新能源汽車高壓電纜編織屏蔽及其屏蔽效能的研究

1概述

新能源汽車標準的高壓屏蔽電纜設計通常用很薄的疊層屏蔽帶（LST）和單層的編織，或單一的編織層。本次調(diào)查的范圍僅限于各種單一編織產(chǎn)品和相關(guān)的屏蔽性能。各種標準的屏蔽設計之間的主要區(qū)別是過量的編織百分比。為確定標準屏蔽電纜的整體目視編織覆蓋率和典型設計參數(shù)的說明參見圖1。

圖 1 – 典型的編織結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的邏輯猜測，目視編織覆蓋率越大，屏蔽效能越大。最近的研究表明，發(fā)現(xiàn)相當數(shù)量的汽車高壓屏蔽電纜產(chǎn)品屏蔽設計卻相反。其中編織覆蓋率增加屏蔽效能特性卻降低，術(shù)語表征這個特性被稱為過編織現(xiàn)象。

公式（1），（2），及（3）顯示了如何計算屏蔽電纜產(chǎn)品的編織覆蓋率。

其中：

α = 編織角 (弧度)

D = 編織前直徑 (cm)

C = 股數(shù)

d = 編織單絲直徑 (cm)

P = 單位厘米的目數(shù) (PPCM)

N = 每股的根數(shù)

這種現(xiàn)象在同軸電纜行業(yè)并不新鮮。IEC標準化組織提出了一份文件（IEC62153-4-1），討論這個問題，但在該設計缺陷的支持測試數(shù)據(jù)或可能的故障模式方面沒有詳細說明。

本文將討論幾種編織結(jié)構(gòu)，并證明這些設計如何影響屏蔽電纜產(chǎn)品的整體屏蔽效能。本文的目的是告知整個行業(yè)的專業(yè)人士過編織現(xiàn)象，并希望盡快在這個領(lǐng)域進一步研究。

2測量方法

有用于表征屏蔽電纜的屏蔽性能的各種屏蔽效能的測量方法。三個用于屏蔽電纜比較常見的方法有三同軸（ANSI/SCTE78），GTEM小室（48-3），和CoMeT管（IEC62153-4-4）。在本文中選擇記錄屏蔽電纜性能特性的測量方法是CoMeT（耦合測量管），因為它正變得越來越流行在電纜行業(yè)。

為什么CoMeT是越來越受歡迎有幾個原因。這些原因包括測量更加精確，事實上，它可購買“現(xiàn)成的” 完整的測量系統(tǒng)用于兩端的連接器和電纜制造商。下面的圖2顯示了CoMeT測量系統(tǒng)。

圖 2 – CoMeT 測量系統(tǒng)

CoMeT測量系統(tǒng)由幾個部分組成，如圖3。對有一個在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)背景的人CoMeT的操作背后的理論是比較簡單的。RF發(fā)生器（通常是網(wǎng)絡分析儀）在一個預定義的頻率范圍內(nèi)發(fā)送一系列的RF信號。

選擇用于此實驗的頻率范圍為30MHz至1000MHz的。這些信號通過在被測電纜的旅行而終止于一個阻抗匹配電阻。電阻器的另一端連接到外導體外側(cè)的屏蔽。被測電纜的屏蔽變成CoMeT“管”的中心導體。

由于被測電纜的屏蔽變成管的中心導體，相關(guān)被注入到電纜中的信號其耦合到被測電纜的外表面的任何電磁能量將通過網(wǎng)絡分析儀測定。

公式（4）演示了如何計算屏蔽效能的方法。

其中：

SE = 以分貝為單位的屏蔽效能

Vc = 耦合電壓 (泄漏)

Vr = 基準電壓 (注入)

圖 3 – CoMeT 測量系統(tǒng)

其中：

1. 網(wǎng)絡分析儀的輸出

2. 被測電纜 (CUT)

3. 測量管

4. 匹配電阻

5. 網(wǎng)絡分析儀的接收部分

L. 測量長度

3編織設計

3.1 影響因素

屏蔽電纜的屏蔽效能模型不是一門精確的科學。影響所用包帶和編織設計的一些電纜屏蔽性能的的特性因素很多。其中的一些因素包括但不限于以下內(nèi)容：

?編織覆蓋百分比

?編織角

?編織線根數(shù)(單絲)

?屏蔽類型設計

?單位厘米的目數(shù)

?單絲直徑

?編織張力

?護層的壓縮

?測量方法

在這個實驗中，焦點集中于編織覆蓋的百分比，編織角，單絲根數(shù)，和每厘米的目數(shù)。整個實驗過程操作者，編織機，和護套生產(chǎn)線保持一致。

在每個設計中使用同樣的介質(zhì)成分和護套材料努力減少樣件和樣件之間的變差。表1顯示了這個實驗設計的方案。

表 1 – 編織設計表

而設計表1中所列的編織配置，許多考慮因素為最終決定于該設計將被制造并進行分析。其中一些因素包括編織機的齒輪比，提供工具和速度問題。最終確定，在表1中列出的6種設計足以證明過編織現(xiàn)象是真實的，他們提供選擇的參數(shù)足夠進行變化的分析。

3.2 編織分類

提起編織設計，有三種分類。第一種眼下的編織設計，其中沒有足夠的編織存在充分優(yōu)化的電纜的屏蔽效果。第二種情況是優(yōu)化的編織設計，其中最好的屏蔽性能的實現(xiàn)。最后的分類是過編織的現(xiàn)象，其中過多的編織是當前和這個編織設計實際上降低了屏蔽性能。

在本文所述的實驗突破性的把設計只分為兩大類，主要是因為在優(yōu)化設計目前尚不清楚這一點。因此，表1中的前三個編織設計被歸類為“低編織”，而最后三個編織設計被列為“高編織”。低編織設計是那些編織覆蓋率小于80％電纜的表面積。高編織設計顯示的是那些編織的覆蓋范圍用大于90％的表面積。

結(jié)果的分析將與開始這兩個分類的意思對應，那將進一步以假設的一些設計變量的影響進行。

3.3 屏蔽測量和結(jié)果

3.3.1測量

按6種編織設計進行制造并使用CoMeT測量系統(tǒng)進行符合第2章所述的測量。每個設計取十個樣品進行測試。取平均值而得以產(chǎn)生一個單一的測量軌跡。它已被證明在過去的分析中，該平均化的這種方法顯著減少了與測量誤差的相關(guān)聯(lián)的測試的變化。

3.3.2 結(jié)果

結(jié)果見圖 4 和圖 5。

圖4 – 低編織設計的屏蔽性能

圖5 –高編織設計的屏蔽性能

對圖4和5中結(jié)果的直觀審查表明，低編織和高編織設計之間存在差異，同一類別內(nèi)的設計之間的差異可以忽略不計。

3.4 設計因素分析

在本實驗之前，假設編織角、每厘米的目數(shù)和匹配的股數(shù)和根數(shù)將提供一些對表征過編織現(xiàn)象的重要變量的見解，以及如何優(yōu)化僅基于電纜的屏蔽性能。關(guān)于編織的設計。為了進一步檢驗結(jié)果，決定將低編織設計和高編織設計的結(jié)果分開，表2顯示了三種低編織設計的屏蔽性能降序。已經(jīng)統(tǒng)計證明，這3個設計之間的差異不足以確定哪些因素主導電纜的屏蔽性能。同樣可以說，在表3中列出的高編織的設計，屏蔽性能也呈遞減順序。在同一類設計之間的任何比較表明平均值的差異不超過2dB，這在屏蔽效能方面更是無關(guān)緊要的。

因此，決定以比較表2和表3之間的結(jié)果。它已被證明在3.4節(jié)的低編織設計都優(yōu)于高編織（過編織）的設計。

基于這些結(jié)果，本設計之間唯一確定的特征是每股根數(shù)和整體編織覆蓋率。三種低編織設計都使用較低的每股數(shù)量，并且比高編織設計具有較低的整體目視編織覆蓋率。

表 2 – 低編織設計分析

表3 – 高編織設計分析

其他唯一感興趣的6種設計的目視檢查。看來，在低編織設計編織比那些高編織設計的更緊，更均勻。這種視覺證據(jù)可能不外乎較少的根數(shù)和更高的編織角的好處，但作者認為，它至少是值得注意的。

4結(jié)論

本文提供的信息證明了超編織現(xiàn)象的存在。為什么直到最近才在業(yè)內(nèi)討論?？赡苁菧y量技術(shù)的進步使識別這種異常成為可能。不管是哪種發(fā)現(xiàn)方法，多年來的研究范式都是屏蔽電纜表面的目視編織層覆蓋率越大，屏蔽性能就越高。

該項目的優(yōu)勢在于向行業(yè)的專業(yè)人士提供了可靠的研究數(shù)據(jù)。繼續(xù)試驗的結(jié)果提高了生產(chǎn)效率，降低廢品相關(guān)的成本，減少庫存，降低非增值成本，并為有關(guān)電纜的屏蔽效能的OEM客戶整體提高了產(chǎn)品的性能。

審核編輯：湯梓紅