专利名称：屏蔽电力传输线产生的磁场的方法,和具有磁屏蔽的电力传输线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种屏蔽电力传输线产生的磁场的方法。
本发明还涉及一种具有磁屏蔽的电力传输线，和涉及一种多层磁屏蔽物，为所述传输线提供磁屏蔽。
背景技术：
一般说来，高功率电力传输线的设计，能耐受数百千伏(通常是400KV)量级的电压和数百安培(通常是300-2000A)量级的电流。因此，在这样的传输线中传输的电力，可达数千MVA量级的值，通常是1000MVA。
一般说，所述线路传输的电流，属低频交变电流。为本说明的目的，“低频”一词是指小于400Hz的频率，通常是50或60Hz。
具体说，本发明涉及以高电压、低频交变电流传输或分配电力的电缆。
为本说明的目的，“低电压”一词指小于约1KV的电压，“中等电压”一词指约从1KV到约30KV范围的电压，而“高电压”一词指大于约30KV的电压。
所述传输线通常用于从电站传输电力到居民中心，经过的距离在数十公里的量级(一般是10-100公里)。
一般说，所述线路是埋设的，并且最好放在埋设深度约在地面下1-1.5米的管道内。
在通常使用的配置中，所述传输线是三相传输线，包括三根分开的电缆，最好彼此结合，形成三叶形结构。
在紧包围电缆的空间中，所述电缆中流过的电流产生的磁场H，可以达到特别高的值，例如达103A/m的量级。
因此，如此高的磁场意味着在地面由于该磁场H产生的磁感B，可以达到特别高的值，例如20-60μT的量级，所述值还与构成前述传输线的各个电缆彼此相对位置有关。
目前，虽然没有科学上证明的数据，表明由于连续暴露在所述实体以低频源(如50Hz的量级，换句话说，是在工频)产生的磁场中，会导致对人体有害的效应，但近来，国际科学团体已经对该问题给予特别关注，使这一问题成为更复杂的现象的一部分，该现象一般称为“电雾(electrosmog)”。
该词的意义一般指电装备和电装置通常产生的电场、磁场、和电磁场的污染。
在这样的情况下，本申请人已经把目标对准电力传输线产生的磁感，把它保持在或低于某一阈值。
因此，为了保护居民的健康和保护环境，本申请人认为，不大于0.5μT，最好是不大于0.2μT的阈值，是足够稳妥的。
一些用于屏蔽电力传输线产生的磁场的技术方案，本领域是熟知的。
例如，P.Argaut，J.Y.Daurella，F.Protat，K.Savina，和C.A.Wallaert的论文“Shielding technique to reduce magnetic fields fromburied cables”，A 10.5，JICABLE 1999，说明一些方案，用于屏蔽由三根分开的电缆构成的埋设线路产生的磁场。
具体说，它说明一些模拟结果，模拟既用敞开的截面的屏蔽物(如一张放在电缆上的铁磁材料)，也用闭合的截面的屏蔽物(如由铁磁材料构成的矩形截面的管道，内藏三根电缆)进行。
此外，所述论文还分析屏蔽效率对多个因素的依赖关系，如使用的屏蔽材料的相对磁导率、所述材料的厚度、和磁屏蔽物相对于电缆的位置。
按照前述论文，屏蔽所述线路的最佳材料，是一种相对磁导率在700至1,000范围，厚度在3mm至5mm范围的材料。
还有，在使用有闭合的截面的屏蔽物的情况下，所述论文公开了电缆和屏蔽物的最佳相对位置，按照该最佳相对位置，电缆约定位在从屏蔽物顶部开始的路径的1/3处。
最后，应当指出，用敞开的截面的屏蔽物，可以获得所述线路产生的磁场的屏蔽系数约为5-7，而用封闭的截面的屏蔽物，可以获得的屏蔽系数约15-20。
再有，在把闭合的截面的屏蔽物放在十分接近电缆的情况下，例如把一片铁磁材料直接环绕三根电缆缠绕，可以获得约30-50的屏蔽系数。
JP 10-117083的专利申请(Kokai)，说明又一个屏蔽电力传输线产生的磁场的方案。
详细地说，该建议的方案包括制作铁磁材料的管，其中能够放置传输线的电缆。所述管的制作，最好是把铁磁材料的带，螺旋式地缠绕在管形承重托上，如树脂材料管或金属材料管上，管内放置所述电缆。
该螺旋式地缠绕的步骤，能够在单个步骤中完成，形成单层屏蔽层，也可以用多个步骤，形成多层重叠的同一屏蔽材料的层。
在说明的例子中，该材料带由晶粒取向钢制成，并且它沿平行于缠绕方向的磁导率高于沿垂直于所述缠绕方向的磁导率。
“晶粒取向”一词，是指材料中晶畴(晶粒)基本上有优先排列的方向。
这种优先排列可以用熟知的技术来评定，例如用光学显微镜观察或用X射线衍射仪来评定，并能通过特殊的滚轧及退火处理制作，如在对比文件EP-606,884中所述。
对比文件US-5,389,736涉及一种电缆，具体说是一种控制电缆或一种以高频(数MHz的量级)传输电力的电缆，专供海军使用，上面设有屏蔽物，用于电缆导体的磁屏蔽。
按照所述对比文件，该屏蔽物除需要的屏蔽作用外，还在万一着火时提供良好的耐高温作用，并且由于电缆屏蔽物的有限厚度，使电缆有良好的柔性。
该屏蔽物包括一层内层和一层外层，内层包括一条或多条铜带，形成电磁屏蔽物，其衰减系数在80到115db范围，外层由钢带制成，能确保良好的耐高温性能，以及耐腐蚀性能和防护外部环境的性能。
但是，本申请人已经注意到，一些现有技术方案，如在Argaut等人的论文中说明的那些方案，不能满意地屏蔽电力传输线产生的磁场。
还有，本申请人已经注意到，其他的现有技术方案，如在上面举出的专利申请JP 10-117083中说明的方案，是以使用单一屏蔽材料制成的磁屏蔽物为基础的。
这样的屏蔽，虽然提供良好的屏蔽作用，但不代表一种最佳方案，因为它必须满足两个冲突的要求，即限制屏蔽物的厚度，以便降低它的重量和费用，同时对传输线产生的磁场提供有效的屏蔽。
但是，使用单一屏蔽材料制成的屏蔽物，其屏蔽效率既依赖于使用的厚度(因为屏蔽作用随屏蔽物厚度的增加而增加)，也依赖于选择的材料类型，该材料与线路产生的磁场H值对应的相对磁导率，必须落在饱和区以外，使所述材料能有效地工作。
根据以上理由，使用单一屏蔽材料制成的屏蔽物，是一种妥协方案，因而不是在费用和/或屏蔽效率和/或使用的屏蔽物厚度诸方面的最佳方案。
发明内容
本申请人已经考虑对电力传输线产生的磁场提供有效的屏蔽的问题。
具体说，本申请人认为，有必要屏蔽埋入地下沟槽中高功率传输线产生的磁场，使离开所述线路中心某一给定距离上(最好约1-1.5米)，磁感值不超过0.5μT，最好是不超过0.2μT。
本申请人已经发现，通过制备一种多层型磁屏蔽物，把要屏蔽的电力传输线封闭在其内，可以达到这一技术要求。
具体说，本申请人已经发现，通过使用有降低厚度(从而降低重量和费用)和高屏蔽效率(充分开发每一种使用的材料的屏蔽性能)的多层屏蔽物，可以达到需要的屏蔽值(例如等于或小于0.5μT)，按照本发明，这样的屏蔽物，能在磁场从该多层磁屏蔽物的一层到下一层时，按累进方式抑制磁场。
更详细地说，本申请人已经发现，通过提供一种多层磁屏蔽物，每一层由与相邻层不同的铁磁材料制成，可以获得上述屏蔽结果。
换句话说，本申请人已经发现，沿所述磁屏蔽物径向的积木式组合(modularity)，能使传输线产生的磁场，显著地按累进方式降低，并发现，每一层因而能用选择的铁磁材料制成，通过选择，使每一层有适当的相对磁导率。
因此，这样一来，每一个别层把磁场显著降低至要求的程度，并按最佳条件工作，充分开发构成该个别层的材料的屏蔽性能。
因此，本发明的第一方面，涉及一种屏蔽磁场的方法，该磁场是包括至少一根电缆的电力传输线产生的，所述方法包括提供一种磁屏蔽物，位置在所述至少一根电缆的径向外面，本方法的特征在于，所述磁屏蔽物的最大相对磁导率，沿径向从所述磁屏蔽物的内侧向外侧增加。
更详细地说，所述磁屏蔽物包括-第一径向内层，包括至少一层第一铁磁材料，和-至少一层第二层，沿径向在第一层外面，包括至少一层第二铁磁材料，其中，所述至少一层第一铁磁材料的最大相对磁导率，低于所述至少一层第二铁磁材料的最大相对磁导率。
还有，本申请人已经发现，为了改善对传输线产生的磁场的屏蔽，特别适合的做法是，提供能够为传输线屏蔽地球磁场的另外的屏蔽单元。
这是因为，所述屏蔽物的屏蔽层材料，如上所述，放在传输线的径向外面的位置，所以会被地球磁场极化。这一点因此意味着，按照本发明的多层屏蔽物的最外层铁磁材料，不仅要对付电缆产生的磁场，还要对付地球的磁场。换句话说，所述最外层的铁磁材料必须这样选择，使它在前述两种磁场加起来的值H上，有最大相对磁导率。
按照上述的实施例，所述另外的屏蔽单元的设计，要能使所述屏蔽物的屏蔽层材料，特别是最外层的铁磁材料，不因地球磁场的存在而受干扰，并能以它们的最佳屏蔽能力工作，专门把它们的作用集中在传输线产生的磁场上。
因此，按照本发明的一个优选实施例，所述屏蔽方法的特征在于，所述地球磁场的屏蔽，通过提供的至少一个屏蔽单元执行，该屏蔽单元由铁磁材料制成，位置在所述磁屏蔽物的径向外面。
在本发明的一个优选实施例中，所述屏蔽方法包括，提供一管道，其内放置传输线，所述管道放进地下挖掘的敷设电缆的沟槽内。
在一个优选实施例中，所述管道单独用于把所述传输线，连同按照本发明的多层磁屏蔽物包含在其内。
在又一个实施例中，所述管道用作承重托，支承按照本发明的多层磁屏蔽物。
在又一个实施例中，所述管道用作承重托，支撑按照本发明的一层或多层的磁屏蔽物，而形成所述屏蔽物余下的层，则直接缠绕在形成传输线的电缆上。
有利的做法是，所述管道用聚合物类材料制作，如聚乙烯(PE)、或聚氯乙烯(PVC)材料，或由树脂玻璃纤维层压制作。
在一个优选实施例中，按照本发明的方法，包括把电缆或前述管道内所述线路的电缆，以如下方式放置，使所述线路横截面的重心靠近管道对应截面的几何中心。
有利的做法是，按照本发明的方法包括把至少一种延伸单元，例如软带，环绕电缆或所述线路的电缆缠绕。
本发明的第二方面，涉及一种电力传输线，该电力传输线包括
-至少一根电缆；和-磁屏蔽物，放在所述至少一根电缆的径向外面的位置，其特征在于，所述磁屏蔽物的最大相对磁导率，沿径向方向从所述磁屏蔽物的内侧向外侧增加。
更详细地说，所述磁屏蔽物包括-包括至少第一铁磁材料的第一径向内层，和-至少一个第二层，在第一层的径向外面，包括至少第二铁磁材料，其中，所述至少第一铁磁材料的最大相对磁导率，低于所述至少第二铁磁材料的最大相对磁导率。
在第一实施例中，按照本发明的传输线，包括一种磁屏蔽物，其上设有第一径向内屏蔽层和在该第一层的径向外面的至少第二屏蔽层。
所述第一层和至少第二层，是用不同的铁磁材料制成的，选择的方式是，使所述材料的最大相对磁导率沿径向方向增加，即从所述第一层向所述至少第二层的方向增加。
本申请人已经制成一种多层磁屏蔽物，因为它有多层，每一层能提供最大可获得的屏蔽作用，所以该多层磁屏蔽物能把传输线产生的磁场引起的磁感，保持在或低于需要的阈值。
具体说，按照本发明的多层磁屏蔽物，能使磁感沿相对于传输线的任何径向方向，在离所述屏蔽物最外表面约1米的距离上，保持在或低于前述的值。
有利的做法是，沿径向重叠放置在所述线路的电缆上的所述第一层和所述至少第二层，是彼此接触的。
按照本发明的又一实施例，多层磁屏蔽物放置的位置，在所述传输线电缆的径向外面，且所述屏蔽物的径向内层与所述电缆接触。
按照又一实施例，传输线包括一管道，其内放置形成所述线路的电缆，所述管道放在地下挖掘的敷设电缆的沟槽底部。
所述管道最好由聚合物型材料制作，如PE或PVC，或由树脂玻璃纤维层压制作。
按照又一实施例，前述多层磁屏蔽物，放在所述管道的径向外面的位置，且与后者的径向外表面接触。
按照一个优选实施例，把一另外的屏蔽单元，放在所述多层磁屏蔽物的径向外面的位置，用于屏蔽地球的磁场。
如上所述，因为地球的磁场对形成每一层磁屏蔽物的材料的磁性能有影响，所以本申请人发觉，有必要制备一屏蔽单元，适合专用于屏蔽地球的磁场，通过这种方式，使所述多层磁屏蔽物的各层，能以它们最佳的屏蔽潜能工作，不因地球磁场的影响而降低它们的屏蔽作用。
按照本发明所述又一实施例，形成所述屏蔽单元的铁磁材料，要能使它的磁化曲线(H，μ)在地球磁场值下达到峰值。地球磁场基本上是静态场，其值约为40A/m。
在一个优选实施例中，所述屏蔽单元的位置，在所述至少第二层的径向外面，并与后者接触。
在又一个实施例中，所述屏蔽单元的位置，在前述管道的径向外面，并与后者接触，同时，所述第一层和所述至少第二层，沿径向重叠在形成所述线路的电缆上。
在又一个实施例中，按照本发明的传输线，包括一延伸单元，螺旋式地环绕所述传输线电缆缠绕。
所述延伸单元，最好是介质材料的软带，较有利的是从下面一组材料中选择聚酰胺纤维、芳族聚酰胺(aramidic)纤维、和聚酯纤维。
本发明的第三方面，涉及一种多层磁屏蔽物，该多层磁屏蔽物包括-包括至少第一铁磁材料的第一径向内层，和-在所述第一层的径向外面的至少第二层，该第二层包括至少第二铁磁材料，其中，所述至少第一铁磁材料的最大相对磁导率，低于所述至少第二铁磁材料的最大相对磁导率。
所述磁屏蔽物的每一层，最好用窄带缠绕操作制作，如有必要，则通过多次缠绕来形成每一层。
在一个特定的实施例中，形成所述屏蔽物各层的窄带，是按照预定间距螺旋式缠绕的，沿轴向的相邻缠绕圈部分地搭接。
按照又一个实施例，所述磁屏蔽物的每一层，例如通过挤出，或通过滚轧形成预定大小的片，随后弯曲并把纵向的相对两边焊接起来，制成管形。
所述多层磁屏蔽物的每一层，最好用铁磁材料制成，如硅钢；金属玻璃合金；或以铁磁材料，例如铁磁纳米颗粒，粉末状铁氧体或铁粉填充的聚酯材料。
更多的特征和优点，可以从本发明的一些例子的详细说明中，得到更清楚的了解。
本说明将在下面参照附图给出，但只作为例子，并不具有限制的意义，附图有
图1按照本发明一个实施例，示意画出传输线的横截面；图2示意画出铁磁材料典型的磁化曲线(H，μr)，图上表明曲线尖峰的坐标(Hμr max，μr max)；图3和4画出用于制作屏蔽层的两种不同铁磁材料的磁化曲线；图5示意画出测量磁感B的装置的透视图，磁感B是传输线距离的函数；图6画出两种作为传输线距离函数的磁感模数变化的比较，一种用有限单元法计算，一种通过试验方法；图7和8画出用于制作屏蔽层的又两种铁磁材料的磁化曲线。
具体实施例方式
为本说明的目的，“磁化曲线”一词，按照IEC标准404“磁性材料(Magnetic materials)”的规定，是指描述材料相对磁导率μr对施加的磁场H的变化曲线。
具体说，按照该标准，磁导率是通过把材料环浸没在磁场中测量的，该磁场相对该环是圆周形指向的。
铁磁材料磁化曲线的一个例子，示意画在图2。符号μr max与Hμr max表示所述曲线的尖峰坐标。
本申请人已经发觉，按照本发明的多层磁屏蔽物的屏蔽能力，依赖于所述屏蔽物每一层屏蔽材料内磁场的假设值。
具体说，本申请人已经发觉，通过制备一种多层磁屏蔽物，能够有效地降低构成电力传输线的电缆产生的磁场，使之达到0.2μT的磁感值甚至更低，该多层磁屏蔽物的每一层，由铁磁材料制成，该铁磁材料的磁化曲线，要能使所述曲线尖峰(换句话说，即最大相对磁导率μr max)对准的磁场值(即Hμr max)，近似等于每一层铁磁材料内的磁场值。
事实上，屏蔽材料的相对磁导率，在所述磁化曲线的尖峰区有非常高的值，从而，令所述材料工作在所述区内这一事实，能够保证本发明的多层磁屏蔽物的每一层，有最大的屏蔽作用。换句话说，如果磁场的值接近每一层材料内的Hμr max，那么该材料本身有高的磁导率，从而有高的屏蔽能力，换而言之，有高的能力把其中的磁场“拦住”。
图1按照本发明的一个实施例，示意画出高功率电力传输线100的截面。
所述线路100包括三根电缆101a、101b、和101c，各传输低频的，通常是50或60Hz的交变电流。
所述电缆101a、101b、和101c，按三叶形结构排列，换句话说，使其截面图如图1所示，所述电缆的几何中心近似定位在三角形的顶点。
所述电缆最好彼此接触。
通常，电缆101a、101b、和101c的每一根包括导体；内部半导体涂敷层；绝缘涂敷层，由例如交联聚乙烯(XLPE)制成；外部半导体涂敷层；金属屏蔽物；金属铠装；和聚合物套，用于防护外部环境。
如有必要，还可以把金属套放在所述聚合物套的径向外面的位置，作为防水的屏障。
每一电缆的整个外径，通常在80到160mm范围。
图1所示传输线100还包括管道102，管道内按照前述的三叶形结构，排列着电缆101a、101b、和101c。
所述管道102最好有闭合的横截面，基本上呈圆形，且其厚度一般在1mm到10mm的范围，最好是从3mm到5mm。
所述管道102最好用PE、PVC、或树脂玻璃纤维层压制成。
一般说，管道102的内径，在传输单相的电缆直径的2.3至2.8倍范围内选择，这样，把电缆放入管道内的操作变得十分容易。
电缆101a、101b、和101c最好放在管道102底部升起的位置，这样做是为了减少电缆三叶形横截面的重心与管道102对应的横截面几何中心之间的距离。这样做，对离开线路给定距离上的磁感(例如1～1.5米)，有正面效应，使所述磁感有利地减小。
为了在管道102内提供这种三叶形排列，电缆101a、101b、和101c由适当的承重单元103支承。
在图1所示的优选实施例中，所述承重单元103以围绕所述三叶形电缆螺旋式地缠绕的延伸单元表示。该延伸单元最好是软带。
该承重单元的使用，以及随之发生的电缆重心向管道几何中心的位移，导致磁感通量线显著地集中在管道本身之内，并具有更对称的排列。
此外，承重单元103使它能降低因寄生电流产生的损耗，该寄生电流位于靠近管道102与电缆101a、101b、和101c的接触点区域内，多亏两根电缆101b和101c离开管道底部的位移；但在管道102的上部区域，由于相应电缆101a的接近，损耗稍有增加。总的效应则是损耗的降低。
有利的做法是，使用围绕电缆101a、101b、和101c缠绕的单元，那么，即使当电缆受温度形变力或电动机械力的作用，有分离的趋势时，也能使电缆在所有时间保持彼此紧密的接触。
通过保持电缆彼此接触，管道102各电缆中心间的距离，换句话说，是各电缆中流过的电流中心间的距离，可以降低至最小，随之降低要屏蔽的磁感。
可以选择承重单元103的直径，使电缆的重心更接近管道102的几何中心(如在截面所见)，最好使它们之间的距离小于(D-d)/6，这里D是管道102的内径，而d是电缆101a、101b、和101c之一的外径。
这样做，在降低磁感，与包括承重单元和管道102内电缆全部尺寸所施加的限制之间，可以获得良好的协调。
在另一个实施例中，电缆101a、101b、和101c依靠与管道102底部的直接接触来支承，不设置承重单元103。
在不被电缆101a、101b、和101c及承重单元103占据的管道102内的空间104，一般都有空气。但是，在某些情形下，把某种流体，如惰性气体，引进所述空间104是有利的。
在一个特定的实施例中，管道102内使用稍高的压力，以便防止水分从管道外部侵入。例如，可以把干燥的氮气引入内部空间104，这样，管道内部的压力，稍高出约0.5bar。因此，通常放在每一电缆的径向外面的防水金属套，就成为不必要的了。
按照图1所示实施例的传输线100，还包括多层磁屏蔽物200，放在管道102的径向外面，并与后者接触。
按照所述实施例，磁屏蔽物200由两层屏蔽层201、202构成，每一层由不同的铁磁材料制成。
详细地说，第一径向内屏蔽层201，放在与管道102外表面直接接触的位置，且具有部分地降低线路100产生的磁场的功能，所以，在选择和设计第一屏蔽层201的径向外面的第二屏蔽层202时，要有效地屏蔽线路产生的又不被所述第一层201屏蔽的磁场。具体说，因为所述线路产生的磁场已经部分地被所述第一层屏蔽，可以选择所述第二层的铁磁材料，使它的相对磁导率大于所述第一层材料的相对磁导率，从而能有效地屏蔽不被所述第一层屏蔽的磁场。
按照图1所示实施例，一种屏蔽单元400放在所述磁屏蔽物200的径向外面，从而它能执行为线路100屏蔽地球磁场的功能。
所述传输线100，通常埋入敷设电缆的沟槽内，一般的深度是不小于0.5米，最好在1至1.5米的范围，该值是指线路靠在沟槽底部的点。
按照本发明的又一个实施例(未画出)，多层磁屏蔽物200放在电缆101a、101b、和101c三叶形的径向外面，并与所述三叶形接触。
在此情况下，因为管道102与敷设电缆沟槽内的地面直接接触，所以还必需用防腐蚀材料，例如聚乙烯或沥青，覆盖所述管道的外壁。
按照又一个实施例(未画出)，按照本发明的多层磁屏蔽物200是，形成所述屏蔽物的各层，不全部按顺序相互接触放置。
按照又一个实施例(未画出)，第一屏蔽层201和第二屏蔽层202，沿径向重叠放在所述电缆101a、101b、和101c三叶形结构的径向外面，而屏蔽单元400的位置，在管道201的径向外面，并与后者接触。
当按照本发明的多层磁屏蔽物，或屏蔽单元，被放在管道102的径向外面的位置时，它们最好用套覆盖，例如用PE套覆盖(图上未画出)，以防护外部环境。
按照本发明的传输线的敷设，如图1所示类型传输线的敷设，一般的过程是，准备好敷设电缆的沟槽，然后把管道102置于沟槽内，后者通常做成多段分开的长度并装备以多层磁屏蔽物200。
然后，用焊接或别的方法，把各段长度连接在一起，再填满沟槽，使受敷设影响的地面迅速复原。
然后，线路的电缆在管道的一端插入，又从另一端拉出。
在图1所示的优选实施例中，在把电缆101a、101b、和101c插入管道102之前的一个步骤中，把电缆101a、101b、和101c按三叶形结构连接在一起。
下一步骤是环绕所述结构缠绕延伸单元103，因而防止一根电缆相对于其他电缆移动，然后把这样获得结构插进管道102。
敷设电缆时，因为电缆101a、101b、和101c的重量和与管道102底部的摩擦，使软带103经受颇大的牵引力，为此，制作延伸单元103的材料必需能耐受因与管道底部壁的摩擦而产生的牵引力和磨损。
所述延伸单元最好用介质材料。所述材料从下面一组选择甚至更好聚酰胺纤维(如尼龙)、聚酯纤维、和aramidic纤维(如Kevlar)。
为了进一步说明本发明，本文下面举出一些表明本发明实施例的例子，但不是对本发明的限制。
*****例1考虑图1所示类型的三相线路，以400kV和1500A传输电力，埋设在深度1.5米的沟槽内。
所述线路包括三根排列成三叶形结构的电缆，每一电缆有常规的结构，沿径向方向从电缆的内侧到外侧分别包括由光滑的铜制成的Milliken型导体，截面1600mm2；内部半导体涂敷层；交联聚乙烯(XLPE)的绝缘涂敷层；外部半导体涂敷层；金属屏蔽物；金属铠装；和外部聚合物套。电缆的外直径是122mm。
所述传输线还包括尼龙制成的延伸单元，直径36mm，按1米间距的螺旋形，在环绕前述三叶形结构的径向外面的位置缠绕。
所述线路还设有适合在其内包含前述三叶形结构的管道。所述管道用树脂玻璃纤维层压制成，通过灌注混有硬化树脂的玻璃棉基体制作，内径是263mm，厚度是0.7mm，使管道的外直径变成264.4mm。
按照本发明的多层磁屏蔽物，放在所述管道的径向外面的位置，且包括与管道外表面直接接触的第一径向内层，和在第一内层的径向外面并与第一内层接触的第二层。
详细地说，用于制作所述第一径向内层的铁磁材料，是晶粒取向的硅钢(下面称为a-FeSi-1)，结构式是Fe96.8Si3.2，冷轧并经退火处理。
所述硅钢a-FeSi-1的化学和物理特征如下密度δ＝7650kg/m3；电阻率ρel＝5×10-7Ω★m；饱和磁感Bs＝1.98T；矫顽磁场Hc＝52A/m。
图3画出所述钢的磁化曲线(H，μr)。对所述材料的H和μr值，所述值可从图1的磁化曲线获得，表I列出的磁感值B，是通过下面的方程式确定的B＝μr×μ0×H(1)这里μ0是真空磁导率，等于1.257×10-6(H/m)。
表I
本申请人已经发现，钢的晶粒大小的增大，伴随该层屏蔽能力相应的改善。按照国际标准，钢的晶粒大小可以通过无量纲指数G(按照ASTM标准E-112)确定，它是通过清点预定面积上出现的晶粒获得的。因此，指数G随晶粒大小的增大而减小。
按照本发明的多层磁屏蔽物的所述第一径向内层，是通过执行相继7次缠绕宽度20mm、厚度80μm的带制成的。所述带最好在它的外表面涂敷氧化硅膜，起电绝缘体的作用，厚度1.5μm，使带的总厚度达到81.5μm。因此，所述第一层总的厚度约0.6mm，外经约265.6mm。
所述第一层的总厚度，和为获得所述总厚度要求相继的缠绕数，可以计算如下。
磁场H可以通过下述Biots-Savart方程计算，该方程对计算离无限长的直线电流某一距离的磁场，是有效的H=12πd---(2)]]>其中，在本情形下，H是在离产生前述磁场的源，例如电缆101a、101b、和101c的距离为d处的磁场；而I是流经所述电缆的电流。
参照图1所示的线路配置100，但略去管道102和延伸单元103的存在，还略去同时存在三根电缆101a、101b、和101c，则在所述电缆之一的外表面的H值是3,913A/m，所述值是把流过的电流I的值取1,500A，电缆半径d的值取61mm，代入方程(2)确定的。
因为磁场H的所述值，是在最临界的点上，换句话说，是在与电缆接触的点上计算的，所以，假定取H的值等于计算值的一半，换句话说，等于1,956A/m，通过这样的方式来考虑该层中存在的基本上平均的值。
此外，在没有磁屏蔽物时，因为传输线100在地面产生的磁感B是34μT(通过矢量形式的Biots-Savart方程计算的值)，同时，如上所述，本申请人的目标之一，是获得等于或甚至低于0.2μT的磁感值，为了达到所述目标，必需向所述线路提供磁屏蔽物，该磁屏蔽物能把磁场H，从没有磁屏蔽物时的所述磁场的初始值，降低一个170倍的系数。因此，值170整个代表了磁屏蔽物的总的屏蔽系数Stot。
因此决定，5％的屏蔽作用分配给第一径向内屏蔽层；换句话说，决定所述第一层应能抑制线路产生的磁场的5％。所以，8.5的屏蔽系数S1(所述值是Stot的5％)分配给所述第一层，所述屏蔽系数一般定义为S=HincHtr---(3)]]>这里，在涉及所述第一径向内层的前述特殊情形下Hinc是进入的磁场，换句话说，是线路产生并到达所述第一屏蔽层的磁场；Htr是透过的磁场，换句话说，是离开所述第一层的磁场；换句话说，Htr代表线路产生而没有被所述第一层屏蔽的磁场部分。
如果在前述方程(3)中，给定的Hint值是1,956A/m，和给定的S1是8.5，我们得到Htr等于230A/m。
另一方面，屏蔽系数S还可以根据下述方程计算(对厚度比直径小的多的柱面屏蔽物有效)S=0.66μrδR---(4)]]>这里μr是使用的材料的相对磁导率；δ是该层的厚度；R是该层的平均半径。
因为铁磁材料是已知的，即a-FeSi-1，所以，按照所述材料图3的磁化曲线及表I，选择2,500，作为与磁场从Hinc＝1,956A/m到Htr＝230A/m的范围对应的平均相对磁导率μr的值。
因此，把方程(4)应用于所述第一屏蔽层，可以选择厚度δ和相应的半径R，通过这样的方式获得需要的屏蔽系数S1，即8.5。
然后是计算，当第一屏蔽层的厚度δ是0.6mm时(如上所述，对应于约265.6mm的外径及相继7次缠绕前述带的结果)，屏蔽系数的值是7.6，所述值充分接近需要的值8.5。
按照本发明的多层磁屏蔽物，在第一层的径向外面，还有第二层。
详细地说，所述第二层使用的铁磁材料，是与第一层类似的硅钢(下面称为a-FeSi-2)，但经进一步退火处理。
图4画出所述钢的磁化曲线(H，μr)。表II列出用方程式(1)获得的磁感B的值，对涉及前述材料的H和μr的值，可从图4的磁化曲线确定。
表II
按照本发明的多层磁屏蔽物的所述第二层，在第一层的径向外面，是通过40次相继40次缠绕宽度20mm、厚度80μm的带制成的。按照类似于形成所述第一径向内层对该带说明的方式，形成所述第二层的带，在它的外表面也涂敷氧化硅膜，厚度1.5μm，起电绝缘体的作用，这样使带的总厚度成为81.5μm。因此，第二层的总厚度达到约3.2mm和外经约272mm。
通过类似于第一径向内层遵从的方法，所述第一层总厚度的值和随后为获得所述总厚度要求的缠绕数，是通过方程(3)和(4)计算的，结果使屏蔽系数S2的值等于160(换句话说，约为传输线产生的磁场的95％)。具体说，当使S2等于160和Hinc等于230A/m时，发现透过的磁场(换句话说，是离开第二屏蔽层的磁场)Htr约为2A/m，并且，以从Hinc到Htr范围的值为基础，还通过使用图4的磁化曲线及表II涉及所述铁磁材料a-FeSi-2的数据，计算出相对磁导率μr的平均值约为12,000，并以此代入方程式(4)。
因此，通过所述方程式(4)，可以通过选择厚度δ，然后是所述第二屏蔽层的半径R，以这样的方式获得需要的屏蔽系数S2，换句话说，获得的屏蔽系数等于160。
然后是计算，当第二屏蔽层的厚度δ是3.2mm时(如上所述，对应于约272mm的外径及相继40次缠绕前述带的结果)，屏蔽系数S2等于186，所述值充分接近需要的值160。
按照本发明，把另外的屏蔽单元放在所述磁屏蔽物第二层的径向外面，所述屏蔽单元的功能，是屏蔽所述第二层，避免地球磁场的进入。
由于磁场方程式的对称性，在磁场的源在屏蔽层之内或之外的情况下，屏蔽系数S一般都可以用方程式(3)计算。因此，对所述屏蔽单元，方程式(3)成为S2=HincHtr=HearthHtr---(3′)]]>这里Hearth代表地球磁场的值，换句话说，代表落在所述屏蔽单元上的磁场。
地球磁场Hearth在中纬度的值，基本上是常数，等于40A/m。
此外，在此情形下，透过的磁场Htr应理解为没有被所述屏蔽单元屏蔽的余下的地球磁场，因而该磁场落在所述第二屏蔽层上。因为，如在表II所示，所述第二层铁磁材料最大的相对磁导率，是在有从8A/m到20A/m范围的磁场时出现，本申请人希望所述第二层工作在最大磁导率条件下，这一选择导致把8A/m的透过磁场值Htr引入方程式(3′)。因此，以前述值为基础，从方程式(3′)获得屏蔽系数S3等于5。
因此决定，所述屏蔽单元应由与所述第二屏蔽层相同的铁磁材料制成，相继地缠绕两次，使所述屏蔽单元的总厚度，约等于0.1mm，外经约等于272.2mm。
通过类似于第一径向内层和在第一层径向外面的第二层遵从的方法，利用方程式(3′)和(4)，计算所述屏蔽单元的总厚度值，和随后为给出所述总厚度必需的缠绕总数。具体说，以从Hearth等于40A/m到Htr等于8A/m范围的值为基础，还通过使用图4的磁化曲线及表II涉及所述铁磁材料a-FeSi-2的数据，计算出相对磁导率μr的平均值约为10,000，以此代入方程式(4)。
因此，通过使用所述方程式(4)，可以选择厚度δ，并随后是所述屏蔽单元的半径R，按这样的方式获得需要的屏蔽系数S3，即5。
然后是计算，当第二屏蔽层的厚度δ等于0.1mm时(如上所述，对应于约272.2mm的外径及相继2次缠绕前述带的结果)，屏蔽系数S3的值充分接近需要的值5。
因此，多层磁屏蔽物与屏蔽单元形成的组合的总厚度，约为4mm，而总的屏蔽系数Stot是198.6。
该高压电力传输线和分配线，其中流过1,500A的电流，这些线路的屏蔽系数Stot等于194，该值是把前述的总厚度、所述组合的平均半径、和形成所述多层磁屏蔽物各层及另外的屏蔽单元相对磁导率的平均值，代入方程式(4)得到的。
结果是，前述198.6的屏蔽系数Stot，基本上等于194的屏蔽系数Stot(＝S1+S2+S3)，它表明按照本发明方案的屏蔽效率。
装备本发明的多层磁屏蔽物200和屏蔽单元400的传输线100，必须经过磁感场B的测量。
为了该测量，准备好示意地画在图5的测量装置300，所述装置包括测量传感器301，它能够沿水平方向和垂直方向移动，通过这种方式，把装置放在离所述传输线100预定距离的位置上。
详细地说，测量装置300包括一对支承横杆303的立柱302，传感器301可移动地置于横杆303上。横杆303通过一对滑块304，固定在所述立柱302上，滑块304能使测量传感器301按需要，相对于传输线100定位，后者在图5中安排在支承表面305上。
通过操作所述滑块304，使它们能提供立柱302的水平运动，把立柱302向着和/或远离传输线100移动，还能提供横杆303的竖直运动，把横杆303向着和/或远离所述传输线100移动。因此，这些运动可使测量传感器301相对于线路100按需要定位，以便在离所述线路给定距离上检测磁感B。
测量装置300整个用非铁磁材料制成，一般用有机玻璃制成，避免影响测量。
测量方法特别简单，方法包括把传感器定位在预定的距离上，并测量径向的磁感Br及圆周上的磁感Bθ。
在讨论的例子中，测量的值如下Br＝0.11μTBθ＝0.15μT。
因此，因为磁感的模是|B|=Br2+Bθ2---(5)]]>把前述测量值代入(5)，得到|B|＝0.18μT。
还有，按照本发明，多层磁屏蔽物与另外的屏蔽单元形成的组合，必须经过有限单元模拟，以评估用前述测量装置300在试验上测量的数据的可靠性。
图6所示的磁感的模|B|，是作为离传输线轴的距离L的函数画出的。具体说，以实线表示的曲线是用有限单元计算获得的，而通过前述测量装置在试验上计算出来的点，用圆圈表示。
对所述图的分析，揭示试验点与用计算机在理论上计算的曲线之间高度的对应性，这一点表明所述测量装置的有效性。
*****例2考虑类似于例1的三相线路，装备的多层磁屏蔽物包括类似于例1的径向内层。
按照本发明，所述多层磁屏蔽物，在第一层的径向外面，还有第二层，由上述a-FeSi-2型硅钢制成。
所述第二层，是通过相继12次缠绕大小等于例1的那些带完成的，在所述第二层得到总的测量厚度约1.07mm。
按照本发明的多层磁屏蔽物，在第二层的径向外面，还有第三层，用特殊类型的金属玻璃(下面称为“MetGlass A”)制成，所述材料具有相对磁导率大于硅钢相对磁导率的性质。
一般说，金属玻璃是金属型复合物，但有玻璃特有的非结晶(或无定形)显微结构的材料。从本质上说，可以把它们说成玻璃型金属合金，能通过例如骤然冷却所述合金获得。所述快速冷却基本上保证该材料没有足够时间形成成核中心，因而没有足够时间结晶化(例如，请见Praveen Chaudhari，Bill C.Giessen，和DavidTurnbull的论文，刊凳在Scientific American，No.42，1980年6月)。
用于第三层的MetGlass A的结构式是Co68Fe4MoNiSi16Bi10，它的化学和物理特征如下·饱和磁感Bs＝0.476T·矫顽磁场Hc＝3.2A/m图7画出所述材料的磁化曲线(H，μr)。表III中，磁感B的值是对前述材料的H和μr值画出的，这些值由图7的磁化曲线确定。
表III
所述第三层是通过相继10次缠绕宽度14.8mm、厚度35.5μm的带完成的，这使所述层的总厚度约为0.4mm。
所述厚度按类似于例1说明的方式计算。
按照本发明的多层磁屏蔽物，在所述第三层的径向外面，还有第四层，由又一种不同类型的金属玻璃(下面称为“MetGlass B”)制成，与MetGlass A有相同的化学结构式，但经过退火热处理，以增加相对磁导率μr和降低Hμr max。
图8画出所述材料的磁化曲线(H，μr)。表IV中，磁感B的值是对前述材料的H和μr值画出的，所述值由图8的磁化曲线确定。
表IV
所述第四层是通过相继20次缠绕宽度14.8mm、厚度16μm的带完成的，使所述层的总厚度约为0.38mm。
所述厚度按类似于例子中说明的方式计算。
类似于在例1中的说明，有一另外的屏蔽单元，放在多层磁屏蔽物第四层的径向外面的位置，以便屏蔽所述第四层，免受地球磁场的影响。
为防止构成所述第四层的材料因地球磁场的存在而被极化，从而防止它工作在饱和区，所述屏蔽单元提供的屏蔽作用，必须使到达所述第四层的磁场小于1A/m。
因此，以40A/m和1A/m代入方程式(3′)中的Hinc和Htr，得到所述屏蔽单元的屏蔽系数S等于40。
因此决定，所述屏蔽单元应由与所述第二屏蔽层相同的铁磁材料制成，相继地缠绕7次，使所述屏蔽单元的总厚度，约等于0.6mm。
所述屏蔽单元的总厚度，和随后为获得所述总厚度要求的缠绕数，通过方程(3′)和(4)的计算获得。具体说，以Hinc等于40A/m的值，到Htr等于1A/m的值的范围为基础，并使用图4的磁化曲线及表II涉及所述铁磁材料a-FeSi-2的数据，计算出相对磁导率μr的平均值约为8,000，以此代入方程式(4)。
因此，利用所述方程式(4)，通过选择厚度δ，并随后是所述屏蔽单元半径R，以此方式获得需要的屏蔽系数S，换句话说，得到屏蔽系数等于40。
然后是计算，当所述屏蔽单元的厚度δ等于0.6mm时(对应于相继7次缠绕前述带的结果)，屏蔽系数S的值充分接近需要的值40。
因此，多层磁屏蔽物与另外的屏蔽单元形成的组合的总厚度，约为3mm，使外经接近270.4mm和总的屏蔽系数是40。
装备了前述多层磁屏蔽物和屏蔽单元的高压电力传输线和分配线，其中流过1,500A的电流，这些线路的屏蔽系数Stot等于236，该值是把前述的总厚度、所述组合的平均半径、和形成所述多层磁屏蔽物各层及另外的屏蔽单元相对磁导率的平均值，代入方程式(4)得到的。
使用上述测量装置300对本例进行检测，得到如下的值Br＝0.09μTBθ＝0.123μT。
当把所述值代入前述方程式(5)后，得到磁感的模|B|等于0.15μT。
*****因此，按照本发明的多层磁屏蔽物，能屏蔽电力传输线产生的磁场，使所述线路周围空间的磁感值，保持在或低于预定的阈值。
使用相对磁导率从径向的内屏蔽层向着径向的外屏蔽层增加的材料，增强了本发明的多层磁屏蔽物的屏蔽性能。
因此，按照本发明的多层磁屏蔽物所能获得的屏蔽，比现有技术获得的屏蔽更为有效，有利地降低了屏蔽物的厚度，从而屏蔽物的重量，因而也降低了装备所述屏蔽物的电缆的重量。
权利要求
1.一种屏蔽电力传输线(100)产生的磁场的方法，该电力传输线包括至少一根电缆(101a、101b、和101c)，所述方法包括提供一种磁屏蔽物(200)，置于所述至少一根电缆(101a、101b、和101c)的径向外面，所述方法的特征在于所述磁屏蔽物(200)的最大相对磁导率，沿径向从所述磁屏蔽物(200)的内侧向外侧增加。
2.按照权利要求1的方法，其中所述磁屏蔽物(200)包括-第一径向内层(201)，包括至少第一铁磁材料，和-至少第二层(202)，在第一层(201)的径向外面，包括至少第二铁磁材料，所述至少第一铁磁材料的最大相对磁导率，低于所述至少第二铁磁材料的最大相对磁导率。
3.按照权利要求1的方法，还包括在所述磁屏蔽物(200)的径向外面的位置，提供至少屏蔽单元(400)。
4.按照权利要求1至3中任一项的方法，还包括提供管道(102)，其内放置所述至少一根电缆(101a、101b、和101c)。
5.按照权利要求4的方法，还包括把所述管道(102)埋设在预定深度的沟槽内。
6.按照权利要求4或5的方法，包括把所述至少一根电缆(101a、101b、和101c)，通过如下方式放进所述管道(102)内，使所述至少一根电缆(101a、101b、和101c)横截面的重心，接近于所述管道(102)对应截面的几何中心。
7.按照前面权利要求任一项的方法，还包括把至少延伸单元(103)环绕所述至少一根电缆(101a、101b、和101c)缠绕。
8.一种电力传输线(100)，包括-至少一根电缆(101a、101b、和101c)，和-磁屏蔽物(200)，放在所述至少一根电缆(101a、101b、和101c)的径向外面，特征在于，所述磁屏蔽物(200)的最大相对磁导率，沿半径方向从所述磁屏蔽物(200)的内侧向外侧增加。
9.按照权利要求8的传输线(100)，其中所述磁屏蔽物(200)包括-第一径向内层(201)，包括至少第一铁磁材料，和-至少第二层(202)，在第一层(201)的径向外面，包括至少第二铁磁材料，其中，所述第一铁磁材料的最大相对磁导率，低于所述至少第二铁磁材料的最大相对磁导率。
10.按照权利要求9的传输线(100)，其中所述第一层(201)和所述至少第二层(202)，彼此接触地沿径向重叠放置。
11.按照权利要求9的传输线(100)，其中所述磁屏蔽物(200)包括用不同铁磁材料制成的多层沿径向重叠的屏蔽层(201、202)，所述多层屏蔽层(201、202)铁磁材料的最大相对磁导率，沿径向从所述屏蔽物(200)的内侧向外侧增加。
12.按照权利要求11的传输线(100)，其中所述屏蔽物(200)铁磁材料的所述最大相对磁导率，从所述径向内层(201)向所述至少一层径向外层(202)增加。
13.按照权利要求8至12中任一项的传输线(100)，其中所述磁屏蔽物(200)重叠在所述至少一根电缆(101a、101b、和101c)上，并与后者接触。
14.按照权利要求8至13中任一项的传输线(100)，包括管道(102)，其内放置所述所述至少一根电缆(101a、101b、和101c)。
15.按照权利要求14的传输线(100)，其中所述磁屏蔽物(200)与所述管道(102)的径向外表面接触。
16.按照权利要求8的传输线(100)，还包括含有至少一种铁磁材料的屏蔽单元(400)，所述屏蔽单元(400)放在所述磁屏蔽物(200)的径向外面的位置。
17.按照权利要求16的传输线(100)，其中所述屏蔽单元(400)，重叠在所述至少第二层(202)上，并与后者接触。
18.按照权利要求14的传输线(100)，还包括包含至少一种铁磁材料的屏蔽单元(400)，所述屏蔽单元(400)放在所述管道(102)的径向外面的位置上，并与后者接触。
19.按照权利要求18的传输线(100)，其中所述第一层(201)和所述至少第二层(202)，沿径向重叠在所述线路(100)的至少一根电缆(101a、101b、和101c)上，且所述第一层(201)与所述管道(102)接触。
20.按照权利要求16至18中任一项的传输线(100)，其中所述屏蔽单元(400)的所述至少一种铁磁材料的磁化曲线，在地球磁场值(Hearth)上达到尖峰。
21.按照权利要求8至20中任一项的传输线(100)，还包括延伸单元(103)，螺旋式地环绕所述至少一根电缆(101a、101b、和101c)缠绕。
22.按照权利要求21的传输线(100)，其中所述延伸单元(103)是介质材料的软带。
23.按照权利要求22的传输线(100)，其中所述介质材料选自以下一组材料聚酰胺纤维、芳族聚酰胺纤维、和聚酯纤维。
24.一种多层磁屏蔽物(200)，包括-第一径向内层(201)，包括至少第一铁磁材料，和-至少第二层(202)，在所述第一层(201)的径向外面，并包括至少第二铁磁材料，其中，所述至少第一铁磁材料的最大相对磁导率，低于所述至少第二铁磁材料的最大相对磁导率。
25.按照权利要求24的多层磁屏蔽物(200)，其中构成所述屏蔽物(200)每一层(201、202)的铁磁材料的最大相对磁导率，从所述第一层(201)向所述至少第二层(202)增加。
26.按照权利要求24的多层磁屏蔽物(200)，其中所述屏蔽物(200)的每一层(201、202)，是通过用窄带缠绕制成的。
27.按照权利要求26的多层磁屏蔽物(200)，其中每一层是由多次缠绕制成的。
28.按照权利要求24的多层磁屏蔽物(200)，其中所述屏蔽物(200)的每一层(201、202)，具有管状的形状。
29.按照权利要求28的多层磁屏蔽物(200)，其中所述管状形状，是通过挤出制成的。
30.按照权利要求28的多层磁屏蔽物(200)，其中所述管状形状，是通过滚轧和随后的弯曲及焊接制成的。
31.按照权利要求24至30中任一项的多层磁屏蔽物(200)，其中所述屏蔽物(200)的每一层(201、202)，由选自以下一组铁磁材料的材料制成硅钢；金属玻璃合金；或以铁磁材料填充的聚酯材料。
32.按照权利要求31的多层磁屏蔽物(200)，其中用于填充所述聚酯材料的所述铁磁材料，选自以下一组材料铁磁纳米颗粒、粉末状铁氧体、或铁粉。
全文摘要
本发明涉及一种屏蔽方法，用于屏蔽包含至少一根电缆的电力传输线产生的磁场。本方法包括在所述至少一根电缆的轴向外部的位置，提供磁屏蔽物，所述磁屏蔽物包括至少一对由不同铁磁材料制成的屏蔽层，沿轴向叠置，并且它们的最大相对磁导率沿轴向从所述磁屏蔽的内侧向外侧增加。本发明还涉及一种装备有多层磁屏蔽物的电力传输线和一种多层的磁屏蔽物。
文档编号H01B9/02GK1524273SQ02813029
公开日2004年8月25日 申请日期2002年6月19日 优先权日2001年6月29日
发明者法布瑞兹欧·多纳兹, 珀罗·梅奥利, 宇瑞·A.·杜比特斯凯, 维拉迪密尔·I·派迪沃夫, 罗伯特·S.·凯斯默夫, S. 凯斯默夫, A. 杜比特斯凯, 密尔 I 派迪沃夫, 梅奥利, 法布瑞兹欧 多纳兹 申请人:皮雷利&C.有限公司