CN114242310A - 一种铁路用抗弯折电缆结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路用抗弯折电缆结构,包括绝缘护套以及设置在所述绝缘护套内部的绝缘内衬和碳纤维复合导线,碳纤维复合导线包括内芯和套在内芯上的导体,内芯为碳纤维扁线;绝缘内衬填充在导体和所述绝缘护套之间;所述绝缘护套使得所述碳纤维复合导线绕X轴弯曲,其中,所述X轴为与该内芯的横截面的长度方向平行的直线。本发明提出的铁路用抗弯折电缆结构,碳纤维扁线相比圆线,沿其宽侧的弯曲性能更佳。设计时抗弯折电缆结构巧妙的采用非对称的外绝缘结构,使得抗弯折电缆结构顺着内层碳纤维扁线的宽侧弯曲,在保证抗弯折电缆结构强度的同时,使得抗弯折电缆结构的弯曲性能更佳,更容易在绕线盘上收卷。
Description
技术领域
本发明属于电缆领域,更具体地,涉及一种铁路用抗弯折电缆结构。
背景技术
电气化铁路由于其牵引功率大、节能环保、运营能力高、速度快等优点,是当前世界各国优选的铁路牵引动力方式。由于铁路运输对安全型近乎苛刻的要求,系统可靠性永远是铁路技术发展的首要指标之一。供电系统是电气化铁路建设的核心部分,电气化铁路电缆作为牵引动力的传输纽带,则是整个供电系统的源头。
现有技术中的电气化铁路电缆多数采用直埋或电缆沟敷设,环境比较潮湿,甚至长期与水接触,电缆容易受潮,电缆受潮后水分会逐渐渗透到电缆绝缘内部的导线上,影响电缆的使用寿命。同时现有技术中的铁路电缆均是在靠外一层设置金属铠装层来增加电缆的抗拉强度,但是导线在弯曲时金属铠装层会对其内部设置的导线进行挤压,有可能造成导线的破裂等,同时电缆在收卷时不易弯曲,影响其收卷和转运。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种铁路用抗弯折电缆结构,利用碳纤维材料重量轻,强度高的特色,可以使得导体外层不加金属铠装,减轻重量的同时增加了导体的综合强度,提高了导线的安全可靠性,而且绝缘护套使得碳纤维复合导线有一个预弯曲,即有一个弯曲指引路径,便于电缆结构顺着该弯曲指引路径继续弯曲而不会朝其它方向随意弯曲,更容易收卷。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种铁路用抗弯折电缆结构,其特征在于,包括绝缘护套以及设置在所述绝缘护套内部的绝缘内衬、绕包层和碳纤维复合导线,其中:
所述碳纤维复合导线包括内芯和套在所述内芯上的导体,所述内芯为碳纤维扁线;
所述绕包层缠绕在所述导体和所述绝缘内衬上,从而包裹住所述所述导体和所述绝缘内衬;
所述绝缘护套套在所述绕包层上,并且该绝缘护套使得所述碳纤维复合导线绕X轴弯曲,其中,所述X轴为与该内芯的横截面的长度方向平行的直线。
优选地,所述碳纤维复合导线在所述绝缘护套内保持预拉状态,即该碳纤维复合导线上存在预拉应力。
优选地,所述内芯的横截面的等效圆直径为3.5mm-11mm,所述导体的横截面的外边缘的面积为5mm2~30mm2。
优选地,所述绕包层采用玻纤带。
优选地,所述内芯的强度为2100MPa-2750MPa。
优选地,所述导体的横截面的外边缘为圆形、椭圆形或者梯形。
优选地,所述碳纤维复合导线设置有多根。
优选地,所述绝缘内衬填充在任意相邻两根碳纤维复合导线与绝缘护套围成的空间内。
优选地,所述绝缘护套包括内层和外层,并且它们均由交联聚乙烯制成。
优选地,对于所述绝缘护套的横截面而言,其由两段弧线分别取代梯形的两底形成的图形,并且两段弧线的开口朝向相同,取代梯形较短的底的弧线的开口朝向梯形的宽度较大的一端。
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)本发明提出的铁路用抗弯折电缆结构,采用碳纤维扁线制成的内芯和导体复合形成碳纤维复合导线,利用碳纤维材料重量轻,强度高的特色,可以使得导体外层不加金属铠装,减轻重量的同时增加了导体的综合强度,提高了导线的安全可靠性。
2)本发明提出的铁路用抗弯折电缆结构,碳纤维扁线相比圆线,绕平行于横截面长度方向的直线的弯曲性能更佳。设计时抗弯折电缆结构巧妙的设计绝缘护套,使得抗弯折电缆结构顺着内层的碳纤维扁线的更容易弯曲的方向弯曲,在保证抗弯折电缆结构强度的同时,使得抗弯折电缆结构的弯曲性能更佳,更容易在绕线盘上收卷。
3)本发明提出的铁路用抗弯折电缆结构,综合重量得到减轻,同时电缆结构的综合强度更高,能减小弧垂,弧垂特性更优秀,使得电缆结构用于桥架铺设或者架空铺设成为可能。
附图说明
图1是本发明的剖面示意图;
图2是本发明的初始成型后的弯曲状态的示意图。
在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:
1-碳纤维扁线;2-导体;3-内衬;4-绝缘护套;41-内芯;导体42。
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。
参照图1,一种铁路用抗弯折电缆结构,包括绝缘护套1以及设置在所述绝缘护套1内部的绕包层3、绝缘内衬2和碳纤维复合导线4,其中:
所述碳纤维复合导线4包括内芯41和套在所述内芯41上的导体42,所述内芯41为碳纤维扁线,所述导体42的横截面的外边缘为圆形、椭圆形或者梯形,导体42的电性能一般按照材质,材质有铜,铜合金,软铝或硬铝,导电率从61.5%IACS~100%IACS。采用碳纤维扁线与导体42复合的结构,不仅提高了导体42的弯曲性能,也提高导体42的强度,与常规导线相比,碳纤维复合导线4具有重量轻、抗拉强度大、耐热性能好、热膨胀系数小、高温弧垂小、导电率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好。
所述绕包层3缠绕在所述导体42和所述绝缘内衬2上,从而包裹住所述所述导体42和所述绝缘内衬2;绝缘内衬2起填充和屏蔽作用,需要保证绝缘内衬2外形的规整,方便后面用绕包层3来进行绝缘包覆,绕包层3优选采用玻纤带,其具有耐高温、保温隔热、绝缘、防火阻燃的优点。
所述绝缘护套1套在所述绕包层3上,并且该绝缘护套1使得所述碳纤维复合导线4绕X轴弯曲,其中,所述X轴为与该内芯41的横截面的长度方向平行的直线。所述绝缘护套1自身存在着内应力,可以从绝缘护套1自身的材料、成型工艺、形状特征等方面进行考虑来让绝缘护套1自身存在着内应力(譬如可通过数值模拟仿真、设计、实验等来达到),使得绝缘护套1在初始成型后便是弯曲状态,绝缘护套1成型后自身也是绕X轴弯曲,其弯曲带着所述碳纤维复合导线4也绕X轴弯曲。本发明优选从绝缘护套1的形状进行考虑,对于所述绝缘护套1的横截面而言,其由两段弧线分别取代梯形的两底形成的图形,梯形优选为等腰梯形并且两段弧线的开口朝向相同,取代梯形较短的底的弧线称上弧的开口朝向梯形的宽度较大的一端,取代梯形较短的底的弧线称下弧的长度要大于上弧。则绝缘护套1通过这样的横截面的设置,可以在成型后就因为上下上弧和下弧的不对称而受到内应力,从而呈弯曲状态。由于内芯41为碳纤维扁线,按照本领域技术人员的理解,扁线的横截面存在着宽方向对应长度方向和窄方向对应宽度方向。譬如,本发明的扁线的横截面可以为常规的长方形、椭圆或圆角矩形等形状,为长方形时,X轴方向为长方形的长的方向;为椭圆时,X轴方向为椭圆的长轴方向;为圆角矩形时,为与圆角矩形的最长的边平行的方向;扁线的横截面也可以为其它的扁平的异形,则其横截面的长度方向按本领域技术人员对图形长度方向的常规理解来定义,譬如通俗的理解为视觉上较长的方向或边缘上间距最大的两个点的连线的方向等。譬如,参照图1,对于横截面为椭圆的内芯41,该内芯41绕平行于其长轴的X轴弯曲,显然比绕平行于其短轴的Y轴更容易弯曲,或者比与X轴呈一定角度的转动中心线更容易弯曲,其绕X轴进行弯曲的性能显然更好,因此更容易在绕线盘上收卷。
进一步,所述碳纤维复合导线4在所述绝缘护套1内保持预拉状态,即该碳纤维复合导线4上存在预拉应力。预张力处理后,碳纤维复合导线4的内芯41处于预张状态,存在拉应力。因为内芯41的碳纤维材料的抗拉性能高而抗压性能差,内芯41在弯曲时,内芯41的外层受拉伸而内层受挤压,由于碳纤维复合导线4整体预先施加了一个拉应力,因此可以使得碳纤维复合导线4进行弯曲时,内芯41的内层先克服预加的张力后才可以进入弯曲状态受压,避免了碳纤维复合导线4经历小角度或者锐角弯曲时,内芯41的内层受到很大的压应力折断。
进一步,所述内芯41的横截面的等效圆直径为3.5mm-11mm,所述导体42的横截面的外边缘的面积为5mm2~30mm2,所述内芯41的强度为2100MPa-2750MPa。电缆尺寸是按照现行的钢芯截面积做的等效对应,复合材料的好处是可以精确的设计需要的强度和对应模量,强度范围是针对成本控制和实际需求的一个平衡。
进一步,所述碳纤维复合导线4设置有多根,所述绝缘内衬2填充在任意相邻两根碳纤维复合导线4与绝缘护套1围成的空间内。这些碳纤维复合导线4的长度方向相同,都可绕平行于长度方向的直线弯曲。
进一步,所述绝缘护套1包括内层和外层,并且它们均由交联聚乙烯制成。绝缘护套1采用两层形式,内层屏蔽的作用是因为导体42表面不均匀,所以需要内层屏蔽包裹保证表面均匀无毛刺,方便外层屏蔽包裹,内层屏蔽起到半绝缘作用,外层屏蔽起绝缘作用。
碳纤维扁线在其较宽的宽侧的弯曲性能更佳,同时因为其强度很高,是钢强度的1.5倍,可以取消外层提供强度的铠装,使得导线在保证强度的同时更佳容易弯曲。对于大规格大直径,电缆可以减小收线盘,使得生产,运输施工更方便。对于小规格小直径电缆,可以提高施工安全性,同时可以采用桥架铺设或者架空铺设,可以减少地面进水等环境因素影响,提高电缆寿命。
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,并不用以限制本发明,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 (10)
1.一种铁路用抗弯折电缆结构,其特征在于,包括绝缘护套(1)以及设置在所述绝缘护套(1)内部的绝缘内衬(2)、绕包层(3)和碳纤维复合导线(4),其中:
所述碳纤维复合导线(4)包括内芯(41)和套在所述内芯(41)上的导体(42),所述内芯(41)为碳纤维扁线;
所述绕包层(3)缠绕在所述导体(42)和所述绝缘内衬(2)上,从而包裹住所述所述导体(42)和所述绝缘内衬(2);
所述绝缘护套(1)套在所述绕包层(3)上,并且该绝缘护套(1)使得所述碳纤维复合导线(4)绕X轴弯曲,其中,所述X轴为与该内芯(41)的横截面的长度方向平行的直线。
2.根据权利要求1所述的一种铁路用抗弯折电缆结构,其特征在于,所述碳纤维复合导线(4)在所述绝缘护套(1)内保持预拉状态,即该碳纤维复合导线(4)上存在预拉应力。
3.根据权利要求1所述的一种铁路用抗弯折电缆结构,其特征在于,所述内芯(41)的横截面的等效圆直径为3.5mm-11mm,所述导体(42)的横截面的外边缘的面积为5mm2~30mm2。
4.根据权利要求1所述的一种铁路用抗弯折电缆结构,其特征在于,所述绕包层(3)采用玻纤带。
5.根据权利要求1所述的一种铁路用抗弯折电缆结构,其特征在于,所述内芯(41)的强度为2100MPa-2750MPa。
6.根据权利要求1所述的一种铁路用抗弯折电缆结构,其特征在于,所述导体(42)的横截面的外边缘为圆形、椭圆形或者梯形。
7.根据权利要求1所述的一种铁路用抗弯折电缆结构,其特征在于,所述碳纤维复合导线(4)设置有多根。
8.根据权利要求7所述的一种铁路用抗弯折电缆结构,其特征在于,所述绝缘内衬(2)填充在任意相邻两根碳纤维复合导线(4)与绝缘护套(1)围成的空间内。
9.根据权利要求1所述的一种铁路用抗弯折电缆结构,其特征在于,所述绝缘护套(1)包括内层和外层,并且它们均由交联聚乙烯制成。
10.根据权利要求1所述的一种铁路用抗弯折电缆结构,其特征在于,对于所述绝缘护套(1)的横截面而言,其由两段弧线分别取代梯形的两底形成的图形,并且两段弧线的开口朝向相同,取代梯形较短的底的弧线的开口朝向梯形的宽度较大的一端。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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