本發(fā)明涉及電纜設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種內(nèi)嵌磁環(huán)的脈沖過電壓抑制高壓饋電電纜。

背景技術(shù)：

變頻調(diào)速技術(shù)由于其卓越的調(diào)速性能、高安全可靠性、高設(shè)備利用率以及良好的節(jié)電效果，被廣泛應(yīng)用于軌道交通等領(lǐng)域的電力傳動。電力傳動應(yīng)用到軌道交通的一個顯著特點是容量大(大于10MW)，電壓高(高于20kV)，通常需要采用大容量高壓饋電電纜實現(xiàn)電力傳輸。但普通的大容量高壓饋電電纜傳輸變頻器電力電子元器件輸出的脈沖電壓會產(chǎn)生重復(fù)脈沖過電壓問題，因為由變頻器輸出的脈沖電壓上升沿極短(0.1～10μs)，脈沖頻率較高(0.5～20kHz)，脈沖電壓在饋電電纜以及電機繞組內(nèi)傳播時會發(fā)生波的反射和疊加作用，在饋電電纜中產(chǎn)生的過電壓可以達(dá)到正常工作電壓的2～3倍。

此外，軌道交通運行過程中，機車驅(qū)動設(shè)備進(jìn)行頻繁負(fù)荷切換，導(dǎo)致變頻調(diào)速系統(tǒng)存在由于電流逆變器產(chǎn)生的5、7、11…等高次諧波，這些重復(fù)的脈沖過電壓和高次諧波會對普通饋電電纜造成很大危害，長時間工作會導(dǎo)致絕緣層被逐步擊穿。

目前的普通饋電電纜采用絕緣層、銅帶纏繞的屏蔽層和鎧裝層的多層結(jié)構(gòu)，不能對重復(fù)脈沖過電壓進(jìn)行有效抑制，導(dǎo)致系統(tǒng)存在嚴(yán)重的電磁干擾，對系統(tǒng)的大功率器件、電機以及電纜均造成累積損害，從而降低其使用壽命。

鑒于上述背景技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種內(nèi)嵌磁環(huán)的的脈沖過電壓抑制高壓饋電電纜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是解決現(xiàn)有技術(shù)中的普通饋電電纜不能對重復(fù)脈沖過電壓進(jìn)行有效抑制，導(dǎo)致系統(tǒng)存在嚴(yán)重的電磁干擾的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種內(nèi)嵌磁環(huán)的脈沖過電壓抑制高壓饋電電纜，包括由內(nèi)至外依次套裝的纜芯、內(nèi)絕緣層、外絕緣層、金屬防護套和橡膠護套，所述外絕緣層內(nèi)嵌有磁環(huán)；內(nèi)嵌的所述磁環(huán)由磁粉體和絕緣材料壓制而成，以產(chǎn)生濾波電路；

其中，所述磁粉體具有預(yù)設(shè)的相對磁導(dǎo)率，所述相對磁導(dǎo)率為100～30000。

進(jìn)一步的，所述磁粉體被均勻壓制在所述絕緣材料內(nèi)，以使所述磁環(huán)嵌套于外絕緣層內(nèi)。

進(jìn)一步的，壓制后的所述磁粉體為多組間隔設(shè)置的塊狀磁性結(jié)構(gòu)，所述絕緣材料均勻包覆于各個所述塊狀磁性結(jié)構(gòu)外。

進(jìn)一步的，所述磁粉體的材質(zhì)為錳鋅鐵氧體或鎳鋅鐵氧體中的一種或幾種混合。

進(jìn)一步的，所述磁環(huán)的徑向厚度分別與內(nèi)絕緣層的厚度和外絕緣層的厚度成預(yù)設(shè)比例設(shè)置。

進(jìn)一步的，壓制后的所述外絕緣層中，內(nèi)嵌的所述磁環(huán)由第一磁性介質(zhì)和第二磁性介質(zhì)以粉末形式均勻混合后壓制而成，該壓制后的內(nèi)嵌磁環(huán)的等效磁導(dǎo)率為μ_eff，則有：

其中，

μ₁—第一磁性介質(zhì)的磁導(dǎo)率；

μ₂—第二磁性介質(zhì)的磁導(dǎo)率；

ν₁，ν₂—所述第一磁性介質(zhì)和第二磁性介質(zhì)的體積參數(shù)，且滿足ν₁+ν₂＝1。

進(jìn)一步的，壓制后的所述外絕緣層中，內(nèi)嵌的所述磁環(huán)的單位長度分布電感為L，所有絕緣層的單位長度分布電容為C、單位長度分布導(dǎo)納為G，則有：

其中，

a₀—所述磁環(huán)的內(nèi)徑；

b₀—所述磁環(huán)的外徑；

t—所述磁環(huán)的軸向厚度；

a—所述外絕緣層的內(nèi)徑；

b—所述外絕緣層的外徑；

ε—絕緣材料的介電常數(shù)；

σ—絕緣材料的電導(dǎo)率。

進(jìn)一步的，所述單位長度分布電感L為0.1μH～100μH，所述單位長度分布電容C為10nF～10μF，所述單位長度分布導(dǎo)納G為50MΩ以上。

(三)有益效果

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有以下有益效果：本發(fā)明的內(nèi)嵌磁環(huán)的脈沖過電壓抑制高壓饋電電纜，包括由內(nèi)至外依次套裝的纜芯、內(nèi)絕緣層、外絕緣層、金屬防護套和橡膠護套，外絕緣層內(nèi)嵌有磁環(huán)；內(nèi)嵌的磁環(huán)由磁粉體和絕緣材料壓制而成，以產(chǎn)生濾波電路；其中，磁粉體具有預(yù)設(shè)磁導(dǎo)率。該內(nèi)嵌磁環(huán)的脈沖過電壓抑制高壓饋電電纜在普通饋電電纜的基礎(chǔ)上，在其外絕緣層內(nèi)嵌套磁環(huán)，使其形成濾波電路，該濾波電路能對重復(fù)脈沖過電壓進(jìn)行有效抑制，以抑制能引起過電壓脈沖的頻譜分量，從而避免系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的電磁干擾現(xiàn)象，進(jìn)而避免對系統(tǒng)的大功率器件、電機以及電纜造成累積損害，從而延長其使用壽命。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的內(nèi)嵌磁環(huán)的脈沖過電壓抑制高壓饋電電纜的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例的外絕緣層的剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的濾波電路的電路示意圖。

其中，1、纜芯；2、內(nèi)絕緣層；3、外絕緣層；4、金屬防護套；5、橡膠護套；6、磁環(huán)；7、絕緣材料。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，本實施例提供的內(nèi)嵌磁環(huán)的脈沖過電壓抑制高壓饋電電纜，包括由內(nèi)至外依次套裝的纜芯1、內(nèi)絕緣層2、外絕緣層3、金屬防護套4和橡膠護套5，外絕緣層3內(nèi)嵌有磁環(huán)6；內(nèi)嵌的磁環(huán)6由磁粉體和絕緣材料7壓制而成，以產(chǎn)生濾波電路；其中，纜芯1為普通饋電電纜用的纜芯導(dǎo)體，磁粉體具有預(yù)設(shè)的相對磁導(dǎo)率，該磁粉體的相對磁導(dǎo)率的范圍為100～30000。

該內(nèi)嵌磁環(huán)的脈沖過電壓抑制高壓饋電電纜在普通饋電電纜的基礎(chǔ)上，在其外絕緣層3內(nèi)嵌套磁環(huán)6，使其形成濾波電路，該濾波電路能對重復(fù)脈沖過電壓進(jìn)行有效抑制，以抑制能引起過電壓脈沖的頻譜分量，從而避免系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的電磁干擾現(xiàn)象，進(jìn)而避免對系統(tǒng)的大功率器件、電機以及電纜造成累積損害，從而延長其使用壽命。

為了確保磁環(huán)電感量能滿足對脈沖過電壓的抑制效果，優(yōu)選磁粉體被均勻壓制在絕緣材料7內(nèi)，以使磁環(huán)6嵌套于外絕緣層3內(nèi)。

為了保證磁環(huán)6內(nèi)嵌在外絕緣層3內(nèi)后，該電纜依然具有良好的柔韌性，如圖2所示，優(yōu)選壓制后的磁粉體為多組間隔設(shè)置的塊狀磁性結(jié)構(gòu)，絕緣材料7均勻包覆于各個塊狀磁性結(jié)構(gòu)外，由于塊狀磁性結(jié)構(gòu)之間存在間隔，因此，該電纜在彎曲時，外絕緣層3不易發(fā)生斷裂，確保電纜具有較長的使用壽命。

為了滿足不同的抑制電壓的頻率分量要求，優(yōu)選磁粉體的材質(zhì)為錳鋅鐵氧體或鎳鋅鐵氧體中的一種或幾種混合。

本實施例中，磁環(huán)6的徑向厚度分別與內(nèi)絕緣層2的厚度和外絕緣層3的厚度成預(yù)設(shè)比例設(shè)置，即是說：該磁環(huán)6的徑向厚度由內(nèi)絕緣層2的厚度和磁環(huán)6嵌入外絕緣層3后的內(nèi)外層保留厚度決定。

本實施例中，外絕緣層3中，內(nèi)嵌的磁環(huán)6由第一磁性介質(zhì)和第二磁性介質(zhì)以粉末形式均勻混合后壓制而成，該壓制后的內(nèi)嵌磁環(huán)6的等效磁導(dǎo)率為μ_eff，則有：

其中，

μ₁—第一磁性介質(zhì)的磁導(dǎo)率；

μ₂—第二磁性介質(zhì)的磁導(dǎo)率；

ν₁，ν₂—第一磁性介質(zhì)和第二磁性介質(zhì)的體積參數(shù)，且滿足ν₁+ν₂＝1。

壓制后的外絕緣層3根據(jù)上述的公式(1)的調(diào)整后，形成的濾波電路中，其單位長度分布電感為L，單位長度分布電容為C、單位長度分布導(dǎo)納為G，則有：

其中，

a₀—磁環(huán)6的內(nèi)徑；

b₀—磁環(huán)6的外徑；

t—磁環(huán)6的軸向厚度；

a—外絕緣層3的內(nèi)徑；

b—外絕緣層3的外徑；

ε—絕緣材料7的介電常數(shù)；

σ—絕緣材料7的電導(dǎo)率。

如圖3所示，在本實施例所述的外絕緣層3中，根據(jù)制備電纜的長度及截面尺寸，依據(jù)公式(1)～(4)調(diào)整外絕緣層3中內(nèi)嵌的磁環(huán)6的磁粉體和絕緣材料7的比例，使其單位長度分布電感L、單位長度分布電容C和單位長度分布導(dǎo)納G在指定范圍內(nèi)，為了保證濾波電路的抑制效果，優(yōu)選單位長度分布電感L的范圍為0.1μH～100μH，單位長度分布電容C的范圍為10nF～10μF，單位長度分布導(dǎo)納G的范圍為50MΩ以上。

由此，本實施例的內(nèi)嵌磁環(huán)的脈沖過電壓抑制高壓饋電電纜對重復(fù)脈沖過電壓能進(jìn)行有效抑制，其抑制效果如表1所示：

表1脈沖過電壓抑制高壓饋電電纜對重復(fù)脈沖過電壓的抑制效果表

由表1可以看出，本實施例的內(nèi)嵌磁環(huán)的脈沖過電壓抑制高壓饋電電纜與對比例的普通饋電電纜相比，對重復(fù)脈沖過電壓明顯具有非常良好的抑制效果，能夠有效避免系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的電磁干擾現(xiàn)象，進(jìn)而避免對系統(tǒng)的大功率器件、電機以及電纜造成累積損害，從而延長其使用壽命。

綜上，本實施例的內(nèi)嵌磁環(huán)的脈沖過電壓抑制高壓饋電電纜，包括由內(nèi)至外依次套裝的纜芯1、內(nèi)絕緣層2、外絕緣層3、金屬防護套4和橡膠護套5，外絕緣層3內(nèi)嵌有磁環(huán)6；內(nèi)嵌的磁環(huán)6由磁粉體和絕緣材料7壓制而成，以產(chǎn)生濾波電路；其中，磁粉體具有預(yù)設(shè)磁導(dǎo)率。該內(nèi)嵌磁環(huán)的脈沖過電壓抑制高壓饋電電纜在普通饋電電纜的基礎(chǔ)上，在其外絕緣層3內(nèi)嵌套磁環(huán)6，使其形成濾波電路，該濾波電路能對重復(fù)脈沖過電壓進(jìn)行有效抑制，以抑制能引起過電壓脈沖的頻譜分量，從而避免系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的電磁干擾現(xiàn)象，進(jìn)而避免對系統(tǒng)的大功率器件、電機以及電纜造成累積損害，從而延長其使用壽命。

本發(fā)明的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。