高压导线的屏蔽层基础指引

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高压导线屏蔽层分为屏蔽丝编织层和铝箔层,本文主要介绍高压导线屏蔽层的作用及结构特点,方便线束工程师选择。

高压导线屏蔽层的作用

电动汽车高压电缆承受的电压较高(额定电压最高600V),电流较大(额定电流最高600A),电磁辐射较强。虽然高压导线本身并不会产生很大的电磁干扰,但导线的耦合电压和耦合电流基本都来自于导线连接的终端,即高压用电器。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

导线两端,即端子压接处,集中存在电磁干扰。因此,目前绝大部分的高压导线都设计了抗电磁干扰的屏蔽结构,采用同轴结构,利用内导体和外导体(屏蔽层)的共同作用,导线内的磁场成同心圆分布,而电场从内导体指向并止于外导体,使电缆周围外部的电磁场为零,即屏蔽了电磁辐射,又消除该区域的耦合电压和耦合电流。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

高压线束零件在整车的电磁兼容(EMC)测试中,需要满足ISO 14572的要求,转移阻抗≤31mΩ/m,屏蔽衰减≥70dB,满足整车EMC要求。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

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图-高压导线在电磁干扰中的影响文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

高压导线屏蔽层的构成

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图-两种不同形式的屏蔽层构成文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

高压导线屏蔽层分为屏蔽丝编织层和铝箔层,常规的屏蔽层结构有:文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

①仅屏蔽丝编织层文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

②屏蔽丝编织层(靠近内绝缘层)+铝箔层(靠近外绝缘层)文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

③铝箔层(靠近内绝缘层)+屏蔽丝编织层(靠近外绝缘层)三种状态。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

当然,还有部分高压导线采用直接在电缆外层套上编织网、铝管和两者之组合的形式对导线进行EMC防护。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

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图-不同形式的屏蔽层构成文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

(1) 屏蔽丝编织层

屏蔽丝编织层的本质是一种带金属编织物外壳的导线,其作用是低频屏蔽,主要由0.2mm²或0.15mm²的镀锡铜丝编织而成,其编制密度须达到90%以上。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

屏蔽丝线径、编织角度、每锭丝数和编织机张力是编织屏蔽丝的几个重要参数。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

常规屏蔽丝的现金有0.2mm²和0.15mm²两种规格,线径越粗,屏蔽效果越好。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

主机厂和高压导线制造商一般将屏蔽层的编制角度定义在50°~60°范围内,在这个区间内的加工效率最高。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

每锭的屏蔽丝数量由各个导线制造商确定,每锭的屏蔽丝数量越多,编织节距就越大, 相对的张力就会相应小一些。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

(2) 铝箔层

铝箔一般选用铝塑复合带,主要由铝、高温焦化的胶和耐温等级为80℃的PET材料组成。其作用是高频屏蔽。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-shielding-foundations-of-high-voltage-conductors/

铝箔包裹在高压导线内绝缘层外的包覆力是通过制造机器预设的,其具体大小根据导线供应商不同而有所差异。

绝大部分高压导线的铝箔层位于编织层外侧,少量高压导线的铝箔层位于编织层内侧,不论哪种方式,铝箔层都应和编织层接触并导通。

屏蔽层需要接地,将外来的干扰信号导入大地,从而避免干扰信号进入内层线芯干扰。

需要注意的是,屏蔽层不允许多点接地,因为不同接地点会存在电位差,如果屏蔽层多点接地,会在屏蔽层形成电流,感应到导线上形成电流,感应到信号线上形成干扰,不但无法起到屏蔽作用,反而引起干扰。

在高压导线出厂时,不论是铝箔还是编织屏蔽层,都处于未打散状态(即完整包裹在导线内绝缘层),屏蔽层打散工作(包括铝箔的切断和屏蔽丝的扩张)一般由高压线束总成供应商完成,在导线和连接器连接安装前进行。

(3) 磁环

高压线束与高压连接器的连接处会收到比较严重的EMC干扰,因此每个高压连接器的接口处均需采用屏蔽处理。例如,前后电机接口处为屏蔽卡环与电气盒导轨压接,控制器及电池箱接插件则采用有屏蔽功能的结构件。

在高压线束和高压设备上普遍增加磁环是较为常见且高效的做法。

磁环是一块环状的导磁体,磁环是电子电路中常用的抗干扰原件,对于高频噪声有很好的抑制作用。

磁环材质

根据要抑制干扰的频率不同,选择不同磁导率的铁氧体材料,铁氧体材料的磁导率越高,低频的阻抗越大,高铝的阻抗越小。

磁环性能

磁环的效果与电路阻抗有关,电路的阻抗越低,则磁环的滤波效果越好。铁氧体材料的阻抗越大,滤波效果越好。导线两端安装了电容式滤波连接器时,其阻抗很低,磁环的效果更明显。

磁环的安装位置一般尽量靠近干扰源。对于高压系统的高压线束,磁环应尽量靠近电机、控制器高压导线的进出口。

磁环的内外径差越大,轴向越长,阻抗越大。内径一定要包紧导线,因此,要获得大的衰减,在磁环内径包紧导线的前提下,尽量使用体积较大的磁环。

增加电缆上磁环的个数,可以增加低频阻抗,但由于寄生电容增加的缘故,高频阻抗会相应减小。

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