本發(fā)明涉及極低頻磁場(chǎng)屏蔽技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種屏蔽極低頻磁場(chǎng)的正方形截面金屬屏蔽槽設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

極低頻磁場(chǎng)是指頻率處于3hz～300hz范圍的交變磁場(chǎng)，普遍存在于載有極低頻交流電流的線路或設(shè)施周?chē)?，例如，交流高低壓輸配電線路周?chē)墓ゎl(50hz或60hz)磁場(chǎng)。隨著敏感電子設(shè)備的普及，經(jīng)常出現(xiàn)變、配電線路周?chē)臉O低頻磁場(chǎng)水平需要控制的場(chǎng)合，即需要屏蔽線路周?chē)臉O低頻磁場(chǎng)。軸對(duì)稱形狀的金屬管屏蔽的設(shè)計(jì)已有簡(jiǎn)化方法，即屏蔽效率的計(jì)算有簡(jiǎn)化公式可以估算。實(shí)際工程中，配電線路經(jīng)常采用金屬線槽敷設(shè)方式，這種金屬線槽本身對(duì)極低頻磁場(chǎng)有屏蔽作用，將其設(shè)計(jì)成屏蔽槽即可起到敷設(shè)電纜或母線排和屏蔽極低頻磁場(chǎng)的雙重作用。而非軸對(duì)稱形狀的金屬槽屏蔽的設(shè)計(jì)則需要采用數(shù)值計(jì)算方法，借助電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這在工程應(yīng)用中極為不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種屏蔽極低頻磁場(chǎng)的正方形截面金屬屏蔽槽設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種屏蔽極低頻磁場(chǎng)的正方形截面金屬屏蔽槽設(shè)計(jì)方法，用于屏蔽極低頻磁場(chǎng)的正方形截面金屬屏蔽槽的便捷設(shè)計(jì)，該方法將正方形截面金屬屏蔽槽等效為同材料等周長(zhǎng)的圓截面金屬屏蔽管，采用軸對(duì)稱屏蔽管的極低頻磁場(chǎng)屏蔽率簡(jiǎn)化估算所述正方形截面金屬屏蔽槽的極低頻磁場(chǎng)屏蔽率，獲取符合設(shè)定極低頻磁場(chǎng)屏蔽率的正方形截面金屬屏蔽槽的材料與尺寸。

該方法包括以下步驟：

a)獲取設(shè)定極低頻磁場(chǎng)屏蔽率st；

b)根據(jù)被屏蔽極低頻磁場(chǎng)源的布置狀態(tài)及強(qiáng)度絕緣要求初始化正方形截面金屬屏蔽槽的材料和尺寸；

c)將步驟b)獲得的正方形截面金屬屏蔽槽等效為同材料等周長(zhǎng)的圓截面金屬屏蔽管；

d)計(jì)算所述圓截面金屬屏蔽管的極低頻磁場(chǎng)屏蔽率s’，以該極低頻磁場(chǎng)屏蔽率s’作為所述正方形截面金屬屏蔽槽的極低頻磁場(chǎng)等效屏蔽率s；

e)判斷所述極低頻磁場(chǎng)等效屏蔽率s是否滿足s≤st，若是，則保存當(dāng)前的材料和尺寸，設(shè)計(jì)結(jié)束，若否，則改變正方形截面金屬屏蔽槽的材料和尺寸后，返回步驟c)。

所述尺寸包括正方形截面的邊長(zhǎng)和金屬屏蔽槽的厚度。

所述步驟d)中，極低頻磁場(chǎng)等效屏蔽率s簡(jiǎn)化計(jì)算為：

式中，中間參數(shù)k、k分別定義為：其中，δ為透入深度，r為圓截面金屬屏蔽管的半徑，t為圓截面金屬屏蔽管的厚度，f為頻率，μ為磁導(dǎo)率，σ為電導(dǎo)率。

所述步驟e)中，改變正方形截面金屬屏蔽槽的材料和尺寸具體包括以下措施中的一種或多種：增加金屬屏蔽槽的厚度、增大正方形截面的邊長(zhǎng)和選用更高相對(duì)磁導(dǎo)率的材料。

所述步驟b)中，被屏蔽極低頻磁場(chǎng)源包括電纜、導(dǎo)線或母線。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明方法將正方形截面金屬屏蔽槽等效為同材料等周長(zhǎng)的圓截面金屬屏蔽管，使得其極低頻磁場(chǎng)屏蔽率可以采用軸對(duì)稱屏蔽管的屏蔽率簡(jiǎn)化計(jì)算公式便捷地估算，避免了正方形截面屏蔽槽的設(shè)計(jì)需要采用數(shù)值計(jì)算方法借助電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算軟件來(lái)設(shè)計(jì)的麻煩，提高了工程設(shè)計(jì)效率。

(2)本發(fā)明方法適合于在工程實(shí)際中應(yīng)用，金屬屏蔽槽的實(shí)際屏蔽率和設(shè)計(jì)屏蔽率之間的偏差可以達(dá)到5％以內(nèi)，滿足工程設(shè)計(jì)精度要求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明正方形截面金屬屏蔽槽等效為同材料等周長(zhǎng)圓截面金屬屏蔽管的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

為實(shí)現(xiàn)非軸對(duì)稱的正方形截面金屬屏蔽槽的便捷設(shè)計(jì)，本發(fā)明提出一種用于屏蔽極低頻磁場(chǎng)的正方形截面金屬屏蔽槽設(shè)計(jì)方法，該方法將正方形截面金屬屏蔽槽等效為同材料等周長(zhǎng)的圓截面金屬屏蔽管，采用軸對(duì)稱屏蔽管的極低頻磁場(chǎng)屏蔽率簡(jiǎn)化估算所述正方形截面金屬屏蔽槽的極低頻磁場(chǎng)屏蔽率，獲取符合設(shè)定極低頻磁場(chǎng)屏蔽率的正方形截面金屬屏蔽槽的材料與尺寸，其具體流程如圖2所示。

以屏蔽配電線路周?chē)墓ゎl(50hz)磁場(chǎng)為例。某380v三相單芯電纜配電線擬敷設(shè)于正方形截面的鋁槽中，需按屏蔽槽設(shè)計(jì)，使其達(dá)到對(duì)工頻磁場(chǎng)有0.35的屏蔽率。屏蔽率定義為s＝b1/b0，b1為有正方形截面鋁屏蔽槽屏蔽以后線路附近某點(diǎn)的磁感應(yīng)密度，b0為沒(méi)有屏蔽時(shí)該點(diǎn)的磁感應(yīng)密度。按本發(fā)明的具體步驟實(shí)施如下：

a.根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定需要的極低頻磁場(chǎng)屏蔽率st為0.35。

b.根據(jù)被屏蔽極低頻磁場(chǎng)源(工頻380v三相單芯電纜配電線)的布置，按滿足布置、強(qiáng)度和絕緣要求，初步確定正方形截面金屬屏蔽槽為鋁材料，邊長(zhǎng)l＝300mm、厚度t＝1.5mm。

c.將正方形截面鋁屏蔽槽等效為等周長(zhǎng)的鋁屏蔽管，如圖2所示，即半徑為r＝191mm，厚度為t＝1.5mm的鋁屏蔽管。

d.用軸對(duì)稱鋁屏蔽管的極低頻磁場(chǎng)屏蔽率簡(jiǎn)化計(jì)算公式計(jì)算正方形截面金屬屏蔽槽的極低頻磁場(chǎng)等效屏蔽率s。用薄壁金屬管的磁場(chǎng)屏蔽率簡(jiǎn)化計(jì)算公式

式中，為透入深度。

代入?yún)?shù)，f＝50hz，鋁為非磁性材料，磁導(dǎo)率μ＝4π×10^-7，電導(dǎo)率σ＝3.6×10⁷。厚度t＝0.0015m，r＝0.191m。計(jì)算可得s＝0.439。

e.檢查屏蔽率s＝0.439大于st＝0.35，需增加正方形截面金屬屏蔽槽的厚度，或增大邊長(zhǎng)，或選用更高相對(duì)磁導(dǎo)率的材料，或采用這些措施的組合。在本例中，因工程中已確定用鋁槽，采用增大正方形截面邊長(zhǎng)的措施，邊長(zhǎng)增加到400mm，返回步驟c。重新計(jì)算，l＝0.4m時(shí)，等效為等周長(zhǎng)的鋁屏蔽管半徑為r＝0.255m。按步驟d用式(1)計(jì)算得s＝0.344，小于st＝0.35。設(shè)計(jì)完成，確定采用邊長(zhǎng)為0.4m，厚度為1.5mm的正方形截面鋁槽。

在本實(shí)施例中，如不采用本發(fā)明的方法，按現(xiàn)有方法，需要采用電磁場(chǎng)數(shù)值仿真軟件計(jì)算正方形截面鋁槽的工頻磁場(chǎng)屏蔽率，需要建模計(jì)算，設(shè)計(jì)會(huì)復(fù)雜得多。另外，如果用現(xiàn)有方法，采用電磁場(chǎng)數(shù)值仿真軟件，如infolytica軟件建模仿真計(jì)算，l＝0.3m時(shí)，計(jì)算得s＝0.442；l＝0.4m時(shí)，計(jì)算得s＝0.345。與本發(fā)明方法的結(jié)果相比，差異均小于1％。由此可知，本發(fā)明方法不僅便捷易用，與現(xiàn)有方法相比設(shè)計(jì)精度也很高。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。