CN114283969A - 脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构,包括由内至外依次设置的电缆芯、绝缘填充和外护套层,绝缘填充和外护套层一次挤出成型,电缆芯包括嵌入于绝缘填充内且由左至右依次间隔平行排列的第一集束导线组、第二集束导线组和第三集束导线组,第一集束导线组、第二集束导线组和第三集束导线组之间互相绝缘,第一集束导线组和第二集束导线组之间的电磁力与第二集束导线组与第三集束导线组之间的电磁力之和为0。本发明的电缆结构柔软性高,能合理分配载流,承载设备所需大电流供给,能合理设计电缆芯层间距,实现电磁力自消减,加强机械保护,电缆芯和绝缘接触面扩大,方便电缆芯排布,紧密性好,节省空间,易于敷设。

Description

脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构
技术领域
本发明属于电缆技术领域,具体涉及脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构。
背景技术
大功率发射器是以脉冲大电流作为能量来源,瞬间向外界提供动能的一类机器装备。电缆作为连接线需要传输高达几十kA甚至几百kA的脉冲电流,大功率发射器在短期内频繁运行时就会导致电缆温度急剧升高,最高可达180℃,若采用普通的交联型橡塑绝缘材料则不能满足使用要求,亟需发展耐高温的绝缘材料。
与此同时,大功率发射器的电力连接排布紧密,电缆的安装空间要尽可能小,尽量通过单根电缆完成电流的传输,因此,往往会采用两相同轴导体的电缆结构,但两相同轴导体之间的距离很小,在传输大电流时极易瞬间产生高达几十kN的电磁力,由电磁力引发的巨大排斥力将严重损伤机械性能较差的绝缘层,导致电缆使用寿命变短,需要频繁更换。
因此,设计一种
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题,本发明的目的在于提供脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构。
为实现上述目的,达到上述技术效果,本发明采用的技术方案为:
脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构,包括由内至外依次设置的电缆芯、绝缘填充和外护套层,所述绝缘填充和外护套层相适配且二者一次挤出成型,电缆芯包括嵌入于绝缘填充内且由左至右依次间隔平行排列的第一集束导线组、第二集束导线组和第三集束导线组,第一集束导线组、第二集束导线组和第三集束导线组之间互相绝缘,第一集束导线组与第二集束导线组的截面积相同且均小于第三集束导线组的截面积,第一集束导线组与第二集束导线组之间的层间距小于第二集束导线组与第三集束导线组之间的层间距,第一集束导线组与第二集束导线组并联且通同向电流,第三集束导线组通反向电流,第一集束导线组和第二集束导线组之间的电磁力与第二集束导线组与第三集束导线组之间的电磁力之和为0。
进一步的,所述第一集束导线组包括两个竖向同轴放置且对绞的第一集束导线芯,第二集束导线组包括两个竖向同轴放置且对绞的第二集束导线芯,第三集束导线组包括两个竖向同轴放置且对绞的第三集束导线芯,第一集束导线芯、第二集束导线芯和第三集束导线芯中的导体外部均重叠绕包双层半导电隔离带。
进一步的,所述第一集束导线芯和第二集束导线芯的截面积分别为第三集束导线芯截面积的一半;第一集束导线芯和第二集束导线芯之间的层间距为第二集束导线芯和第三集束导线芯之间的层间距的一半;第一集束导线芯所通电流和第二集束导线芯所通电流均为第三集束导线芯所通电流大小的一半。
进一步的,所述第一集束导线芯和第二集束导线芯之间的电磁力F1,第二集束导线芯和第三集束导线芯之间的电磁力F2,F1+F2=0,其中:
Figure BDA0003384194810000021
Figure BDA0003384194810000022
其中,I1为第一集束导线芯所通电流,I2为第二集束导线芯所通电流,I3为第三集束导线芯所通电流。
进一步的,所述绝缘填充为呈长方形结构的硅橡胶绝缘,所述外护套层为呈长方形结构的硅橡胶护套,绝缘填充和外护套层的四个角均为平滑过渡角,过渡角相等且不小于30°。
进一步的,所述绝缘填充的边界与电缆芯边缘的最小间距不小于D3,D3不小于3mm。
进一步的,所述绝缘填充和外护套层通过由内至外依次设置的模芯、中模和模套一次挤出成型,所述模芯的出线端为实心侧板开孔结构,共开六孔,孔的位置和尺寸分别与电缆芯中第一集束导线芯、第二集束导线芯、第三集束导线芯的排列位置一一对应且相适配,第一集束导线芯和第二集束导线芯外径相同,位于模芯最左侧的两列孔的直径L1均为第一集束导线芯和第二集束导线芯外径+0.5mm,位于模芯最右侧的一列孔的直径L11为第三集束导线芯外径+0.5mm;中模和模套的出线端为长方形结构,四个边角进行倒角处理,中模的长L2为绝缘填充长度+0.2mm,中模的宽L21为绝缘填充宽度+0.2mm,模套的长L3=L2+3mm,宽L31=L21+3mm。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明的电缆结构采用硅橡胶材料作为绝缘和护套的基材,使产品具有优异的耐高温性能,满足电缆在高温环境下的使用;
(2)本发明采用三层间隔排列的两相导体同轴的电缆结构,5类软导体的单根电缆,满足电缆敷设空间小、柔软性要求高的需求;
(3)本发明的导体采用平行集束导线结构,合理分配载流,承载设备所需大电流供给,合理设计电缆芯层间距以达到电缆电磁力自消减的目的;每股导线外双层重叠绕包的半导电隔离带,可均衡电场,机械保护电缆芯,削减电磁力;
(4)本发明采用长方体硅橡胶绝缘及长方框硅橡胶护套,使电缆芯和绝缘接触面扩大,紧密性好,利于消减电磁力,加强机械保护,方便电缆芯排布,节省空间,易于敷设;绝缘填充和外护套层的四角采用平滑过渡角且不小于30°,电缆芯边缘到绝缘填充外边缘间距d应不小于3mm,避免尖角电磁场集中而破坏电缆绝缘体;
(5)本发明的电缆生产工艺采取绝缘填充和外护套层双层共挤一次挤出成型,使用模芯、中模、模套成套模具实现,消除绝缘填充和外护套层间间隙、杂质和缺陷等,消除电磁力集中,并均衡电场;采用两相并联通路、单项回路的接电方式提供设备电力运行保障。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的模芯、中模和模套的结构示意图。
具体实施方式
下面结合对本发明进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览,并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
如图1-2所示,脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构,包括由内至外依次设置的电缆芯、绝缘填充5和外护套层6,绝缘填充5和外护套层6相适配,电缆芯包括嵌入于绝缘填充5内且由左至右依次间隔平行排列的第一集束导线组、第二集束导线组和第三集束导线组,第一集束导线组、第二集束导线组和第三集束导线组之间互相绝缘,第一集束导线组、第二集束导线组和第三集束导线组中的导体分别由紧密排列的n股等截面、等股线的绞合金属股线形成的集束导线组成,n为不小于2的整数,绞合金属股线采用柔软5类导线,合理分配设备载流,可最大限度承载设备所需大电流供给,第一集束导线组包括两个竖向同轴放置的第一集束导线芯1,第二集束导线组包括两个竖向同轴放置的第二集束导线芯2,第三集束导线组包括两个竖向同轴放置的第三集束导线芯3,第一集束导线芯1、第二集束导线芯2和第三集束导线芯3中的导体外部均重叠绕包双层半导电隔离带4,起到均衡电场、机械保护电缆芯、防止绝缘填充5缺陷电磁力集中及减弱电磁力的作用。
绝缘填充5为呈长方形结构的硅橡胶绝缘,能够使电缆芯和绝缘填充5接触面面积和体积扩大,紧密性好,更利于消减电磁力,加强机械保护,外护套层6为呈长方形结构的硅橡胶护套,对电缆芯和绝缘填充5起到保护作用,同时方便电缆芯排布,节省空间,易于敷设,硅橡胶材料具有优异的耐高温性能,绝缘填充5和外护套层6的四个角均为平滑过渡角,过渡角相等且不小于30°,避免尖角电磁场集中而破坏电缆结构,绝缘填充5的边界与电缆芯各层边缘的最小间距不小于D3,D3的取值按照电场强度不大于20kV/mm设计。
绝缘填充5和外护套层6一次挤出成型,需消除绝缘填充5和外护套层6间隙、杂质和缺陷,消除电磁力集中并均衡电场。
第一集束导线芯1和第二集束导线芯2的截面积分别为第三集束导线芯3截面积的一半;第一集束导线芯1和第二集束导线芯2之间的层间距为D1,第二集束导线芯2和第三集束导线芯3之间的层间距为D2,D2=2D1,通过合理设计电缆芯层间距达到电缆电磁力自消减的目的;接电方式为:第一集束导线芯1和第二集束导线芯2并联,通同向电流,第三集束导线芯3通反向电流,构成通电回路,提供电力运行保障,第一集束导线芯1所通电流I1,第二集束导线芯2所通电流I2为第三集束导线芯3所通电流I3大小的一半。
D2=2D1的关系是为消减电缆内部电磁力设计所得,第一集束导线芯1和第二集束导线芯2之间的电磁力F1,第二集束导线芯2和第三集束导线芯3之间的电磁力F2,F1+F2=0,其中:
Figure BDA0003384194810000041
Figure BDA0003384194810000042
实施例1
如图1-2所示,脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构,以通电电压60kV、电缆规格240mm2铜导体电缆为例,包括由内至外依次设置的电缆芯、绝缘填充5和外护套层6,绝缘填充5和外护套层6相适配,电缆芯包括嵌入于绝缘填充5内且由左至右依次间隔平行排列的第一集束导线组、第二集束导线组和第三集束导线组,第一集束导线组、第二集束导线组和第三集束导线组之间互相绝缘,第一集束导线组包括两个竖向同轴放置且对绞的第一集束导线芯1,第二集束导线组包括两个竖向同轴放置且对绞的第二集束导线芯2,第三集束导线组包括两个竖向同轴放置且对绞的第三集束导线芯3,第一集束导线芯1、第二集束导线芯2和第三集束导线芯3中的导体外部均重叠绕包双层半导电隔离带4,起到均衡电场、机械保护电缆芯、防止绝缘填充5缺陷电磁力集中及减弱电磁力的作用。
第一集束导线芯1、第二集束导线芯2的截面积均为120mm2,第一集束导线芯1、第二集束导线芯2中的导体均由紧密排列的2股等截面、等股线的绞合金属股线形成的集束导线组成,每股绞合金属股线截面积为60mm2,342根单丝,丝径0.470mm,其中18根丝径为0.470mm的单丝束丝后进行1+6+12层绞,集束股线外径11.0mm,2股股线都经双层半导电隔离带4重叠绕包且紧密排列,搭盖率20%~25%。
第三集束导线芯3截面积为240mm2,第三集束导线芯3的导体由紧密排列的2股等截面、等股线的绞合金属股线形成的集束导线组成,每股绞合金属股线截面积为120mm2,608根单丝,丝径0.485mm,其中19根丝径为0.485mm的单丝束丝后进行5+11+16层绞,集束股线外径15.5mm,2股股线都经双层半导电隔离带4重叠绕包且紧密排列,搭盖率20%~25%。
第一集束导线芯1和第二集束导线芯2之间的层间距为D1,第二集束导线芯2和第三集束导线芯3之间的层间距为D2,D2=2D1,通过合理设计电缆芯层间距达到电缆电磁力自消减的目的;接电方式为:第一集束导线芯1和第二集束导线芯2并联,通同向电流,第三集束导线芯3通反向电流,构成通电回路,提供电力运行保障,第一集束导线芯1所通电流I1,第二集束导线芯2所通电流I2为第三集束导线芯3所通电流I3大小的一半。
绝缘填充5为呈长方形结构的硅橡胶绝缘,能够使电缆芯和绝缘填充5接触面面积和体积扩大,紧密性好,更利于消减电磁力,加强机械保护,外护套层6为呈长方形结构的硅橡胶护套,厚度为3mm,对电缆芯和绝缘填充5起到保护作用,同时方便电缆芯排布,节省空间,易于敷设,硅橡胶材料具有优异的耐高温性能,绝缘填充5和外护套层6的四个角均为平滑过渡角,过渡角相等且不小于30°,避免尖角电磁场集中而破坏电缆结构,绝缘填充5的边界与电缆芯各层边缘的最小间距不小于D3,D3的取值按照电场强度不大于20kV/mm设计,d≥U/E=60/20=3mm。
绝缘填充5和外护套层6通过由内至外依次设置的模芯7、中模8和模套9一次挤出成型,其中,模芯7的出线端为实心侧板开孔结构,共开六孔,孔的位置和尺寸分别与电缆芯中第一集束导线芯1、第二集束导线芯2、第三集束导线芯3的排列位置一一对应且相适配,第一集束导线芯1和第二集束导线芯2外径相同,位于模芯7最左侧的两列孔的直径L1均为第一集束导线芯1和第二集束导线芯2外径+0.5mm,位于模芯7最右侧的一列孔的直径L11为第三集束导线芯3外径+0.5mm;中模8和模套9的出线端为长方形结构,四个边角进行倒角处理,消除绝缘填充5和外护套层6间隙、杂质和缺陷,消除电磁力集中并均衡电场,中模8的长L2为绝缘填充5长度+0.2mm,中模8的宽L21为绝缘填充5宽度+0.2mm,模套9的长L3=L2+3mm,宽L31=L21+3mm。
本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可,在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构,其特征在于,包括由内至外依次设置的电缆芯、绝缘填充和外护套层,所述绝缘填充和外护套层相适配且二者一次挤出成型,电缆芯包括嵌入于绝缘填充内且由左至右依次间隔平行排列的第一集束导线组、第二集束导线组和第三集束导线组,第一集束导线组、第二集束导线组和第三集束导线组之间互相绝缘,第一集束导线组与第二集束导线组的截面积相同且均小于第三集束导线组的截面积,第一集束导线组与第二集束导线组之间的层间距小于第二集束导线组与第三集束导线组之间的层间距,第一集束导线组与第二集束导线组并联且通同向电流,第三集束导线组通反向电流,第一集束导线组和第二集束导线组之间的电磁力与第二集束导线组与第三集束导线组之间的电磁力之和为0。
2.根据权利要求1所述的脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构,其特征在于,所述第一集束导线组包括两个竖向同轴放置且对绞的第一集束导线芯,第二集束导线组包括两个竖向同轴放置且对绞的第二集束导线芯,第三集束导线组包括两个竖向同轴放置且对绞的第三集束导线芯,第一集束导线芯、第二集束导线芯和第三集束导线芯中的导体外部均重叠绕包双层半导电隔离带。
3.根据权利要求2所述的脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构,其特征在于,所述第一集束导线芯和第二集束导线芯的截面积分别为第三集束导线芯截面积的一半;第一集束导线芯和第二集束导线芯之间的层间距为第二集束导线芯和第三集束导线芯之间的层间距的一半;第一集束导线芯所通电流和第二集束导线芯所通电流均为第三集束导线芯所通电流大小的一半。
4.根据权利要求3所述的脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构,其特征在于,所述第一集束导线芯和第二集束导线芯之间的电磁力F1,第二集束导线芯和第三集束导线芯之间的电磁力F2,F1+F2=0,其中:
Figure FDA0003384194800000011
Figure FDA0003384194800000012
其中,I1为第一集束导线芯所通电流,I2为第二集束导线芯所通电流,I3为第三集束导线芯所通电流。
5.根据权利要求1所述的脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构,其特征在于,所述绝缘填充为呈长方形结构的硅橡胶绝缘,所述外护套层为呈长方形结构的硅橡胶护套,绝缘填充和外护套层的四个角均为平滑过渡角,过渡角相等且不小于30°。
6.根据权利要求1所述的脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构,其特征在于,所述绝缘填充的边界与电缆芯边缘的最小间距不小于D3,D3不小于3mm。
7.根据权利要求1所述的脉冲大电流的电磁力自消减硅橡胶电缆结构,其特征在于,所述绝缘填充和外护套层通过由内至外依次设置的模芯、中模和模套一次挤出成型,所述模芯的出线端为实心侧板开孔结构,共开六孔,孔的位置和尺寸分别与电缆芯中第一集束导线芯、第二集束导线芯、第三集束导线芯的排列位置一一对应且相适配,第一集束导线芯和第二集束导线芯外径相同,位于模芯最左侧的两列孔的直径L1均为第一集束导线芯和第二集束导线芯外径+0.5mm,位于模芯最右侧的一列孔的直径L11为第三集束导线芯外径+0.5mm;中模和模套的出线端为长方形结构,四个边角进行倒角处理,中模的长L2为绝缘填充长度+0.2mm,中模的宽L21为绝缘填充宽度+0.2mm,模套的长L3=L2+3mm,宽L31=L21+3mm。
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