耐高溫高電壓高絕緣性能點火電纜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種廣泛應(yīng)用于高溫、潮濕、干燥場所以及放射性環(huán)境下的電力線、控制線和信號線路，適應(yīng)壞境惡劣的電纜，特別是用于發(fā)動機傳遞電能/電信號、具有耐高溫、耐高空臭氧、高介電強度、高絕緣性能以及高能點火電纜，尤其是環(huán)境溫度超過50°c的場合以上，甚至高達(dá)400°C高溫、使用高度可達(dá)22000米高空、直流耐壓可達(dá)20kV高絕緣性、單次傳遞能量可達(dá)16焦耳高能點火電纜。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空發(fā)動機的不斷發(fā)展，對特種電纜要求愈來愈高，尤其是高溫、高空、高絕緣性能的要求。點火系統(tǒng)由點火裝置、點火電纜、半導(dǎo)體電咀(點火槍)三部分組成，耐高溫高電壓高絕緣性能點火電纜即是點火系統(tǒng)中的點火電纜，其用途是將點火裝置輸出的點火能量通過發(fā)動機高溫、高空惡劣區(qū)域傳輸?shù)桨雽?dǎo)體電咀。耐高溫高電壓高絕緣性能點火電纜是高能點火系統(tǒng)能量傳輸部件關(guān)鍵通道，也是點火能量傳輸通道的主要屏蔽裝置，如何實現(xiàn)點火電纜在滿足彎曲性要求條件下且滿足其400°C高溫、高度可達(dá)22000米高空、高絕緣性能且能滿足裝配及維修要求成為了重要難題。點火系統(tǒng)一般采用電子點火方式，電磁干擾是影響點火系統(tǒng)電路以及周圍其它系統(tǒng)正常工作的主要因素之一。越來越多的高科技電子產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用，帶來了一個不容忽視的電磁兼容性的重要研究課題。電磁兼容性是指電氣裝置或電氣系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾或不受環(huán)境干擾，工作在指定環(huán)境中的能力。電磁干擾及其產(chǎn)生的影響是重大的，關(guān)系到汽車、船舶飛行器的安全可靠性，已經(jīng)成為一個非常重要和迫切的急需解決的研究課題。點火系統(tǒng)在工作過程中產(chǎn)生高電壓、強電流，相當(dāng)于電磁發(fā)射體，點火系統(tǒng)的點火能量通過點火電纜傳輸?shù)近c火電嘴，在火花塞間隙(半導(dǎo)體表面)形成雪崩式放電，工作中產(chǎn)生電火花，點火電流瞬間突變以及在整個放電過程中產(chǎn)生高頻振蕩并以電磁波形式發(fā)射到空中，對周圍數(shù)百米范圍內(nèi)的電子設(shè)備及它無線電裝置的正常工作，產(chǎn)生不同程度的干擾，引發(fā)很多嚴(yán)重的后果。產(chǎn)生的干擾不但會影響外界的電子電器設(shè)備的正常工作，而且會影響自身電子電器設(shè)備的正常工作，因此，電子環(huán)境干擾會對電子產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不利的影響，甚至?xí)?dǎo)致其功能喪失。無線電干擾源主要是發(fā)動機的點火系統(tǒng)，其干擾波來自點火系統(tǒng)次級電壓產(chǎn)生的高頻振蕩，其次在發(fā)電機負(fù)載電流突變和整流時也會產(chǎn)生電磁波。產(chǎn)生的干擾電磁波分傳導(dǎo)干擾和福射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾電磁波是通過導(dǎo)線直接輸入無線電設(shè)備和電子設(shè)備內(nèi)部的，而輻射干擾電磁波則是在空間傳播，通過天線(如點火系統(tǒng)高壓線就相當(dāng)于天線)輸入無線電設(shè)備內(nèi)部，從而使它們的工作性能難以發(fā)揮，由此影響電子設(shè)備的安全性、可靠性及穩(wěn)定性等等。與火花塞和點火線圈連接的電路是一種線束中間帶有鐵氧體磁棒的電路。在一定長度的鐵氧體磁棒上纏繞有特定圈數(shù)的螺旋狀線圈，這種線束對頻率非常敏感，任何因素激發(fā)出的電路中的振蕩，都會通過導(dǎo)線等以電磁波的形式發(fā)射出去產(chǎn)生電磁干擾。點火電纜是點火系統(tǒng)能量傳輸?shù)耐ǖ?，電纜皮電流隨入射場波形、電纜長度、電纜屏蔽層感應(yīng)電流是耦合電磁脈沖能量的重要途徑，高空電磁脈沖(HEMP)由于其能量大，頻譜寬，覆蓋范圍廣，可以引起通信、電子和電力系統(tǒng)的損傷或破壞。點火電線在高壓點火時所產(chǎn)生的高頻電磁波，對電子設(shè)備受到干擾，甚至無法正常工作。在艦船電氣或電子系統(tǒng)中，電纜主要用于聯(lián)接不同的設(shè)備或系統(tǒng)，并實現(xiàn)它們之間能量與信息的有效傳輸。通常，系統(tǒng)和設(shè)備內(nèi)部廣泛分布了各類電纜，而由于艦船內(nèi)部布置安裝空間有限使得電纜密集，常因電纜的輻射與傳導(dǎo)的耦合而發(fā)生電磁干擾，艦船通信系統(tǒng)中常會因為大功率電臺到天線的電磁干擾問題影響了弱電系統(tǒng)設(shè)備的正常工作。伴隨越來越多的尚科技汽車電子產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用，汽車電子設(shè)備也存在電磁干擾問題。汽油發(fā)動機的高壓點火系統(tǒng)會產(chǎn)生強電磁波，干擾其周圍的無線電廣播和無線電通訊業(yè)務(wù)的正常運行，并且對電磁環(huán)境造成污染。大量應(yīng)用于車輛上的各種電子電器設(shè)備也同樣產(chǎn)生電磁干擾和發(fā)動機點火系統(tǒng)產(chǎn)生沿電源線傳導(dǎo)的干擾，使一些電子部件在這種干擾脈沖條件下，不能正常工作，甚至導(dǎo)致?lián)p壞。汽車點火電線在高壓點火時所產(chǎn)生的高頻電磁波，對車內(nèi)的電子設(shè)備受到干擾，甚至無法正常工作。綜上所述，電磁兼容的輻射發(fā)射超標(biāo)主要表現(xiàn)在點火電纜，解決好點火電纜的電磁兼容性，即處理好點火電纜金屬屏蔽技術(shù)確保內(nèi)外兩個空間區(qū)域的金屬隔離，以控制電場、磁場由一個區(qū)域?qū)α硪粋€區(qū)域的感應(yīng)和輻射，點火電纜傳輸?shù)母吣茳c火能量被包圍起來，防止電場向外擴散。點火電纜屏蔽體應(yīng)具備減弱干擾的功能，即具備吸收能量(渦流損耗)、反射能量(電磁波在屏蔽體上的界面反射)和抵消能量等作用(電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場，可以抵消部分干擾電磁波)。一般大部分金屬材料可以提供lOOdB的屏蔽效能，但是在實際應(yīng)用中，要達(dá)到50dB以上的屏蔽效能是比較困難的，因為屏蔽體的屏蔽效能不僅取決于屏蔽體材料，更重要取決于屏蔽體制造工藝和結(jié)構(gòu)，屏蔽體應(yīng)具備導(dǎo)電連續(xù)性，整個屏蔽體必須是一個完整的、連續(xù)的導(dǎo)電體，但在實際應(yīng)用工作中必須結(jié)合實際需求進行盡可能的作到屏蔽體的封閉處理。一般的普通電磁屏蔽電纜通常采用鋁箔+編織雙屏蔽結(jié)構(gòu)或是采用雙組分加成型硅膠作為主要原材料制作而成的硅膠電纜，鋁塑復(fù)合箔+70%鍍錫銅絲編織，鋁箔標(biāo)稱厚度為70 μπι，其中鋁層厚度多40 μ。由于現(xiàn)場電磁環(huán)境復(fù)雜，編織電纜之間存在嚴(yán)重的串?dāng)_?，F(xiàn)有技術(shù)中用于發(fā)動機點火電纜的技術(shù)缺點主要表現(xiàn)在:①電磁屏蔽性能不能滿足發(fā)動機催化點火燃油控制器定時器規(guī)范GJB等相關(guān)規(guī)定要求；?點火電纜多層金屬屏蔽體重量超出規(guī)定要求；③點火電纜工藝性差，主要表現(xiàn)在裝配中彎曲性要求點火電纜高溫、高空性能不能滿足愈來愈苛刻的使用環(huán)境要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，為點火電纜提供一種耐燃、耐潮、耐腐蝕、耐高溫、耐輻照和耐臭氧，傳輸損耗低，絕緣性能高、承載電流能力強，適應(yīng)壞境惡劣，直流耐壓可達(dá)20k V高絕緣性，能夠達(dá)到50dB以上屏蔽效能，尤其是能有效應(yīng)用于航空發(fā)動機惡劣區(qū)域，重量、電磁屏蔽性能滿足GJB等相關(guān)規(guī)定要求的電磁屏蔽點火電纜。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種耐高溫高電壓高絕緣性能點火電纜，包括外層屏蔽體、中間層和內(nèi)層絕緣體，其特征在于:鎳芯導(dǎo)體4穿過內(nèi)層絕緣體3，作為絕緣體之一的玻璃纖維包裹在鎳芯導(dǎo)體4上，絕緣體3通過外層編織了網(wǎng)套的中間層波紋金屬軟管2，包裹于鎳芯導(dǎo)體4與波紋金屬軟管之間；穿入波紋金屬軟管2內(nèi)壁的玻璃纖維外表面與波紋金屬軟管2內(nèi)表面之間的內(nèi)間隙填充了氧化鋁粉，外層屏蔽體編織了金屬不銹鋼網(wǎng)套。
[0005]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0006]本發(fā)明采用金屬屏蔽和密封技術(shù)以及合理的屏蔽和彎曲結(jié)構(gòu)，獨特的選取相應(yīng)的屏蔽體和可彎曲的高溫絕緣材料及結(jié)構(gòu)。電纜金屬屏蔽層密封性能優(yōu)良，使電纜高空性能好電磁外泄也小，可屏蔽點火能量的雜散輻射，可有效避免和防止對現(xiàn)場其它弱電設(shè)備、場電子設(shè)備的電磁干擾；電纜中間絕緣層玻璃纖維/氧化鋁粉耐高溫易彎曲強度高；鎳芯導(dǎo)體耐高溫抗氧化傳輸損耗低，連接頭為陶瓷/金屬密封接頭耐高溫、絕緣性能優(yōu)良并能有效實現(xiàn)陶瓷與金屬的密封。
[0007]外層采用不銹鋼網(wǎng)套、金屬編織+波紋金屬管波紋金屬管雙屏蔽結(jié)構(gòu)，抗腐蝕、耐氧化，抗油、抗水、抗結(jié)焦、耐高溫，不受氣壓污染影響，安全可靠。
[0008]包含了采用金屬編織+波紋金屬帶，利用金屬屏蔽層的反射、吸收及趨膚效應(yīng)實現(xiàn)防止電磁干擾及電磁輻射的功能，具有非常好的電磁兼容(EMC)特性。趨膚效應(yīng)是指電流在導(dǎo)體截面的分布隨頻率的升高而趨于導(dǎo)體表面分布，頻率越高，趨膚深度越小，即頻率越高，電磁波的穿透能力越弱。利用金屬對電磁波的反射、吸收和趨膚效應(yīng)原理，有效地防止外部電磁干擾進入電纜，同時也阻止內(nèi)部信號輻射出去，干擾其它設(shè)備的工作，并能夠抵消電磁感應(yīng)在屏蔽層上界面反射產(chǎn)生反向電磁場，干擾電磁波能量，避免電纜長度、電纜皮電流隨入射場波形、電纜屏蔽層感應(yīng)電流耦合電磁脈沖能量的串?dāng)_。波紋金屬管氣密性好，還能夠減小因耦合而引起的干擾信號侵入。電磁感應(yīng)在波紋金屬管金屬屏壁內(nèi)產(chǎn)生渦流，使電磁波消耗于渦流的熱效應(yīng)中，吸收渦流損耗能量，抵消電磁波屏蔽體界面反射能量，不能向外發(fā)射，從而可以避免對無線電波的干擾，屏蔽點火能量的雜散輻射，防止對其他現(xiàn)場電子設(shè)備的電磁干擾。在潮濕環(huán)境甚至在水中也能正常發(fā)火。能在_55°C?+400°C環(huán)境溫度、22000m高空等惡劣條件下長期可靠工作。能夠達(dá)到50dB以上屏蔽效能，重量、電磁屏蔽性能滿足GJB等相關(guān)規(guī)定要求。多層金屬屏蔽克服了現(xiàn)有技術(shù)在_55°C?+120°C環(huán)境溫度以及電磁屏蔽性能不能滿足GJB相關(guān)規(guī)定要求，