[发明专利]用于向电气设备供电的电缆

说明书

背景技术

本发明涉及在高压下电力传输中使用的电缆的通常领域，并且涉及在这些电缆中局部放电的出现的限制。更具体但不局限地，本发明涉及在飞行器中使用的电气线束和电缆中局部放电的出现的限制。

越来越多的电动飞机的出现导致电气设备的部件使用量的增多，有时在不友好的环境下，电气设备的部件必须通过许多电气线束来供电和控制。电气线束是将不同规格的电缆或电线组合成电束的组件，电缆或电线一起运行并以连接器为终端。在某些情况下，线束可能被屏蔽或设置在金属电线管路中，以防止电磁效应。其可靠性对于电力系统的所有设备的可用性是必不可少的。当电缆组装成线束时，绝缘体的存在可以确保各种电路的隔离。总的来说，令电缆间互相绝缘的所有固态和气态绝缘体以及位于线束附近的导电结构被称为电绝缘系统(EIS)。

使用这些电气设备的部件，特别是当设备的部件在高电压(例如，230VAC的AC电压，+/-270VDC甚至540VDC的直流电压)下运行时，会引起不期望的效果出现。这样的高电压与航空环境有关，其中压力、温度和湿度水平可能根据飞行器的飞行阶段而显著改变，导致线束的电缆中电绝缘系统局部放电的出现。

局部放电是区域放电，其可以是使分隔线束的两个导体的绝缘间隔物局部地短路。在实践中，它们表现为位于靠近电绝缘体(例如在两个绝缘电缆之间)或在电绝缘体内部(例如在空腔中)的气体中的电微弧。这些放电可能导致电缆的电绝缘系统的绝缘体缓慢而逐渐地退化，并导致其过早断裂。因此，电力线的可靠性和可用性可能因这些局部放电而受到很大的影响。

所用的高电压增加了EIS气体中的电场，从而导致局部放电的出现。这个问题的一个已知解决方案在于增加相邻电缆之间的距离，这具有减小该电场的效果。另一种解决方案是差异地分配绝缘体和EIS的气体之间的电场，例如使用具有更大厚度绝缘护套的电缆。增加该厚度可以增加EIS绝缘部件的电场，同时降低电缆之间气体的电场，从而减少局部放电的出现。

然而，这样的解决方案存在整合的问题，因为线束的重量及其总体积大大增加。而目前的趋势恰恰相反，是要减少飞行器中元件的重量和体积，特别是降低其燃料消耗。

因此，期望获得可自由支配的紧凑和轻型的线束和电缆，以防止局部放电的出现。

发明内容

本发明的主要目的是通过提供一种用于线束中以向电气设备的部件供电的电缆来克服这些缺陷，所述电缆包括至少一个导电芯以及围绕所述导电芯设置的绝缘护套，所述导电芯包括至少一股导电线，其特征在于，所述绝缘护套的相对介电常数小于或等于2，并且所述绝缘护套包括含有聚合物气凝胶的第一层和含有含氟聚合物的第二层，所述第二层将所述第一层覆盖。

差异地分配绝缘体和EIS气体之间电场的另一个解决方案是降低绝缘护套的相对介电常数，这具有增加EIS绝缘部件的电场并降低电缆之间气体的电场的作用。因此发明人确定了，对于与常规用于低电压应用的电缆绝缘护套的厚度相同的绝缘护套，当制成绝缘护套的材料的相对介电常数小于或等于2(对于24至2的电缆(AWG)规格)时，对于电压低于2千伏峰，局部放电能被消除。该数值还考虑到电缆使用环境的可能变化，特别是与温度升高相可能结合的低压，如飞机某些区域的情况。

此外，使用由聚合物气凝胶制成的第一层，通过其中含有气体(其相对介电常数基本上等于1)的纳米孔的存在，能够使被提供的绝缘体的介电常数大大降低，因此该层的尺寸减小进而可以使得电缆的重量减小。由含氟聚合物制成的第二层在外部，就它而言，确保了耐化学性和耐热性(特别是对于飞行器中使用的流体，例如：航空液压油(Skydrol)、油、煤油等)以及耐电弧跟踪，也参与消除电绝缘系统的局部放电。使用这样的层能够保持与在低压应用中常规使用的电缆相似的电缆直径。

优选地，所述绝缘护套还包括设置于所述导电芯和所述第一层之间的第三层，所述第三层含有含氟聚合物。这种布置特别在导电芯包括多股导电线的情况下是有利的。具体地说，该第三层使得在导电芯和电绝缘系统之间保留的有利于局部放电出现的间隙被填充。

还优选地，所述聚合物气凝胶为聚酰亚胺气凝胶。

还优选地，含氟聚合物可以为选自聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、乙烯四氟乙烯(ETFE)和氟化乙烯丙烯(FEP)。

为了进一步降低在电绝缘系统中，特别是在第一层中出现局部放电的可能性，所述聚合物气凝胶的含气孔的尺寸优选为小于或等于5微米。

可以使用多孔低密度材料来制备所述第二层，所述多孔低密度材料含有尺寸优选小于或等于10微米的孔。