專利名稱:屏蔽電力輸電線產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方法,以及用該方法屏蔽的電力輸電線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種屏蔽電力輸電線產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方法,和一種用該方法屏蔽的電力輸電線。
背景技術(shù):
一般地說(shuō),電力輸電線工作在中等電壓(通常從10到60kV)或高電壓(通常大于60kV)和在數(shù)百-數(shù)千量級(jí)安培的電流(通常從500到2000A)。這些線傳送的電功率,能夠達(dá)到數(shù)百M(fèi)VA量級(jí)的數(shù)值,通常是400MVA。通常,傳送的電流是低頻交變電流,換句話說(shuō),一般在400Hz以下,典型的是等于50或60Hz。一般地說(shuō),電力輸電線用于把功率從發(fā)電站,經(jīng)過(guò)數(shù)十公里量級(jí)的距離(通常是10-100km),傳輸?shù)匠鞘兄行摹?br>
通常的情況是,電力輸電線是三相線,包括三根電纜,埋在1-1.5m深的壕溝內(nèi)。在直接包圍電纜的空間中,磁感H可以達(dá)到相對(duì)高的值,而在地表面(即離開(kāi)線1-1.5m的距離上),檢測(cè)到的磁感值與電纜的幾何布置及傳送電流的強(qiáng)度有關(guān),可以在20到60μT之間。
有些環(huán)境特別建議要把磁場(chǎng)強(qiáng)度降至最小,既為了避免人類身體暴露在上述強(qiáng)度的交變磁場(chǎng)中,特別是對(duì)有最高潛在危險(xiǎn)的對(duì)象,諸如小孩,也為了避免對(duì)特別靈敏或貴重設(shè)備的潛在干擾,通常是在醫(yī)院和航空港附近。
為了避免因暴露在低頻源(例如等于50Hz)產(chǎn)生的磁場(chǎng)中,引起可能的生物效應(yīng)和/或?qū)﹄娫O(shè)備的干擾現(xiàn)象,因此有必要“削弱”傳輸電流的電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
在本說(shuō)明書(shū)中和在下面的權(quán)利要求書(shū)中,“磁場(chǎng)的削弱”的表述,用于指在給定位置上測(cè)量的磁場(chǎng)有效值,比不加屏蔽時(shí)在同一位置上測(cè)量的磁場(chǎng)值,降低約10到約100倍。
更準(zhǔn)確地說(shuō),對(duì)埋在地下的電纜,在本說(shuō)明中和在下面的權(quán)利要求書(shū)中,“磁場(chǎng)的測(cè)量”的表述,用于指按標(biāo)稱電流在地面進(jìn)行的磁場(chǎng)測(cè)量。
眾所周知,當(dāng)把電纜放進(jìn)屏蔽的管道中時(shí),能夠削弱電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
P.Argaut,J.Y.Daurelle,F(xiàn).Protat,K.Savina,和C.A.Wallaert的論文“Shielding technique to reduce magnetic fields from buriedcables”A 10.5,JICABLE 1999,考慮并比較了由敞開(kāi)截面屏蔽物提供的屏蔽效應(yīng)與由封閉截面屏蔽物提供的屏蔽效應(yīng),敞開(kāi)截面屏蔽物例如用一片鐵磁材料放在電纜上面,封閉截面屏蔽物例如用鐵磁材料制成矩形截面管道包圍電纜。根據(jù)該論文,用敞開(kāi)截面屏蔽物能夠獲得約5-7倍的衰減倍數(shù),而用封閉截面屏蔽物能夠獲得約15-20倍的衰減倍數(shù),但當(dāng)提供的封閉截面屏蔽物十分接近電纜,例如以鐵磁的帶直接包圍電纜纏繞的形式,能夠獲得約30-50倍的衰減倍數(shù)。
但是,這樣的屏蔽物有許多缺點(diǎn)尚未克服。首先,這樣的屏蔽物必需有顯著的厚度(1-10mm),以便提供充分有效的屏蔽作用,從而對(duì)輸電線的總重量、簡(jiǎn)單性、和安裝及維護(hù)操作、最后但非最不重要的,是線的成本及其維護(hù)費(fèi)用,帶來(lái)負(fù)面的后果。
其次,雖然上述封閉截面管道提供磁場(chǎng)的最佳屏蔽作用,但本申請(qǐng)人指出,在封閉管道中電纜的安裝和維護(hù)是困難且費(fèi)用昂貴的操作,因?yàn)楸匦璋央娎|插進(jìn)管道中,由于電纜被管道包圍,所以在維護(hù)時(shí)不能檢查電纜。
第三,現(xiàn)有技術(shù)的屏蔽物,不論是敞開(kāi)截面的還是封閉截面的屏蔽物,都有不可接受的電損耗(即因渦流)和/或磁滯損耗。磁滯損耗導(dǎo)致過(guò)熱,并由此降低電纜傳輸電功率的能力。
封閉截面屏蔽管道的再一個(gè)例子,在本申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)WO01/93394中說(shuō)明,該申請(qǐng)說(shuō)明,借助包括至少一層鐵磁材料層的管道,實(shí)現(xiàn)電力傳輸電纜的屏蔽作用。為了確保有效的磁場(chǎng)屏蔽作用,屏蔽物的厚度是相當(dāng)高的(在10mm量級(jí)),這表明要增加輸電線的重量和隨后增加電纜埋設(shè)操作的困難,電纜埋設(shè)操作由于管道封閉的幾何結(jié)構(gòu),本來(lái)就已經(jīng)十分困難了。
封閉截面屏蔽管道的又一個(gè)例子,在本申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)WO03/003382中說(shuō)明。具體說(shuō),該文獻(xiàn)說(shuō)明一種支承著兩層屏蔽層的管道,第一徑向內(nèi)層由第一鐵磁材料制成,第二徑向外層由第二鐵磁材料制成,第二鐵磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率,大于第一鐵磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率。同樣,在該例子中,管道的封閉截面使電纜埋設(shè)操作變得復(fù)雜。
專利申請(qǐng)(Kokai)JP 10-117083,說(shuō)明再一個(gè)屏蔽電力輸電線電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)的例子,本質(zhì)上包括鐵磁材料制成的管,管內(nèi)放置電力輸電線電纜。更準(zhǔn)確地說(shuō),該管是把鐵磁材料制成的帶,在管狀支承上螺旋纏繞而成,管狀支承例如是樹(shù)脂或金屬的管,電纜就放置在該管內(nèi)。這種螺旋纏繞可以形成單層屏蔽層,在單個(gè)步驟中完成,也可以用相同屏蔽材料形成相應(yīng)的多層疊置的屏蔽層,在多個(gè)步驟中完成。
在上述例子中的帶,是由晶粒取向鋼構(gòu)成的,相對(duì)磁導(dǎo)率沿與纏繞方向平行的方向,大于與上述纏繞方向垂直的方向的磁導(dǎo)率。
在本介紹和后面的權(quán)利要求書(shū)中,“晶粒取向材料”的表述,用于表示某種材料,該材料中,結(jié)晶疇有優(yōu)先對(duì)準(zhǔn)方向,且沿該結(jié)晶疇優(yōu)先對(duì)準(zhǔn)方向擴(kuò)展大小,如在Alex Goldman的“Handbook of modernferromagnetic materials”,Kluwer Academic Publishers,1999,第119-120頁(yè)中所述。
所述對(duì)準(zhǔn)可以用熟知的方法評(píng)估,例如用光學(xué)顯微鏡或X射線衍射計(jì),且所述對(duì)準(zhǔn)能通過(guò)軋制工藝和按預(yù)定時(shí)間及溫度,且在有重結(jié)晶抑制劑情況下的熱退火處理完成,如見(jiàn)文獻(xiàn)EP-A-0 606 884中的說(shuō)明。
文獻(xiàn)JP 10-117083中說(shuō)明的屏蔽方法,雖然基本上可以達(dá)到目的,但涉及把單一鐵磁材料的帶或多種鐵磁材料的帶螺旋纏繞的單個(gè)或多個(gè)步驟,這些步驟使線的制造變得頗為費(fèi)力,對(duì)線的制造和敷設(shè)必要的時(shí)間及費(fèi)用,產(chǎn)生負(fù)面影響。磁場(chǎng)最佳的屏蔽效果,是在電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用方向與鐵磁材料軋制方向之間為零度角時(shí)達(dá)到,該軋制方向構(gòu)成優(yōu)先磁化軸。但是,所述零度角的選擇,如在文獻(xiàn)JP 10-117083中所述,是與圍繞電纜的屏蔽螺旋纏繞不相容的,從而上述角度必然大于0°,隨之是未能利用最大的屏蔽作用。相反,這個(gè)角度對(duì)優(yōu)先磁化軸的依賴性,強(qiáng)烈依賴于磁場(chǎng)的強(qiáng)度,從而每一次必須決定作為磁場(chǎng)強(qiáng)度函數(shù)的合適角度,導(dǎo)致該線缺乏實(shí)用的柔軟度,還導(dǎo)致該線的安裝操作進(jìn)一步復(fù)雜化。
最后是,按螺旋方式纏繞的帶,其相鄰部分重疊的區(qū)域,由于不可避免存在的缺陷,例如以螺旋方式纏繞的帶的接觸表面缺乏一致性和擺動(dòng),使磁屏蔽作用效率降低。事實(shí)上,因?yàn)閹У挠邢迣挾?在數(shù)厘米量級(jí)),由于存在這些缺陷,所以這樣的帶不能限制磁場(chǎng)的泄漏效應(yīng)。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)以上所述缺點(diǎn),本申請(qǐng)人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到,有必要提供一種電力輸電線,該電力輸電線至少包括一根電纜和至少一個(gè)屏蔽該電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)的屏蔽單元,該種電力輸電線易于安裝并有有限的重量,同時(shí)能達(dá)到有效地削弱磁場(chǎng)的作用。此外,本申請(qǐng)人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到,有必要提供一種屏蔽這種線的磁場(chǎng)的方法,特別就這種線的安裝時(shí)間方面而言,該方法比現(xiàn)有技術(shù)的方法更易于實(shí)施且費(fèi)用較少。
本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn),通過(guò)提供一種包括兩種部件的屏蔽單元,具體說(shuō),該兩種部件是基座和蓋板,能夠制造一種易于安裝的電力輸電線,同時(shí)獲得有效地削弱磁場(chǎng)的作用,多虧使至少一個(gè)屏蔽單元與至少一個(gè)具有機(jī)械上支承屏蔽單元功能的支承單元結(jié)合,不會(huì)導(dǎo)致屏蔽單元超重。
按照本申請(qǐng)的第一方面,本申請(qǐng)的發(fā)明是針對(duì)一種電力輸電線,該電力輸電線包括-至少一根電纜;-至少一個(gè)由至少一種鐵磁材料制成的屏蔽單元,排列在所述至少一根電纜的徑向外側(cè)位置,用于屏蔽所述電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng),所述至少一個(gè)屏蔽單元包括基座和蓋板;和-至少一個(gè)與屏蔽單元至少所述基座結(jié)合的支承單元。
排列在電纜徑向外側(cè)位置并包括至少兩個(gè)分離部件的屏蔽單元的使用,能滿意地削弱磁場(chǎng),同時(shí)使線的安裝和埋設(shè)過(guò)程簡(jiǎn)化,也使線隨后的維護(hù)操作簡(jiǎn)化,具體說(shuō),該至少兩個(gè)分離部件是基座和蓋板,由于提供了至少與基座結(jié)合的至少一個(gè)支承單元,能使屏蔽單元的厚度優(yōu)化,從而降低了屏蔽單元的重量,還具有使安裝過(guò)程簡(jiǎn)化及快速的優(yōu)點(diǎn)。
事實(shí)上,多虧有包括兩種部件的屏蔽單元,隨后對(duì)基座的放置,最好是放置在壕溝內(nèi)時(shí),把電纜放進(jìn)基座,然后把蓋板靠在基座上,屏蔽單元基本上完成。因此,使用包括兩種部件的屏蔽單元,允許用于更長(zhǎng)的埋設(shè)長(zhǎng)度,并實(shí)現(xiàn)彎彎曲曲的路徑,而所有這樣的路徑,在正常情況下,要埋設(shè)封閉在單個(gè)部件構(gòu)成的屏蔽單元內(nèi)的電纜,是困難的。此外,包括兩種部件的屏蔽單元,對(duì)線的埋設(shè)及隨后對(duì)正在使用的線的兩種情況下,能實(shí)行電纜的檢查。
因此,按照本發(fā)明的電力輸電線中,效果良好地利用了由本發(fā)明屏蔽單元相當(dāng)?shù)姆忾]截面屏蔽單元,確保磁場(chǎng)有最佳的屏蔽作用,同時(shí)在難于安裝和維護(hù)方面,克服了現(xiàn)有技術(shù)的封閉截面屏蔽單元造成的缺點(diǎn)。
事實(shí)上,依據(jù)削弱磁場(chǎng)的作用,選擇作為屏蔽單元材料的鐵磁材料,并選擇有合適機(jī)械性質(zhì)的材料作為支承單元的材料,能夠有利地在相當(dāng)大的范圍內(nèi)限制屏蔽單元的厚度,只賦予支承單元以支承及機(jī)械阻力的功能。
最后,與現(xiàn)有技術(shù)的電力輸電線不同,在現(xiàn)有技術(shù)的電力輸電線中,屏蔽是通過(guò)把鐵磁材料制成的帶,圍繞管狀支承螺旋纏繞而獲得的,結(jié)果,這樣形成的帶的螺旋結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)作用純粹的圓周方向之間,不可避免地形成非零的角度,但是,按照本發(fā)明的輸電線中,該角度是零,還有利于磁導(dǎo)率的增加和屏蔽效應(yīng)的改進(jìn)。
按照本發(fā)明的輸電線可以埋設(shè)在地下,最好是在地面下1至1.5m,以便最大地削弱電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)。按照本發(fā)明的輸電線,也可以置于大型建筑物的墻結(jié)構(gòu)內(nèi),在墻結(jié)構(gòu)內(nèi),中等的或高的電壓,在每一單個(gè)用戶點(diǎn)上變換到低電壓前,沿主線傳送。
按照本發(fā)明電力輸電線的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,該線包括三根電纜,最好按三葉形排列。電纜的三葉形排列,約能使磁場(chǎng)削弱至三根電纜并排排列在平面上獲得的磁場(chǎng)削弱的兩倍。
在本說(shuō)明書(shū)及在下面的權(quán)利要求書(shū)中,“三葉形排列”的表述,用于指三根電纜的中心位于等邊三角形的頂點(diǎn)。
更準(zhǔn)確地說(shuō),三葉形排列可以是所謂“疏松”式的,也可以是所謂“緊湊”式的,取決于電纜間是相互接觸或不相互接觸。換句話說(shuō),在疏松式三葉形排列的情形,電纜放置在其頂點(diǎn)的等邊三角形,每一邊的長(zhǎng)度大于每一電纜的直徑,而在緊湊式三葉形排列的情形,電纜放置在其頂點(diǎn)的等邊三角形,每一邊的長(zhǎng)度基本上等于每一電纜的直徑。
雖然推薦使用三葉形排列,特別推薦使用緊湊式三葉形排列,但任何使磁場(chǎng)衰減的其他排列,同樣是可能的。在另外的一個(gè)實(shí)施例中,電纜在足夠?qū)挼摹⒆阋匀菁{并排排列在平面上的電纜的基座中,電纜可以按照該種方式排列。雖然這種排列使電的損耗和磁場(chǎng)增加,但當(dāng)需要略為削弱磁場(chǎng)時(shí),使用這種排列是有利的,因?yàn)檫@種排列允許使用高度更低的屏蔽單元,從而有利于屏蔽單元重量,從而輸電線重量的最小化。
為了獲得磁場(chǎng)的有效的削弱作用,本發(fā)明的輸電線的基座和蓋板兩者,基本上是連續(xù)的,即,所述基座和所述蓋板的外表面,基本上沒(méi)有任何宏觀尺寸的中斷。
最好是,基座包括例如基本上平的底壁,和一對(duì)例如基本上是平的側(cè)壁。這樣有利于簡(jiǎn)化基座的制作。
最好是,基座的側(cè)壁沿基本上垂直于底壁的方向伸延。
最好是,在電纜緊湊式三葉形排列中,底壁的寬度約等于安放在屏蔽單元內(nèi)電纜直徑的2.1倍。
最好是,在電纜緊湊式三葉形排列中,規(guī)定屏蔽單元高度的側(cè)壁的高度,約等于安放在屏蔽單元內(nèi)電纜直徑的2.2倍。
屏蔽單元的基座可以有U形截面,有按預(yù)定彎曲半徑的急彎轉(zhuǎn)角,以利于保持屏蔽單元材料的鐵磁特性,或者可以是有緩彎轉(zhuǎn)角的U字形截面。后一個(gè)實(shí)施例,雖然在所述緩彎轉(zhuǎn)角處,必然包含屏蔽單元材料鐵磁特性的降質(zhì),但因該實(shí)施例與有急彎轉(zhuǎn)角的基座的實(shí)施例相比,能在地面獲得磁場(chǎng)約25%的衰減,所以是可取的。就此而言,本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn),在有急彎轉(zhuǎn)角的實(shí)施例中,更長(zhǎng)的屏蔽單元弧線,相對(duì)于因有緩彎轉(zhuǎn)角的屏蔽單元的彎曲而產(chǎn)生的鐵磁特性降質(zhì)效應(yīng),產(chǎn)生更大的負(fù)效應(yīng)作用。
在有急彎轉(zhuǎn)角U形截面的實(shí)施例情形中,彎曲半徑最好等于安放在屏蔽單元內(nèi)電纜直徑的大致0.4-0.7倍。
最好是,屏蔽單元的基座還包括一對(duì)凸緣,從基座側(cè)壁端部沿預(yù)定方向伸延。
有利的是,這樣做給出蓋板更寬的支承基座和屏蔽單元改進(jìn)的封蓋。
按照本發(fā)明的線的優(yōu)選實(shí)施例,凸緣從基座側(cè)壁的端部向內(nèi)伸延。
最好是,凸緣基本上沿垂直于側(cè)壁的方向,從基座側(cè)壁的端部伸延。有利的是,這樣做,屏蔽單元的蓋板可以穩(wěn)固地靠在屏蔽單元的基座上。
最好是,上述凸緣的寬度約等于基座底壁寬度的25%。最好是,所述凸緣的最小寬度大致等于20mm。
按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,屏蔽單元的蓋板由鐵磁材料制成,基本上是平的,例如取矩形片的形式。這個(gè)特別簡(jiǎn)化的優(yōu)選實(shí)施例,有利于限制本發(fā)明的電力輸電線的制造成本。
按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,蓋板基本上是連續(xù)的,即,所述蓋板的外表面沒(méi)有宏觀尺寸的中斷,以便使磁場(chǎng)的削弱作用最大化。
上述顯著限制本發(fā)明的線的屏蔽單元厚度的可能性,允許使用長(zhǎng)的屏蔽單元,例如約1m的量級(jí),同時(shí)保持屏蔽單元的重量在可接受的限度內(nèi),這樣能克服在現(xiàn)有技術(shù)以螺旋方式纏繞的帶的某些區(qū)域內(nèi),已經(jīng)檢測(cè)到的不充分的屏蔽作用。
按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,凸緣可以設(shè)在蓋板上而不是在基座上。在這種情形中,蓋板包括主壁和一對(duì)從主壁沿預(yù)定方向伸延的凸緣,該方向最好基本上垂直于主壁。
按此方式,有利于確保改進(jìn)屏蔽單元的封蓋,并有利于確保改進(jìn)對(duì)輸電線產(chǎn)生的磁場(chǎng)的屏蔽作用效率。
按照該實(shí)施例,蓋板的主壁和凸緣間定義的轉(zhuǎn)角,可以是急彎或緩彎,但最好按照彎曲半徑約等于電纜或安放在屏蔽單元內(nèi)的電纜外直徑的一半。
最好是,屏蔽單元的基座和蓋板包括厚度在約0.10mm到約0.60mm的壁,在約0.20mm到約0.35mm則更佳。
這樣的厚度值,有利于制作其中屏蔽單元重量被效果良好地限制的輸電線,這樣的屏蔽單元又限制了使用鐵磁材料的費(fèi)用。
蓋板的厚度可以小于基座的厚度,因?yàn)樯w板位置離電纜比基座更遠(yuǎn),穿過(guò)的磁通比穿過(guò)基座的磁通小。
作為說(shuō)明性例子,蓋板的厚度可以在約0.10mm到約0.50mm之間,而基座的厚度可以在約0.20mm到約0.60mm之間。
最好是,屏蔽單元的基座和蓋板,各自包括沿側(cè)向在預(yù)定長(zhǎng)度部分相互疊置的側(cè)面。
在本介紹和后面的權(quán)利要求書(shū)中,屏蔽單元基座和蓋板的“側(cè)面”這一術(shù)語(yǔ),用于指基座,或相應(yīng)地指蓋板的側(cè)向部分,該側(cè)向部分面對(duì)屏蔽單元的縱軸。
按照本發(fā)明電力輸電線的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,把磁導(dǎo)率大于空氣的材料,例如磁性橡膠,置于基座和蓋板被疊置的側(cè)面之上。這樣,蓋板靠在基座上的區(qū)域,基座與蓋板間的間隙基本上被封閉,有利于進(jìn)一步衰減電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
最好是,屏蔽單元的基座和蓋板,各自包括軋制方向基本上垂直于至少一根電纜軸的壁。
這樣,有利于獲得改進(jìn)的磁場(chǎng)屏蔽效應(yīng)。
按照另外的一個(gè)實(shí)施例,屏蔽單元的基座和蓋板,各自包括軋制方向基本上平行于至少一根電纜軸的壁。
按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,屏蔽單元包括多個(gè)并排排列的屏蔽模件,這些屏蔽模件的每一個(gè),包括模件式基座和模件式蓋板。
屏蔽單元的模件式結(jié)構(gòu),效果良好地有利于電力輸電線的安裝操作和隨后的維護(hù)操作,特別是替換屏蔽單元被損壞的段。
最好是,這樣的屏蔽模件沿縱向在預(yù)定長(zhǎng)度部分疊置,該預(yù)定長(zhǎng)度部分最好在屏蔽單元寬度的25%到100%之間。
最好是,每一模件式基座有一段截頭錐體形的縱向段,以便幫助相鄰模件式基座之間部分的縱向疊置,并以此形成基本上連續(xù)的屏蔽單元。在本實(shí)施例的情形下,模件式基座和蓋板最好用沖壓成型生產(chǎn)。
按照本發(fā)明的輸電線另外一個(gè)實(shí)施例,當(dāng)屏蔽模件不是相互疊置,而是相互并排排列時(shí),屏蔽單元還包括各自的連接單元,由鐵磁材料制成,用于連接這些并排排列的模件。
在這種情形中,連接單元的屏蔽性質(zhì),基本上類似于基本上連續(xù)的屏蔽單元的性質(zhì)。在后者的實(shí)施例情形中,模件式基座和模件式蓋板可以按常規(guī)用擠出成型制成,這種制作方法有利于降低制作費(fèi)用。
按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,在每一個(gè)所述屏蔽模件中,模件式基座和模件式蓋板,沿縱向以預(yù)定的距離相互交錯(cuò)排列,該預(yù)定距離最好等于上述屏蔽模件縱向疊置部分的長(zhǎng)度。
最好是,模件式基座與支承單元結(jié)合。
最好是,每一模件式基座的壁,與相應(yīng)支承單元結(jié)合。
按此方式,可以有利地使用有限大小的支承單元,而且這種有限大小的支承單元,還便于運(yùn)輸和安裝到屏蔽單元上。
更為可取的是,模件式基座和模件式蓋板兩者,都與各自的支承單元結(jié)合。
按照本發(fā)明電力輸電線的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,至少對(duì)兩個(gè)沿不同方向伸延的相鄰屏蔽模件,還包括相應(yīng)的連接單元,由鐵磁材料制成,用于連接這至少兩個(gè)相鄰的模件。按此方式,能夠效果良好地制作具有彎曲段、肘狀節(jié)、及類似的段。
為了形成這樣的彎曲段,模件式基座可以按基本上是矩形形式成型,且可以效果良好地用擠出成型生產(chǎn),在這種情形下,通過(guò)令至少兩個(gè)相鄰模件式基座相互成角度的方式埋設(shè)彎曲段,這種方式使這些相鄰基座的比鄰側(cè),在其間定義基本上三角形的空的空間,或者換種方式,模件式基座可以按這些相鄰基座的比鄰側(cè)基本上平行的方式成型,以便使該空的空間最小。
按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,制作至少一個(gè)屏蔽單元的鐵磁材料,有最大的、大于約20000的相對(duì)磁導(dǎo)率值μmax。
至少一個(gè)屏蔽單元的鐵磁材料,使用大于該數(shù)值的最大相對(duì)磁導(dǎo)率值,將有利于使屏蔽單元基座中及蓋板中不可避免存在的磁損耗變得最小。
更為可取的是,鐵磁材料的最大相對(duì)磁導(dǎo)率值μmax,包括約20000到約60000之間,再更可取的是,相對(duì)磁導(dǎo)率μmax的最大值,等于約40000,這有利于進(jìn)一步降低磁損耗。
此外,使用有所述鐵磁特性的材料,能比現(xiàn)有技術(shù)的線使用更受限制厚度的屏蔽單元,有利于進(jìn)一步降低線的重量。
電力輸電線可以包括兩個(gè)屏蔽單元,最好有受控的磁導(dǎo)率,就是說(shuō),最好相互結(jié)合,以便形成由第一鐵磁材料制成的第一徑向內(nèi)層,和由第二鐵磁材料制成的第二徑向外層。最好是,第一鐵磁材料相對(duì)磁導(dǎo)率的最大值,大于第二鐵磁材料相對(duì)磁導(dǎo)率的最大值。
在其中的線包括兩個(gè)受控磁導(dǎo)率屏蔽單元的情形下,徑向內(nèi)層相對(duì)磁導(dǎo)率的最大值,最好等于約40000,而徑向外層相對(duì)磁導(dǎo)率的最大值,最好等于約3000。
最好是,鐵磁材料選自如下一組材料晶粒取向硅鋼,非晶粒取向硅鋼,坡莫合金(Permalloy),超透磁合金(Supermalloy)。坡莫合金與超透磁合金是鎳、鐵、鉬合金,有高的鎳含量(約等于80%),其中的鉬含量在4到5%之間,分別大于5%,兩種合金由美國(guó)Georgia州的Western Electric Company制造。
磁化曲線與這些合金磁化曲線類似的合金,也可以使用。
當(dāng)使用硅鋼時(shí),無(wú)論是否晶粒取向的,多虧有硅,一方面,由鐵磁材料中存在的磁滯回線確定的損耗值,可以效果良好地降低到可觀的程度,另一方面,有利的鋼的導(dǎo)電率降低,也能降低渦流產(chǎn)生的損耗。
多虧這兩個(gè)有利因素,由硅鋼制成的屏蔽單元所屏蔽的線,其電力傳輸能力被有利地改進(jìn)了。
作為說(shuō)明性例子,電流等于約400A的三根直徑約100mm的電纜,按緊湊式三葉形排列在屏蔽單元內(nèi),屏蔽單元由晶粒取向硅鋼制成,厚度約0.27mm,埋在地面下約1.4m,在地面的磁感強(qiáng)度等于約0.2μT。
至于因渦流的損耗和因磁滯回線的損耗,該兩種損耗在上述屏蔽單元的厚度值、壕溝深度、和磁感下,分別等于約1.7×106Siemens m和在每秒50周約1.5T的磁化水平上等于約1.1W/kg。
在不同型號(hào)的晶粒取向硅鋼間,特別推薦使用按照AST標(biāo)準(zhǔn)被稱為M4T27的鋼。
按照本發(fā)明電力輸電線的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,硅含量在約1%到約5%之間,更為可取的是在約3%到約4%之間。
效果良好的做法是,在這些推薦值的范圍內(nèi),進(jìn)一步降低硅鋼的導(dǎo)電率,這樣能進(jìn)一步降低因渦流產(chǎn)生的損耗。
按照本發(fā)明的線的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,屏蔽單元的基座和蓋板,可以用不同的材料制成,最好是使用較為劣質(zhì)的材料,就是說(shuō),蓋板用相對(duì)磁導(dǎo)率最大值較低的材料,因?yàn)楹笳吲c基座相比,穿過(guò)的磁通較低。
最好是,基座用第一鐵磁材料制成,其相對(duì)磁導(dǎo)率的最大值大于約40,而蓋板用第二鐵磁材料制成,其相對(duì)磁導(dǎo)率的最大值大于約20。
最好是,本發(fā)明的線,除了至少一個(gè)支承單元與屏蔽單元的基座結(jié)合外,還包括與屏蔽單元的蓋板結(jié)合的支承單元。
按照本發(fā)明電力輸電線的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,上述與基座的結(jié)合,并可供選擇地也與屏蔽單元蓋板結(jié)合的至少一個(gè)支承單元,排列在上述至少一個(gè)屏蔽單元的徑向外側(cè)位置。這樣,有利地進(jìn)一步改進(jìn)給與電纜的機(jī)械阻力。
按照另外的實(shí)施例,該至少一個(gè)支承單元排列在至少一個(gè)屏蔽單元的徑向內(nèi)側(cè)位置。這樣,能有利地充分利用支承單元的存在,該支承單元除支承屏蔽單元外,還把多根電纜維持在需要的空間配置中。
按照另外的實(shí)施例,該至少一個(gè)屏蔽單元夾在一對(duì)支承單元之間。這樣,上述有關(guān)改進(jìn)的機(jī)械阻力和有關(guān)能把多根電纜維持在需要空間配置的優(yōu)點(diǎn),能夠同時(shí)達(dá)到。
按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,該至少一個(gè)支承單元,基本上是平的。這樣,一個(gè)或多個(gè)支承單元,可以容易地與基座結(jié)合,并可供選擇地也與屏蔽單元蓋板結(jié)合,最好按照下述方式之一結(jié)合。
按照第一方式,用粘結(jié)劑把該至少一個(gè)支承單元首先與基座結(jié)合,并可供選擇地也與屏蔽單元蓋板結(jié)合,隨后,該至少一個(gè)支承單元與用該方法結(jié)合的屏蔽單元,按照需要的幾何形狀成型。例如,與相應(yīng)支承單元聯(lián)合的屏蔽單元基座,可以在四個(gè)點(diǎn)上,通過(guò)把基座及與其結(jié)合的相應(yīng)支承單元,順著縱向熱彎曲,形成U字形截面形狀,最好有側(cè)向凸緣。
當(dāng)蓋板設(shè)有一對(duì)凸緣時(shí),至少一個(gè)例如是平板形式的支承單元,首先與例如也是平板形式的蓋板結(jié)合,隨后,在兩個(gè)點(diǎn)上,把該至少一個(gè)支承單元與用該方法結(jié)合的蓋板,順著縱向熱彎曲。
按照第二方式,該至少一個(gè)支承單元用擠出成型制成,并與屏蔽單元基座結(jié)合,且可供選擇地也與蓋板結(jié)合,基座及蓋板兩者都用沖壓成型制成。通過(guò)粘結(jié)劑或通過(guò)下面更詳細(xì)說(shuō)明的多個(gè)固定裝置實(shí)現(xiàn)結(jié)合,該多個(gè)固定裝置沿縱向彼此離開(kāi)預(yù)定距離地排列。
按照第三方式,至少一個(gè)支承單元,和屏蔽單元的基座及蓋板,全用沖壓成型制成,隨后通過(guò)粘結(jié)劑或通過(guò)多個(gè)固定裝置結(jié)合。
按照一種另外的方式,屏蔽單元的基座,由效果良好地通過(guò)擠出成型制成的三片構(gòu)成,通過(guò)例如粘結(jié)劑,與基本上U字形的支承單元相應(yīng)的壁結(jié)合。
按照本發(fā)明電力輸電線的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,該至少一個(gè)支承單元包括厚度等于約2-10mm的壁,更為可取的是等于約3-5mm。
按照本發(fā)明電力輸電線的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,該至少一個(gè)支承單元由非導(dǎo)電材料和非鐵磁材料制成。
最好是,制成該至少一個(gè)支承單元的非導(dǎo)電材料和非鐵磁材料,選自如下一組材料塑料材料,水泥,琉璃磚,碳纖維,玻璃纖維,木材,或其他材料,這些材料能產(chǎn)生效果良好的支承功能,同時(shí)能效果良好地用簡(jiǎn)單的低成本技術(shù)生產(chǎn)。
更為可取的是,所述塑料材料選自如下一組材料聚乙烯(PE),低密度聚乙烯(LPDE),中等密度聚乙烯(MPDE),高密度聚乙烯(HPDE),線型低密度聚乙烯(LLPDE),聚丙烯(PP),乙烯/丙烯彈性體共聚物(EPM),乙烯/丙烯/二烯三元共聚物(EPDM),天然橡膠,丁基橡膠,乙烯/乙烯基共聚物(諸如乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA)),乙烯/丙烯酸酯共聚物(諸如乙烯/甲基丙烯酸酯(EMA)、乙烯/乙基丙烯酸酯(EEA)、乙烯/丁基丙烯酸酯(EBA)),乙烯/α-烯烴熱塑料共聚物,聚苯乙烯,丙烯腈/丁二烯/苯乙烯樹(shù)脂(ABS),鹵化聚合物(諸如聚氯乙烯(PVC)),聚氨基甲酸酯(PUR),聚酰胺,芳族聚脂類(諸如聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯(PET)和聚丁烯對(duì)苯二甲酸酯(PBT))。
或者,支承單元可以由鐵磁或金屬材料制成。該種類型的材料,雖然導(dǎo)致弱的磁損耗,但在可沖壓成型方面效果良好,因而有助于支承單元與屏蔽單元間的結(jié)合。
最好是,屏蔽單元還包括多個(gè)固定裝置,例如以塑料材料制成的例如掛鉤。
當(dāng)該至少一個(gè)支承單元是導(dǎo)電的,或當(dāng)該至少一個(gè)支承單元不導(dǎo)電,但不完全覆蓋基座和蓋板計(jì)劃疊置的部分時(shí),固定裝置最好由金屬制成,確?;c蓋板間電的連續(xù)性。
最好是,固定裝置沿縱向排列在預(yù)定距離上,以便把蓋板固定在基座上。固定裝置有利于改進(jìn)屏蔽單元基座和蓋板間結(jié)合的穩(wěn)固性。
作為掛鉤的替代物,可以用塑料或金屬夾,或用捆綁龍骨,或適合該用途的其他固定裝置。
最好是,固定裝置成對(duì)地排列,其中每一對(duì)包括沿屏蔽單元縱軸相對(duì)兩側(cè)排列的固定單元。
按照又一個(gè)實(shí)施例,基座和蓋板可以相互聯(lián)合,例如通過(guò)縱向的鉸鏈相互鉸合,以便簡(jiǎn)化埋設(shè)操作和改進(jìn)該兩部分之間的結(jié)合。
按照本發(fā)明電力輸電線的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,固定裝置沿屏蔽單元兩側(cè),在預(yù)定的相互距離上排列成多對(duì),該預(yù)定距離最好在約20到約100cm之間。
按照本發(fā)明的第二方面,是針對(duì)一種屏蔽電力輸電線產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方法,該電力輸電線包括至少一根電纜,本方法包括的步驟有-提供至少一個(gè)由至少一種鐵磁材料制成,用于屏蔽該至少一根電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)的屏蔽單元,該至少一個(gè)屏蔽單元包括基座和蓋板;-把至少一個(gè)支承單元與至少上述基座結(jié)合;-把該至少一根電纜放進(jìn)屏蔽單元的基座中;和-把蓋板靠在基座上,以便基本上封閉屏蔽單元。
按照本發(fā)明的方法多虧這些步驟,能容易并快速地安裝已屏蔽的電力輸電線,特別是要把線埋設(shè)在地下的情形。任何安裝后必然產(chǎn)生的維護(hù)的介入工作,按類似的方式,也變得更加容易。
按照本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,鐵磁材料選自如下一組材料晶粒取向硅鋼,非晶粒取向硅鋼,坡莫合金(Permalloy),超透磁合金(Supermalloy),后兩種合金由Western Electric Company制造。
當(dāng)鐵磁材料是晶粒取向材料時(shí),提供屏蔽單元的步驟,最好包括使基座壁和蓋板壁按照一定配置排列,以便使它們的軋制方向基本上垂直于至少一根電纜的軸。
最好是,提供屏蔽單元的步驟,包括提供沿縱向并排排列及部分地疊置的多個(gè)屏蔽模件,這些屏蔽模件包括各自的模件式基座和模件式蓋板。
按照本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,這些屏蔽模件沿縱向在預(yù)定長(zhǎng)度部分相互疊置,該預(yù)定長(zhǎng)度部分,最好在屏蔽單元寬度的25%到100%之間。
最好是,本發(fā)明的方法還包括交錯(cuò)排列的步驟,該步驟在上述多個(gè)屏蔽模件的每一個(gè)中,使模件式基座相對(duì)于模件式蓋板,沿縱向離開(kāi)預(yù)定的距離。
按照本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,為了形成彎曲段,至少把兩個(gè)相鄰屏蔽模件沿不同方向放置,然后通過(guò)由鐵磁材料制成的各自的連接單元連接。
當(dāng)電纜的數(shù)目是三時(shí),本發(fā)明的方法,最好包括按照三葉形排列來(lái)排列這些電纜的步驟,該三葉形排列最好是上述的緊湊式。
最好是,上述把蓋板靠在屏蔽單元基座上的步驟,包括把基座和蓋板相應(yīng)側(cè),沿側(cè)向在預(yù)定長(zhǎng)度部分疊置的步驟。
按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,本發(fā)明的方法,包括把至少一個(gè)支承單元也與屏蔽單元蓋板結(jié)合的步驟。
最好是,把至少一個(gè)支承單元與屏蔽單元基座結(jié)合,并可供選擇地也與屏蔽單元蓋板結(jié)合的步驟,包括把支承單元相對(duì)于基座,也可供選擇地相對(duì)于蓋板,沿徑向外側(cè)位置排列。
按照本發(fā)明另外的實(shí)施例,把至少一個(gè)支承單元與屏蔽單元基座結(jié)合,并可供選擇地也與屏蔽單元蓋板結(jié)合的步驟,包括把支承單元相對(duì)于屏蔽單元,也可供選擇地相對(duì)于基座,沿徑向內(nèi)側(cè)位置排列。
按照本發(fā)明方法再另外的實(shí)施例,把至少一個(gè)支承單元與屏蔽單元基座結(jié)合,并可供選擇地也與屏蔽單元蓋板結(jié)合的步驟,包括把基座,并可供選擇地也把蓋板夾在一對(duì)相應(yīng)支承單元之間。
按照本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,還包括把電力輸電線埋設(shè)在地下的步驟。
最好是,本方法包括又一個(gè)排列多個(gè)固定裝置的步驟,這些固定裝置最好是掛鉤的形式,該步驟把多個(gè)固定裝置沿縱向彼此離開(kāi)預(yù)定距離地排列,以便把蓋板固定在基座上。
最好是,上述排列固定裝置的步驟,包括成對(duì)地排列固定裝置,其中每一對(duì)包括排列在屏蔽單元縱軸相對(duì)兩側(cè)的固定單元。
最好是,這些掛鉤沿屏蔽單元兩側(cè),在預(yù)定的相互縱向距離上排列成多對(duì),該預(yù)定的縱向距離在約20到100cm之間。
按照本發(fā)明屏蔽電力輸電線產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方法,從該方法一些實(shí)施例的說(shuō)明中,本發(fā)明另外的特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯,下面的說(shuō)明是參照附圖進(jìn)行的,附圖用于舉例說(shuō)明而非限制的目的,附圖畫(huà)出一種經(jīng)過(guò)本方法屏蔽的電力輸電線。
-圖1是按照本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例屏蔽的電力輸電線的透視圖;-圖2是圖1所示的線的截面圖;-圖3是圖1所示的線的兩個(gè)彎曲段頂視圖;-圖4是按照本發(fā)明電力輸電線第二優(yōu)選實(shí)施例的截面圖;-圖5是按照本發(fā)明電力輸電線再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的截面圖;-圖6是按照本發(fā)明電力輸電線再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的部分截面的側(cè)視圖;-圖7是圖6中以圓圈標(biāo)記的細(xì)節(jié)的放大視圖;-圖8是按照本發(fā)明電力輸電線再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意頂視圖;-圖9-11畫(huà)出實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
參考圖1-3,按照本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的電力輸電線,一般以1表示。
上述圖中畫(huà)出的線1,用于傳送高電壓例如等于約132kV的三相電力,并能傳送高達(dá)約860A的電流。具體說(shuō),上述圖中畫(huà)出的線1,計(jì)劃以約400A電流工作。線1特別適合埋設(shè)在地下。
按照舉出的優(yōu)選實(shí)施例,線1包括三根全部以2標(biāo)記的電纜,和鐵磁材料制成的屏蔽單元6,該鐵磁材料例如是按AST標(biāo)準(zhǔn)被稱為M4T27的晶粒取向硅鋼。該種材料相對(duì)磁導(dǎo)率的最大值μmax,等于約40000,硅含量等于約3%。
或者,任何相對(duì)磁導(dǎo)率最大值μmax在約20000到約60000之間的材料,例如非晶粒取向硅鋼,坡莫合金(Permalloy)或超透磁合金(Supermalloy),或類似的材料,也可以使用。
屏蔽單元6按一定方式排列在電纜2的徑向外側(cè)位置,以便包圍電纜2并削弱其產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
電纜2用于傳送頻率通常等于50或60Hz的交變電流,并按緊湊式三葉形排列彼此接觸地排列,這種排列在降低電纜2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方面特別有利。另外,電纜2可以在屏蔽單元6底部排成一列,雖然這種沒(méi)有畫(huà)出的另外的排列,可能增加電纜2產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
按照上述圖所示的優(yōu)選實(shí)施例,每一根電纜從徑向內(nèi)側(cè)開(kāi)始,到徑向外側(cè),包括導(dǎo)體4,例如涂漆的銅Milliken導(dǎo)體,和以5示意表示的徑向外側(cè)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)最好包括內(nèi)側(cè)半導(dǎo)體層、擠出的例如由交聯(lián)聚乙烯(XLPE)構(gòu)成的聚合物絕緣體層、外半導(dǎo)體層、金屬屏蔽物、和外護(hù)套,圖上都沒(méi)有詳細(xì)畫(huà)出。Milliken導(dǎo)體例如可以有等于約1600mm2的截面。每一電纜2總的外直徑最好在約40到約160mm之間,例如等于約100mm。
電纜2的三葉形可以用合適的填隙片從屏蔽單元6底部提升,到達(dá)更接近該單元的幾何中心位置,該位置對(duì)削弱磁場(chǎng)更合適。
按照?qǐng)D1畫(huà)出的優(yōu)選實(shí)施例,屏蔽單元6包括多個(gè)屏蔽模件12,這些模件并排排列并沿縱向部分地疊置。每一模件12包括模件式基座10和模件式蓋板11,并與各自基本上平的支承單元7結(jié)合。
具體說(shuō),屏蔽模件12沿縱向在預(yù)定長(zhǎng)度部分相互疊置,該長(zhǎng)度例如等于屏蔽單元6寬度的至少25%。
此外,在每一屏蔽單元12中,模件式基座10和模件式蓋板11,沿縱向以預(yù)定的距離相互交錯(cuò)排列,該距離例如等于屏蔽單元6寬度的25%。
在圖1和2畫(huà)出的優(yōu)選實(shí)施例中,屏蔽單元6的每一模件式基座10和每一模件式蓋板11,包括各自沿側(cè)向在預(yù)定長(zhǎng)度部分相互疊置的側(cè)面。在每一屏蔽模件12中,模件式基座10和模件式蓋板11,可以把先前為獲得晶粒取向而經(jīng)過(guò)軋制和熱處理的M4T27鋼帶制成折疊片,然后從折疊片開(kāi)始制作。
具體說(shuō),每一模件式基座10包括底壁10a和一對(duì)側(cè)壁10b、10c,該對(duì)側(cè)壁沿基本上垂直于底壁10a的方向伸延。
此外,按照?qǐng)D1和2畫(huà)出的優(yōu)選實(shí)施例,每一模件式基座10還包括一對(duì)凸緣10d、10e,該對(duì)凸緣沿基本上垂直于基座10側(cè)壁10b、10c端部的方向伸延。
上述每一模件式基座10的壁10a、10b、和10c,按一定方式排列,使這些壁相應(yīng)的軋制方向,基本上垂直于電纜2的軸。
每一模件式蓋板11基本上是平的,且在圖2畫(huà)出的優(yōu)選實(shí)施例中,為了結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性,該模件式蓋板11相對(duì)于模件式基座10的凸緣10d、10e凸出?;蛘撸恳荒<缴w板11可以效果良好地與模件式基座10的凸緣10d、10e齊平后終止,因?yàn)樵谀<交?0的凸緣10d、10e與模件式蓋板11之間的結(jié)合中,正是疊置的側(cè)向部分寬度,影響磁場(chǎng)的削弱,所以蓋板11相對(duì)于基座側(cè)面可能凸出的部分,在磁場(chǎng)削弱意義上沒(méi)有任何影響。
圖4畫(huà)出本發(fā)明另外的實(shí)施例,結(jié)構(gòu)上或功能上與先前參照?qǐng)D1所示線1等價(jià)的線的單元,將以相同參考數(shù)字表示,不再說(shuō)明。按照該另外的實(shí)施例,基座10包括底壁10a和一對(duì)側(cè)壁10b、10c,該對(duì)側(cè)壁沿基本上垂直于底壁10a的方向伸延,而蓋板11包括主壁11a和一對(duì)凸緣11b、11c,該對(duì)凸緣沿基本上垂直于主壁的方向伸延。
圖3畫(huà)出圖1的線1的兩個(gè)彎曲段1a、1b,每一段包括一對(duì)相鄰的屏蔽模件12。屬于每一對(duì)這些對(duì)的相鄰屏蔽模件12,沿不同方向伸延。具體說(shuō),基座10按一定方式成型,使屬于相鄰屏蔽模件12基座10的并排放置的側(cè)面,基本上是平行的,以便使相鄰屏蔽模件12之間的空的空間最小。
這種情形下,屏蔽單元6還包括鐵磁材料制成的兩個(gè)連接單元13,鐵磁材料例如與以上所述的鋼相同,這兩個(gè)連接單元分別用于連接兩對(duì)相鄰的屏蔽模件12。
在圖1和2所示優(yōu)選實(shí)施例中,在每一屏蔽模件12中,支承單元7的數(shù)目是四,每一個(gè)上述基座10的壁10a、10b、10c和蓋板11各一個(gè)。
或者,代替三個(gè)分離的支承單元7,可以用一個(gè)總的支承單元7與基座10結(jié)合,該支承單元7最好用擠出成型制作,并能同時(shí)支承三個(gè)壁10a、10b、和10c。
按照?qǐng)D1和2畫(huà)出的優(yōu)選實(shí)施例的支承單元7,相對(duì)于屏蔽單元6排列在徑向外側(cè)的位置。
但是,在一個(gè)另外的實(shí)施例中(未畫(huà)出),支承單元7可以相對(duì)于屏蔽單元6排列在徑向內(nèi)側(cè)的位置。按照再一個(gè)示于圖5的另外的實(shí)施例,在每一屏蔽模件12中,屏蔽單元6的基座10,夾在一對(duì)支承單元7之間。
按照?qǐng)D6和7畫(huà)出的優(yōu)選實(shí)施例,屏蔽單元6還包括固定裝置,例如是掛鉤14形式的裝置,沿屏蔽單元6兩側(cè),在相互離開(kāi)預(yù)定的縱向距離上,排列成多對(duì),這些固定裝置用于把每一屏蔽模件12的蓋板11固定在基座10上。
參照以上說(shuō)明的電力輸電線的實(shí)施例,一個(gè)按照本發(fā)明屏蔽這種線的方法的優(yōu)選實(shí)施例,包括如下步驟。
按照本方法的第一步驟,是提供包括上述多個(gè)屏蔽模件12、由晶粒取向硅鋼M4T27制成的屏蔽單元6。
在第二步驟中,使每一屏蔽模件12的基座10的壁10a、10b、和10c及蓋板11,與各自排列在屏蔽模件12徑向外側(cè)位置的支承單元7結(jié)合。這種結(jié)合先前已通過(guò)例如粘結(jié)劑完成。
每一模件式基座10,最好是在四個(gè)點(diǎn)上,通過(guò)把基座10及與之結(jié)合的相應(yīng)支承單元7,順著縱向熱彎曲,形成有側(cè)向凸緣10d、10e的U字形截面。
屏蔽模件12的模件式基座10,用該方法與相應(yīng)的支承單元7結(jié)合,然后放置在壕溝中,且部分地沿縱向疊置。
基座10的壁10a、10b、和10c,最好按照如下的配置排列,使在電纜已經(jīng)埋設(shè)在基座10之后,壁的軋制方向基本上垂直于電纜2的軸,下面還要更詳細(xì)解釋。
在本方法的又一個(gè)步驟中,在把電纜2固定在要求的緊湊式三葉形排列之后,把這樣組裝的電纜2放置在模件式基座10內(nèi)。
接著電纜2埋設(shè)在基座10中的步驟之后,本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,包括把填充材料,例如水泥灌進(jìn)基座10的再一個(gè)步驟(圖中沒(méi)有畫(huà)出)。
隨后,在每一屏蔽模件12中,與相應(yīng)支承單元7結(jié)合的蓋板11,通過(guò)把基座10和蓋板11的相應(yīng)側(cè)疊置,靠在基座10上,以便基本上封閉屏蔽單元6。
具體說(shuō),在每一個(gè)屏蔽模件12中,蓋板11相對(duì)于基座10,沿縱向以預(yù)定的距離交錯(cuò)排列。
參照?qǐng)D3的兩個(gè)彎曲段1a、1b,對(duì)兩對(duì)相鄰的屏蔽模件12,可以通過(guò)把屬于每一對(duì)這些對(duì)的相鄰屏蔽模件12,沿不同方向伸延來(lái)制成,屬于每一對(duì)的沿不同方向的屏蔽模件12,借助各自的連接單元11,把相同的對(duì)連接起來(lái)。
最后,掛鉤14沿屏蔽單元6兩側(cè),在相互離開(kāi)預(yù)定的縱向距離上,排列成多對(duì),以便把蓋板11固定在相應(yīng)的基座10上。
圖8畫(huà)出本發(fā)明的線的又一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)上或功能上與先前參照?qǐng)D1所示線1等價(jià)的線的單元,將以相同參考數(shù)字表示,不再說(shuō)明。具體說(shuō),該圖畫(huà)出的電力輸電線1,包括所述線的電纜的接合部分3。按照?qǐng)D8所示實(shí)施例,線1的接合部分3特別包括三根電纜,與相同數(shù)目的電纜通過(guò)相應(yīng)的接點(diǎn)8接合,所有這三根電纜均以2′表示。例如用晶粒取向硅鋼制成的多個(gè)屏蔽模件12′,有截頭錐體形的縱向段并沿縱向相互疊置,排列于線1的接合部分3,該接合部分3的尺寸比線1的其他部分更寬。排列于線1接合部分3的屏蔽模件12′,比排列于線1其他部分的屏蔽模件12更寬,模件12最好同樣用晶粒取向硅鋼制成。
多虧這種措施,還能夠效果良好地屏蔽那些尺寸更寬的線的部分,同時(shí)-多虧模件式的結(jié)構(gòu)-能使線的運(yùn)輸和埋設(shè)操作更容易。
考慮到屏蔽模件12和12′保證的磁場(chǎng)削弱作用的效率,每一模件12、12′中屏蔽材料層可能的疊置,在降低磁場(chǎng)方面將不會(huì)導(dǎo)致顯著的影響因此,兩個(gè)相鄰模件的疊置區(qū)中,鐵磁材料最好只在兩個(gè)模件之一提供,而不是兩個(gè)模件都提供,優(yōu)點(diǎn)是降低鐵磁材料的消耗。
例1(本發(fā)明)本申請(qǐng)人制成一種電力輸電線,包括三根150kV的電纜,截面等于1000mm2及直徑等于約92mm,按照緊湊式三葉形排列;和包括5個(gè)模件的屏蔽單元,所述模件的每一個(gè)包括模件式基座及蓋板。
屏蔽單元由寬度470mm及厚度0.27mm的晶粒取向硅鋼的帶鋼制成。
具體說(shuō),使用按照AST標(biāo)準(zhǔn)被稱為M4T27的鋼。對(duì)每一模件,鋼帶被切割成矩形片(460mm×690mm),然后通過(guò)手動(dòng)彎曲設(shè)備折疊,形成模件式基座,包括190mm寬的、基本上平的底壁;一對(duì)基本上平的側(cè)壁(長(zhǎng)200mm),沿基本上垂直于底壁方向伸延;和一對(duì)平的凸緣(寬50mm),沿基本上垂直于模件式基座側(cè)壁端部方向向外伸延。
模件式基座與側(cè)壁間的轉(zhuǎn)角不是緩彎的(急彎轉(zhuǎn)角)。
模件式基座的壁按照如下的配置設(shè)置,使在電纜已經(jīng)埋設(shè)在模件式基座之后,模件式基座壁的軋制方向基本上垂直于電纜的軸。
隨后,切割尺寸為470mm×450mm的矩形片,形成模件式蓋板。
模件式基座和蓋板通過(guò)涂上一層環(huán)氧樹(shù)脂涂層,保護(hù)鋼免受污染,涂層厚度約100μm,能在使用壽命的長(zhǎng)時(shí)期中保護(hù)鋼。
提供20片40mm厚的膨脹聚脂,形成相同數(shù)量的支承單元,膨脹聚脂能效果良好地以容易和廉價(jià)的方式加工。
通過(guò)把支承單元粘合在基座和蓋板上,使模件式基座和蓋板與各自支承單元結(jié)合。
模件式基座與相應(yīng)支承單元結(jié)合,并沿縱向疊置約50mm長(zhǎng)的一部分,放置在1.4m深的壕溝內(nèi)。
隨后,在三根電纜按需要的緊湊式三葉形排列固定之后,借助由膨脹聚苯乙烯制成的置于模件式基座和電纜間的填隙片,把三根電纜放置在這樣組裝的模件式基座中。
然后,以每一屏蔽單元為準(zhǔn),把與相應(yīng)支承單元結(jié)合的模件式蓋板,通過(guò)交錯(cuò)排列,靠在這樣組裝的上述模件式基座上,使模件式蓋板相對(duì)于對(duì)應(yīng)的模件式基座交錯(cuò)50mm,以便基本上封閉屏蔽單元,并且以此改進(jìn)屏蔽單元的屏蔽效率。為了同一目的,蓋板還沿縱向相互疊置50mm。
為了模擬蓋板有缺陷的結(jié)合,該種有缺陷的結(jié)合由于基座中和或蓋板中的缺陷,或由于土壤在基座凸緣和蓋板之間的滲透而出現(xiàn),所以在基座凸緣和蓋板之間故意留出3mm的間隙。
最后,沿這樣組裝的屏蔽單元的側(cè)面,8個(gè)塑料掛鉤(每側(cè)4個(gè))沿縱向置于基座與蓋板疊置區(qū),6個(gè)掛鉤(每側(cè)3個(gè))沿縱向置于其他區(qū),以確?;蜕w板間有量級(jí)為每米屏蔽單元約1-10kg的機(jī)械強(qiáng)度。
按這種方式,制成能放進(jìn)三根電纜的寬度190mm、長(zhǎng)度200mm的屏蔽單元。
這樣制成6米長(zhǎng)的電力輸電線。在線的正常工作條件下,一組重物置于蓋板上,以便模擬線上的地層施加的機(jī)械壓碎作用。
電纜的一端連接到能提供對(duì)稱三相電流達(dá)1000A的發(fā)電廠,而另一端的電纜彼此短路。對(duì)稱的三相電流通過(guò)電纜循環(huán),電流強(qiáng)度逐漸增加至800A。
例2
(比較)制成一根未屏蔽的電力輸電線,包括三根按照三葉形排列的電纜,埋設(shè)在1.4m深度的壕溝,有例1說(shuō)明的屏蔽線電纜相同的結(jié)構(gòu)特征并經(jīng)受相同的工作條件。
例3(本發(fā)明)除蓋板的排列是以晶粒取向軸沿平行于電纜軸方向之外,按例1所述制成一根電力輸電線。
例4(本發(fā)明)除基座形成緩彎轉(zhuǎn)角的U字形截面形狀外,該緩彎轉(zhuǎn)角由底壁和側(cè)壁之間定義,制成一根例1說(shuō)明的電力輸電線。具體說(shuō),該轉(zhuǎn)角是按照彎曲半徑接近等于三根電纜外直徑的一半緩彎的,以便保持鐵磁材料磁特征不會(huì)降質(zhì),這種降質(zhì)由于為使基座有急彎轉(zhuǎn)角而在彎曲步驟中出現(xiàn)。
實(shí)驗(yàn)測(cè)量依據(jù)的測(cè)量方法,如在專利申請(qǐng)WO 03/003382中的說(shuō)明,基本上包括把測(cè)量傳感器定位在地面(即離開(kāi)線1.4m),測(cè)量磁感的徑向和圓周分量,最后從測(cè)量的磁感分量開(kāi)始,計(jì)算磁感最大值的模數(shù),據(jù)此,測(cè)量例1-4電力輸電線在地面產(chǎn)生的磁場(chǎng)的最大值Bmax。該測(cè)量方法,如上述專利申請(qǐng)所述,具體通過(guò)包括測(cè)量傳感器的裝置實(shí)施,該測(cè)量傳感器可以水平和垂直移動(dòng),以便能定位在離開(kāi)線預(yù)定距離上,即在地面上。
完成的測(cè)量畫(huà)在圖9、10、和11上。
圖9是曲線,表明例2的未屏蔽電力輸電線工作在400A電流時(shí),實(shí)施的磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量。如在該圖所示,實(shí)驗(yàn)測(cè)量表明,如例2所說(shuō),沒(méi)有屏蔽保護(hù)時(shí)在地面的磁場(chǎng)最大值Bmax,等于5.04μT。
圖10是曲線,表明在地面測(cè)量的磁場(chǎng),作為例1電力輸電線電纜中循環(huán)的電流函數(shù)的趨勢(shì)。如圖10所示,實(shí)驗(yàn)測(cè)量表明,存在按照例1本發(fā)明的屏蔽時(shí),由于電纜中有強(qiáng)度等于400A的對(duì)稱三相電流的循環(huán),在地面的磁場(chǎng)最大值Bmax等于0.20μT。
因此,在按照本發(fā)明屏蔽的線中磁場(chǎng)的削弱,比相似的但未屏蔽的線產(chǎn)生的磁場(chǎng)低約25倍。
此外,如從圖10可見(jiàn),對(duì)高于400A的電流,該磁場(chǎng)值增加得頗為迅速,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)測(cè)試中采用的M4T27鋼是對(duì)400A的電流優(yōu)化的,所以在該值以上時(shí),其磁導(dǎo)率低于最大磁導(dǎo)率。
圖11是曲線,表明按照例1屏蔽的電力輸電線電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)值,作為基座凸緣和蓋板之間故意留出的間隙函數(shù)的趨勢(shì)。如從所述圖中所見(jiàn),多虧本發(fā)明屏蔽單元的排列,隨著基座凸緣和蓋板間間隙的增加,引起磁場(chǎng)的增加基本上受到限制。
在例3的線的情形,即蓋板是以晶粒取向軸平行于電纜軸方向排列的情形,400A電流時(shí)的磁場(chǎng),在地面等于0.6μT,即比晶粒取向垂直于電纜軸的蓋板獲得的磁場(chǎng),約大三倍。
此外,進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)測(cè)量顯示,在例4的線的情形中,所有條件都相等,地面上的磁場(chǎng)約比例1的線的情形中發(fā)現(xiàn)的磁場(chǎng)高25%,例1的線包括有急彎的基座。換句話說(shuō),由于上述轉(zhuǎn)角變緩,使彎曲表面的擴(kuò)張?jiān)黾?,這種增加產(chǎn)生負(fù)面的影響是,對(duì)磁場(chǎng)衰減施予的作用比對(duì)材料特征降質(zhì)施予的作用更大,其中材料特征的降質(zhì),是由于在彎曲步驟中為使基座有急彎轉(zhuǎn)角的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種電力輸電線(1),包括-至少一根電纜(2);-至少一個(gè)屏蔽單元(6),由至少一種鐵磁材料制成、排列在所述至少一根電纜(2)徑向外側(cè)位置,用于屏蔽所述電纜(2)產(chǎn)生的磁場(chǎng),所述至少一個(gè)屏蔽單元(6)包括基座(10)和蓋板(11);和-至少一個(gè)支承單元(7),結(jié)合到屏蔽單元(6)的至少一個(gè)所述基座(10)。
2.按照權(quán)利要求1的電力輸電線(1),其中所述至少一根電纜(2),包括三根按三葉形排列的電纜。
3.按照權(quán)利要求1的電力輸電線(1),其中所述線(1)是埋在地下的。
4.按照權(quán)利要求1的電力輸電線(1),其中所述基座(10)和所述蓋板(11),基本上是不間斷的。
5.按照權(quán)利要求1的電力輸電線(1),其中所述基座(10)包括底壁(10a)和一對(duì)側(cè)壁(10b、10c)。
6.按照權(quán)利要求5的電力輸電線(1),其中所述底壁(10a)和所述一對(duì)側(cè)壁(10b、10c),基本上是平的。
7.按照權(quán)利要求5的電力輸電線(1),其中所述側(cè)壁(10b、10c)沿基本上垂直于所述底壁(10a)方向伸延。
8.按照權(quán)利要求5的電力輸電線(1),其中所述基座(10)還包括一對(duì)凸緣(10d、10e),從基座(10)的側(cè)壁(10b、10c)的端部沿預(yù)定方向伸延。
9.按照權(quán)利要求8的電力輸電線(1),其中所述凸緣(10d、10e),從基座(10)的側(cè)壁(10b、10c)的端部向外伸延。
10.按照權(quán)利要求8的電力輸電線(1),其中所述凸緣(10d、10e),從基座(10)的側(cè)壁(10b、10c)的端部向內(nèi)伸延。
11.按照權(quán)利要求5的電力輸電線(1),其中所述凸緣(10d、10e),基本上沿垂直于基座(10)的側(cè)壁(10b、10c)的端部的方向伸延。
12.按照前面權(quán)利要求任一項(xiàng)的電力輸電線(1),其中所述蓋板(11)基本上是不間斷的。
13.按照權(quán)利要求12的電力輸電線(1),其中所述蓋板(11)包括主壁(11a)和一對(duì)從主壁(11a)沿預(yù)定方向伸延的凸緣(11b、11c)。
14.按照權(quán)利要求13的電力輸電線(1),其中所述凸緣(11b、11c),基本上沿垂直于所述主壁(11a)的方向伸延。
15.按照權(quán)利要求1的電力輸電線(1),其中所述基座(10)和所述蓋板(11),包括厚度在約0.20mm到約0.35mm的壁(10a、10b、10c;11a)。
16.按照權(quán)利要求1的電力輸電線(1),其中所述基座(10)和所述蓋板(11),各自包括沿側(cè)向在預(yù)定長(zhǎng)度部分疊置的側(cè)面。
17.按照權(quán)利要求16的電力輸電線(1),其中把磁導(dǎo)率大于空氣的材料,置于基座(10)和蓋板(11)疊置的側(cè)面之間。
18.按照權(quán)利要求1的電力輸電線(1),其中所述基座(10)和所述蓋板(11),包括軋制方向基本上垂直于所述至少一根電纜的軸的壁(10a、10b、10c;11a)。
19.按照權(quán)利要求1的電力輸電線(1),其中所述屏蔽單元(6),包括并排排列的多個(gè)屏蔽模件(12),所述屏蔽模件(12)各包括模件式基座(10)和模件式蓋板(11)。
20.按照權(quán)利要求19的電力輸電線(1),其中所述屏蔽模件(12),沿縱向在預(yù)定長(zhǎng)度部分疊置。
21.按照權(quán)利要求20的電力輸電線(1),其中所述預(yù)定長(zhǎng)度,在所述屏蔽單元(6)的寬度的25%到100%之間。
22.按照權(quán)利要求19的電力輸電線(1),還包括由鐵磁材料制成、用于連接所述并排排列的多個(gè)屏蔽模件(12)的各個(gè)連接單元。
23.按照權(quán)利要求19的電力輸電線(1),其中,在每一個(gè)所述屏蔽模件(12)中,所述模件式基座(10)和模件式蓋板(11),沿縱向以預(yù)定的距離相互交錯(cuò)排列。
24.按照權(quán)利要求19的電力輸電線(1),其中,在每一個(gè)所述屏蔽模件(12)中,所述基座(10)與相應(yīng)的支承單元(7)結(jié)合。
25.按照權(quán)利要求19的電力輸電線(1),其中,至少兩個(gè)相鄰的屏蔽模件(12)沿不同方向伸延,所述屏蔽單元(6)還包括由鐵磁材料制成、連接所述至少兩個(gè)相鄰屏蔽模件(12)的各個(gè)連接單元(13)。
26.按照權(quán)利要求1或25的電力輸電線(1),其中所述鐵磁材料相對(duì)磁導(dǎo)率的最大值μmax,大于約20000。
27.按照權(quán)利要求1或25的電力輸電線(1),其中所述鐵磁材料相對(duì)磁導(dǎo)率的最大值μmax,在約20000到約60000之間。
28.按照權(quán)利要求26或27的電力輸電線(1),其中所述鐵磁材料,選自如下一組材料晶粒取向硅鋼,非晶粒取向硅鋼,坡莫合金(Permalloy),超透磁合金(Supermalloy)。
29.按照權(quán)利要求28的電力輸電線(1),其中的硅含量在約1%到約5%之間。
30.按照權(quán)利要求1的電力輸電線(1),其中所述基座(10),由相對(duì)磁導(dǎo)率最大值μmax大于約40的第一鐵磁材料制成,而其中所述蓋板(11),由相對(duì)磁導(dǎo)率最大值μmax大于約20的第二鐵磁材料制成。
31.按照權(quán)利要求1的電力輸電線(1),還包括與屏蔽單元(6)的所述蓋板(11)結(jié)合的支承單元(7)。
32.按照權(quán)利要求1或31的電力輸電線(1),其中所述至少一個(gè)支承單元(7),排列在所述至少一個(gè)屏蔽單元(6)的徑向外側(cè)位置。
33.按照權(quán)利要求1或31的電力輸電線(1),其中所述至少一個(gè)支承單元(7),排列在所述至少一個(gè)屏蔽單元(6)的徑向內(nèi)側(cè)位置。
34.按照權(quán)利要求1或31的電力輸電線(1),其中所述至少一個(gè)屏蔽單元(6),置于一對(duì)支承單元(7)之間。
35.按照權(quán)利要求1或31的電力輸電線(1),其中所述至少一個(gè)支承單元(7),基本上是平的。
36.按照權(quán)利要求1或31的電力輸電線(1),其中所述至少一個(gè)支承單元(7),包括厚度在約1到約20mm的相應(yīng)的壁。
37.按照權(quán)利要求1或31的電力輸電線(1),其中所述至少一個(gè)支承單元(7),由非導(dǎo)電的且非鐵磁的材料制成。
38.按照權(quán)利要求37的電力輸電線(1),其中所述非導(dǎo)電且非鐵磁的材料,選自如下一組材料塑料材料,水泥,琉璃磚,碳纖維,玻璃纖維,木材。
39.按照權(quán)利要求38的電力輸電線(1),其中所述塑料材料,選自如下一組材料聚乙烯(PE),低密度聚乙烯(LPDE),中等密度聚乙烯(MPDE),高密度聚乙烯(HPDE),線型低密度聚乙烯(LLPDE),聚丙烯(PP),乙烯/丙烯彈性體共聚物(EPM),乙烯/丙烯/二烯三元共聚物(EPDM),天然橡膠,丁基橡膠,乙烯/乙烯基共聚物,乙烯/丙烯酸酯共聚物,乙烯/α-烯烴熱塑料共聚物,聚苯乙烯,丙烯腈/丁二烯/苯乙烯樹(shù)脂(ABS),鹵化聚合物,聚氨基甲酸酯(PUR),聚酰胺,芳族聚脂類。
40.按照權(quán)利要求1的電力輸電線(1),其中所述屏蔽單元(6)還包括多個(gè)固定裝置(14),沿縱向按彼此間離開(kāi)預(yù)定距離排列,所述固定裝置(14)用于把所述蓋板(11)固定在所述基座(10)上。
41.按照權(quán)利要求40的電力輸電線(1),其中所述固定裝置(14),沿屏蔽單元(6)兩側(cè),在約20到約100cm之間的相互縱向距離上,排列成多對(duì)。
42.一種屏蔽包括至少一根電纜的電力輸電線(1)所產(chǎn)生磁場(chǎng)的方法,所述方法包括如下步驟-提供至少一個(gè)屏蔽單元(6),由至少一種鐵磁材料制成,用于屏蔽至少一根電纜(2)產(chǎn)生的磁場(chǎng),所述至少一個(gè)屏蔽單元(6)包括基座(10)和蓋板(11);-把至少一個(gè)支承單元(7)與至少所述基座(10)結(jié)合;-把所述至少一根電纜(2)放進(jìn)屏蔽單元(6)的所述基座(10)中;和-把所述蓋板(11)靠在所述基座(10)上,以便基本上封閉所述屏蔽單元(6)。
全文摘要
一種屏蔽電力輸電線(1)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方法,以及用該方法屏蔽的電力輸電線(1)。該電力輸電線(1)包括至少一根電纜(2)和至少一個(gè)鐵磁材料制成、排列在該至少一根電纜(2)徑向外側(cè)位置的屏蔽單元(6),該屏蔽單元(6)包括基座(10)和蓋板(11)。線(1)還包括與屏蔽單元(6)至少一個(gè)基座(10)結(jié)合的支承單元(7)。特別是,屏蔽單元(6)的鐵磁材料,選自如下一組材料晶粒取向硅鋼,最好硅的含量在約1%到約5%之間;非晶粒取向硅鋼;坡莫合金(Permalloyè);超透磁合金(Supermalloyè)。
文檔編號(hào)H02G9/06GK1918764SQ03826999
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2003年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月30日
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