本發(fā)明涉及極低頻磁場屏蔽技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種屏蔽極低頻磁場的矩形截面金屬屏蔽槽設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

極低頻磁場是指頻率處于3hz～300hz范圍的交變磁場，普遍存在于載有極低頻交流電流的線路或設(shè)施周圍，例如，交流高低壓輸配電線路周圍的工頻(50hz或60hz)磁場。隨著敏感電子設(shè)備的普及，經(jīng)常出現(xiàn)變、配電線路周圍的極低頻磁場水平需要控制的場合，即需要屏蔽線路周圍的極低頻磁場。軸對稱形狀的金屬管屏蔽的設(shè)計已有簡化方法，即屏蔽效率的計算有簡化公式可以估算。相對較對稱的正方形截面金屬屏蔽槽的設(shè)計也已經(jīng)有比較便捷專利方法“一種屏蔽極低頻磁場的正方形截面金屬屏蔽槽設(shè)計方法”。實際工程中，配電線路更多采用矩形截面金屬線槽敷設(shè)方式，這種金屬線槽本身對極低頻磁場有屏蔽作用，將其設(shè)計成屏蔽槽即可起到敷設(shè)電纜或母線排和屏蔽極低頻磁場的雙重作用。而矩形截面金屬槽屏蔽的設(shè)計仍需要采用數(shù)值計算方法，借助電磁場數(shù)值計算軟件來實現(xiàn)。這在工程應(yīng)用中極為不便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種屏蔽極低頻磁場的矩形截面金屬屏蔽槽設(shè)計方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種屏蔽極低頻磁場的矩形截面金屬屏蔽槽設(shè)計方法，該方法將矩形截面金屬屏蔽槽等效為同材料且邊長等于所述矩形寬度的正方形截面金屬屏蔽槽，通過對所述正方形截面金屬屏蔽槽的分析獲取符合設(shè)定極低頻磁場屏蔽率的矩形截面金屬屏蔽槽的材料與尺寸，所述矩形寬度為屏蔽槽橫截面平行于磁場源布置方向的邊的邊長。

該方法包括以下步驟：

a)獲取設(shè)定極低頻磁場屏蔽率st；

b)根據(jù)被屏蔽極低頻磁場源的布置狀態(tài)及強度絕緣要求初始化矩形截面金屬屏蔽槽的材料和尺寸，所述尺寸包括矩形寬度、矩形高度和金屬屏蔽槽厚度；

c)將步驟b)獲得的矩形截面金屬屏蔽槽等效為同材料且邊長等于所述矩形寬度的正方形截面金屬屏蔽槽，該正方形截面金屬屏蔽槽的厚度與所述金屬屏蔽槽厚度相同；

d)將步驟c)獲得的正方形截面金屬屏蔽槽等效為同材料等周長的圓截面金屬屏蔽管；

e)計算所述圓截面金屬屏蔽管的極低頻磁場屏蔽率s’，以該極低頻磁場屏蔽率s’作為所述正方形截面金屬屏蔽槽的極低頻磁場等效屏蔽率s；

f)判斷所述極低頻磁場等效屏蔽率s是否滿足s≤st，若是，則保存當(dāng)前的材料和尺寸，執(zhí)行步驟g)，若否，則改變正方形截面金屬屏蔽槽的材料和尺寸后，返回步驟d)；

g)以獲得的正方形截面金屬屏蔽槽的邊長w1和厚度t1作為矩形截面金屬屏蔽槽的矩形寬度和金屬屏蔽槽厚度，設(shè)計完成。

所述步驟d)中，極低頻磁場等效屏蔽率s簡化計算為：

式中，中間參數(shù)k、k分別定義為：其中，δ為透入深度，r為圓截面金屬屏蔽管的半徑，t為圓截面金屬屏蔽管的厚度，f為頻率，μ為磁導(dǎo)率，σ為電導(dǎo)率。

所述步驟f)中，改變正方形截面金屬屏蔽槽的材料和尺寸具體包括以下措施中的一種或多種：增加金屬屏蔽槽的厚度、增大正方形截面的邊長和選用更高相對磁導(dǎo)率的材料。

所述步驟b)中，被屏蔽極低頻磁場源包括電纜、導(dǎo)線或母線。

所述矩形截面金屬屏蔽槽的矩形截面高寬比為0.3-1.7。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明方法將矩形截面金屬屏蔽槽等效為同材料邊長等于矩形平行于磁場源布置方向的邊長的正方形截面金屬屏蔽槽，使得其極低頻磁場屏蔽設(shè)計可以采用正方形截面金屬屏蔽槽的屏蔽設(shè)計方法，避免了矩形截面屏蔽槽的設(shè)計需要采用數(shù)值計算方法借助電磁場數(shù)值計算軟件來設(shè)計的麻煩，提高了工程設(shè)計效率。

(2)本發(fā)明方法適合于在工程實際中應(yīng)用，金屬屏蔽槽的實際屏蔽率和設(shè)計屏蔽率之間的偏差可以達到5％以內(nèi)，滿足工程設(shè)計精度要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程示意圖；

圖2為按磁場源布置方向定義矩形截面寬度和高度的示意圖，其中，(2a)為磁場源布置方向平行于矩形長邊的情況，(2b)為磁場源布置方向平行于矩形短邊的情況；

圖3為本發(fā)明正方形截面金屬屏蔽槽等效為同材料等周長圓截面金屬屏蔽管的示意圖，其中，(3a)為磁場源布置方向平行于矩形長邊的情況，(3b)為磁場源布置方向平行于矩形短邊的情況。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

為實現(xiàn)矩形截面金屬屏蔽槽的便捷設(shè)計，本發(fā)明提出一種基于矩形截面金屬屏蔽槽與正方形截面金屬屏蔽槽之間的屏蔽等價性原理的用于屏蔽極低頻磁場的矩形截面金屬屏蔽槽的設(shè)計方法，該方法適用于矩形截面高寬比為0.3-1.7的矩形截面金屬屏蔽槽的便捷設(shè)計。該方法將矩形截面金屬屏蔽槽等效為同材料且邊長等于所述矩形寬度的正方形截面金屬屏蔽槽，通過對所述正方形截面金屬屏蔽槽的分析獲取符合設(shè)定極低頻磁場屏蔽率的矩形截面金屬屏蔽槽的材料與尺寸，所述矩形寬度為屏蔽槽橫截面平行于磁場源布置方向的兩邊的邊長，另外兩邊定義為矩形高度，如圖2所示。

以屏蔽配電線路周圍的工頻(50hz)磁場的矩形金屬槽的設(shè)計為例。某380v三相單芯電纜配電線擬敷設(shè)于矩形截面的鋁槽中，作為磁場源的載流導(dǎo)線的布置方向為平行于矩形截面的長邊，如圖(2a)所示，需按屏蔽槽設(shè)計，使其達到對工頻磁場有0.35的屏蔽率。屏蔽率定義為s＝b1/b0，b1為有矩形截面鋁屏蔽槽屏蔽以后線路附近某點的磁感應(yīng)密度，b0為沒有屏蔽時該點的磁感應(yīng)密度。按本發(fā)明的具體步驟實施如下：

a.確定設(shè)計要求為矩形截面鋁屏蔽槽的極低頻磁場屏蔽率st＝0.35。

b.按被屏蔽極低頻磁場源(工頻380v三相單芯電纜配電線)的布置方向平行于矩形截面的長邊，標(biāo)記矩形截面的寬度和高度，如圖(2a)所示。

c.本實施利已確定金屬屏蔽槽的材料為鋁，以滿足安裝布置、強度和絕緣要求為原則，初步確定矩形截面尺寸為寬度w＝300mm、高度h＝150mm、厚度t＝1.5mm。

d.將矩形截面金屬屏蔽槽等效為邊長等于矩形截面寬度w＝300mm的同材料正方形截面金屬屏蔽槽，t＝1.5mm，如圖(3a)所示。

e.設(shè)計滿足屏蔽率s≤st＝0.35的正方形截面金屬槽，將正方形截面鋁屏蔽槽等效為等周長的鋁屏蔽管，即半徑為r＝191mm，厚度為t＝1.5mm的鋁屏蔽管。

f.用軸對稱鋁屏蔽管的極低頻磁場屏蔽率簡化計算公式計算正方形截面金屬屏蔽槽的極低頻磁場等效屏蔽率s。用薄壁金屬管的磁場屏蔽率簡化計算公式

式中，為透入深度。

代入?yún)?shù)，f＝50hz，鋁為非磁性材料，磁導(dǎo)率μ＝4π×10^-7，電導(dǎo)率σ＝3.6×10⁷。厚度t＝0.0015m，r＝0.191m。計算可得s＝0.439。

檢查屏蔽率s＝0.439大于st＝0.35，需增加正方形截面金屬屏蔽槽的厚度，或增大邊長，或選用更高相對磁導(dǎo)率的材料，或采用這些措施的組合。在本例中，因工程中已確定用鋁槽，采用增大正方形截面邊長的措施，邊長增加到400mm，返回步驟c。重新計算，l＝0.4m時，等效為等周長的鋁屏蔽管半徑為r＝0.255m。按步驟d用式(1)計算得s＝0.344，小于st＝0.35。設(shè)計完成，確定采用邊長為0.4m，厚度為1.5mm的正方形截面鋁槽。

設(shè)計結(jié)果，邊長為w1＝400mm，厚度為t1＝1.5mm的正方形截面鋁槽能達到s≤st＝0.35。

g.寬度等于正方形截面屏蔽槽的邊長w1＝400mm，高度為h＝150mm，厚度為t1＝150mm的矩形截面鋁屏蔽槽即可滿足設(shè)計要求，設(shè)計完成。

在本實施例中，如不采用本發(fā)明的方法，按現(xiàn)有方法，需要采用電磁場數(shù)值仿真軟件計算正方形截面鋁槽的工頻磁場屏蔽率，需要建模計算，設(shè)計會復(fù)雜得多。另外，如果用現(xiàn)有方法，采用電磁場數(shù)值仿真軟件，如infolytica軟件建模仿真計算，w＝400m，h＝150mm，t＝1.5mm的矩形截面鋁屏蔽槽可計算得s＝0.335。與本發(fā)明方法的結(jié)果s＝0.344相比，差異小于2％。說明本發(fā)明方法不僅便捷易用，并且與現(xiàn)有方法相比設(shè)計精度足以滿足工程設(shè)計需要。

以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。