡铜丝编织网能够连续通入特大电流脉冲，其结构紧密稳定，安全可靠，提高了电缆的实用寿命，与普通的两芯规格直流电缆相比，有效减小了电缆外径和重量，实现了通过超大电流的电缆的轻型化，以适用于脉冲功率中负载和储能模块间的能量传输，同时编织网状结构能增加电缆的柔韧性，外导体5编织网状结构的编织密度与单位截面积通过的电流大小相对应，编织网状结构的编织密度越大，单位截面通过的电流越大，但编织网的密度越大外导体5的重量越大，弯曲性能即柔韧性越差，本发明中编织网状结构的密度选取为80％～88％，最优选为85％，以此在通过大电流的前提下，兼顾电缆尺寸的小型化和柔韧性的要求。

外导体5与内导体1采用的不同的结构形式以适应不同电缆内部不同的位置，且外导体5和内导体1内分别通过同一回路大小相同，方向相反的电流，且因外导体5采用镀锡编织结构，编织结构较绞合结构密度小，外导体5的截面积大于内导体1的截面积，从而正反电流的相位差所产生的磁场相互抵消的原理，可以消除内外导体之间的电动力，抵消内外导体间的磁场，达到内外导体阻抗平衡的目的，使得该同轴电缆对外没有辐射磁场，连续工作温升小。同轴电缆的内外导体的截面积根据通过的峰值电流设计，在毫秒级短时脉冲应用下其电流密度可达常规电缆的数百至数千倍，为此同轴电缆可以更加容易地实现紧凑化布置，弯曲时仅需要普通陆用电缆1/3～1/4空间，完全适用于弯曲半径要求很小的场所，即提高设备电磁兼容性又提高通过大电流的电缆的集成度，减小大电流电缆的截面积和重量，使其能够应用于脉冲功率，保证负载和储能模块间能量传输的稳定性。

内绝缘层3挤包在第一绕包层2的外圆周上，内绝缘层3的厚度与外导体5厚度之比为1:0.95～1:1.18，内绝缘层3用于内导体1和外导体5之间相反极性电流的高压隔离，保证内外导体通过相反的电流的同时相互之间不会干扰；内绝缘层3外包裹有第二绕包层4，第二绕包层4的厚度较第一绕包层2的厚度大，用于进一步隔绝内导体1和外导体5，减小二者之间的干扰，第二绕包层4的厚度与第一绕包层2的厚度的比值为1:0.5～1:0.75。

第三绕包层6挤包在外导体5外圆周上，第三绕包层6的厚度与第一绕包层2的厚度相当，第三绕包层6与第一绕包层2的厚度之比为1:0.95～1:1.05，第三绕包层6与第一绕包层2一样由半导体材料和防护材料混合制作而成，防护材料用于隔离金属制成的外导体5和外绝缘层7，实现对外导体5的机械保护，半导体材料用于均衡外导体5的导体电场分布，保证外导体5的导电性能。

外护套8包裹在外绝缘层7的外圆周上，外绝缘层7的厚度与内绝缘层3的厚度相同，外护套8为电缆的内部结构提供保护，外护套8采用聚氨酯或低烟无卤阻燃橡胶混合物等机械性能强柔软性好的材料制作而成，外护套8具有较高的柔软性和机械性能，使电缆具有优异柔软性能、耐日光老化、耐水解、耐油、耐磨损、抗撕裂等性能。

作为优选，第一绕包层2、第二绕包层4和第三绕包层6均采用无卤带，使电缆具有低烟阻燃低毒、环保、结构紧密，加工方便和运行时安全可靠等性能。

作为优选，内绝缘层3和外绝缘6层采用硅橡胶或乙丙橡胶等高压绝缘材料制作而成，使得电缆的工作温度提高至180℃以上，满足连续脉冲大电流通流对温度的苛刻要求，适用于传输特种大电流脉冲、空间有限、电缆弯曲半径要求高的场合，以适应于脉冲功率中负载和储能模块间的能量传输。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种重频高压脉冲大电流同轴电缆，包括内导体(1)、内绝缘层(3)和外导体(5)，其特征在于，所述内导体(1)为镀锡铜丝绞合而成的绞圆结构，其包括若干细铜导线，若干细铜导线朝同一方向扭转相互缠绕绞合而成一股或若干股导线，所述内导体(1)外表面包裹有第一绕包层(2)，所述第一绕包层(2)的厚度与所述内导体(1)的半径的比值为1:10～1:20，所述内绝缘层(3)挤包在所述第一绕包层(2)的外圆周上，所述内绝缘层(3)和所述外导体(5)之间设有第二绕包层(4)，所述第一绕包层(2)和所述第二绕包层(4)由半导体材料和防护材料混合组成，所述第二绕包层(4)的厚度与所述第一绕包层(2)的厚度的比值为1:0.5～1:0.75，所述外导体(5)外表面依次挤包有第三绕包层(6)、外绝缘层(7)和外护套(8)；

所述外导体(5)与所述内导体(1)内分别通过同一回路大小相同，反向相反的电流，且所述外导体(5)为镀锡铜丝编织而成的网状结构，所述外导体(5)的截面积与所述内导体(1)的截面积通过匹配设计实现内外导体阻抗的平衡，通过通入相反电流和不同结构设计在减小电缆重量的同时，消除内外导体之间的电动力，使得同轴电缆对外没有辐射磁场。

2.根据权利要求1所述的一种重频高压脉冲大电流同轴电缆，其特征在于，所述第三绕包层(6)由半导体材料和防护材料混合制作而成，所述第三绕包层(6)的厚度与所述第一绕包层(2)的厚度之比为1:0.95～1:1.05。

3.根据权利要求1所述的一种重频高压脉冲大电流同轴电缆，其特征在于，所述内绝缘层(3)和所述外绝缘层(3)采用硅橡胶或乙丙橡胶制作而成。

4.根据权利要求1所述的一种重频高压脉冲大电流同轴电缆，其特征在于，第一绕包层(2)、第二绕包层(4)和所述第三绕包层(6)均采用无卤带。

5.根据权利要求1所述的一种重频高压脉冲大电流同轴电缆，其特征在于，所述外护套(8)采用聚氨酯或低烟无卤阻燃橡胶混合物制作而成。

6.根据权利要求1所述的一种重频高压脉冲大电流同轴电缆，其特征在于，所述外导体(5)的截面积根据通过所述外导体的峰值电流确定。