CN1240047A - 防雷击电缆 - Google Patents

Abstract

提供了一种防雷击电缆。该电缆包括至少一个内导体，用作动力导体或信号导体，一个扼流导体围绕内导体呈一螺旋状缠绕。雷电击在电缆或与电缆连接的设备附近，如天线附近时扼流导体将对由雷电引起的电流构成一高值阻抗，从而避免雷击电流通过扼流导体而进入内导体，进而防止对内导体和任何相关电子设备的损坏。最好，一个屏蔽罩毗邻扼流导体，围绕内导体沿与扼流导体的相反方向螺旋缠绕，扼流导体和该屏蔽罩相互交叉呈约90°角，来阻碍雷电释放的磁场分量。

Description

防雷击电缆

发明背景

本发明涉及电缆，特别涉及防雷击电缆，其能够基本不受雷电影响。在通讯电缆的场合，电缆内信号导线上的通讯信号以及与其相关的设备都基本不受雷电影响。

尽管本发明在动力和通讯两种电缆均可应用，但本文的绝大多数阐述将针对用在与天线连接的通讯电缆。

本文中术语天线包括电视和无线电台天线，圆盘式卫星电视天线以及其他用于接收电磁信号的装置。天线遭雷击是天线的一个主要问题。通常，由雷电引起的高值电流会通过联接在天线和电子设备之间的电缆。该电流会损坏电子设备。

根据由Peter E.Viemeister撰写的The Lightning Book一书，雷击过程中导体内产生自感应，这是因为雷击电流可以在百万分之一秒内增长约15000安培。对于具有普通截面的直导体，这一脉冲电流可在每英尺导线上产生近6000伏的电压，足以击穿其与附近的导体间的绝缘，例如同轴电缆内的中心导体。

通常雷电保护的电缆的重点更多地集中在系统内电缆的安装上。美国国家电码(TheNational Electric Code)试图保证一个释放雷电的适当的途径，从而减小对连接在电缆一端的设备的损坏。在电缆内或其本身有极少或根本不设雷击的电场或磁场保护。美国国家电码尽管对设备的安装和接地提出一些建议，但其基本点仍是为雷电释放到地提供一直接途径并消除两个端部之间的电动势。

图1是根据美国国家电码的家用电视天线安装的例子。如果雷电击中天线10，一半电荷会加在与天线杆14连接的地线12上，另一半电荷则加在与天线末端18相连的同轴电缆的外屏蔽罩蔽16上。理论上讲，同轴电缆16上的电流通过天线放电单元20，并接着通过接地引线22。但同轴电缆的中心导体或信号导体却未受保护，即家中的接收器和其他单元的电器元件可能损坏。而且，引入线越长，问题就越大。因为雷电击中天线10并放电到地上，沿同轴电缆引入线16和地线12会产生一巨大电场。与该电场正交的方向产生一特强磁场，包围整个电缆。

另外，雷电沿一条最直接、最近的最佳路线传到地上。地线的任何尖锐的弯曲、扭转或折弯都会为快速放电设置障碍。参见The LightningBook第201页与上文相关的内容。这种障碍通常导致放电从地线的弯曲处跳出而进入具有最小电阻的途径。

本发明的目的

本发明的一个目的在于提供一种改进的防雷击电缆。

本发明的另一个目的是提供一种能同时处理由雷电引起的电场和磁场的防雷击电缆。发明概述

根据本发明的一种形式，提供了一种包括至少一个内导体的防雷击电缆。该内导体可以是一信号导体或动力导体。信号导体传导包含信息的信号，动力导体则传导操纵装置和设备的电流。

备有一扼流导体。该扼流导体呈螺旋状缠绕在内导体上，该扼流导体不与该内导体接触。该扼流导体在雷电击中电缆附近时对由雷电引起的电流构成一高阻抗。

内导体最好由金属制成，用来传导电信号或电流，当然该内导体也可以是光导纤维。

最好在扼流导体的下部设置一螺旋屏蔽罩。该螺旋屏蔽罩缠绕在内导体上，但与扼流导体的缠绕方向相反。该屏蔽罩相邻的匝圈彼此不电接触，起到另一个扼流导体的作用。最好在扼流导体和屏蔽罩的交叉点处形成90°角。

扼流导体耗散由雷击引起的电场。螺旋屏蔽罩则起两个作用。首先其是一个与扼流导体反向的扼流圈，用来加强耗散进程，其次它起一个法拉第圈(Faraday Cage)作用，用来大大削弱相应的磁场。

最好屏蔽罩的一侧是绝缘的，因为当屏蔽罩在电缆上缠绕时，匝圈与前后匝圈均不电接触，这样就形成一扼流屏蔽罩。

最好为电缆设全长上的外套，接地引线可与该外套连接。

附图简述

本发明的主题在所附的权利要求书中提出。本发明本身，连同其它目的和优点参照附图可以更好地理解。附图中：

图1是一简化的电路图，示出已有天线的信号传输和接地系统。

图2是一简化的电路图，示出本发明的天线信号传输和接地系统。

图3也是一简化的电路图，示出本发明的天线信号传输和接地系统。

图4是本发明的防雷击电缆的侧视图。

图5是本发明的另一实施例的防雷击电缆的侧视图。

图6是本发明的再一实施例的防雷击电缆的侧视图。

图7还是本发明的一个实施例的防雷击电缆的侧视图。

图8是图5，6，7中螺旋屏蔽罩的截面图。

图9是本发明的另外一个实施例的用于动力防雷击电缆的侧视图。

实施例详述

现特别参照图3，这一本发明的实施例，其中防雷击电缆是一通讯电缆，设有天线信号传输和接地系统24用于将天线10接地。如前所述，天线10可以是一圆盘式卫星电视天线或用来从空中接收信号的其他装置。系统24包括防雷击电缆26，该电缆即本发明的电缆随后详述。防雷击电缆26在接头引线盒28和一天线10连接。电缆26还与一标准的天线放电单元30相连。一种典型的天线放电单元30是Tru Spec，可从C Z Labs得到供货。一条同轴电缆32连接放电单元30和电力设备(未示出)。

一接地引线34将天线放电单元30连接到接地端子36和38。接地端子38又与接地杆39连接。另外，天线杆40通过地线42与接地端子38连接。

图2和图3相似，但示出了电缆26的一些详细情况。在本发明的通讯电缆的实施例中，电缆26最好是一同轴电缆，当然，电缆26可以是一光导纤维或双绞线电缆。通讯电缆必须包括至少一个信号导体。在本发明的优选通讯电缆实施例中，电缆26是同轴电缆。图2示出中心导体44，该中心导线是一信号导体，并与接在天线10的天线杆上的端盒46相连。信号导体44通过天线放电单元30与同轴电缆32相连。螺旋扼流导体56围绕信号导体44，并与天线放电单元30相连，该单元30又与接地引线34相连。电缆26将在以下详细说明。

图4示出防雷击电缆26，该电缆26具有由泡沫绝缘层50包围的信号中心导体44。一个标准的同轴电缆屏蔽罩52包围绝缘层50。绝缘套54包围屏蔽罩52。扼流导体56呈螺旋状缠绕在外套54上。一个全长上的外缘绝套裹敷在电缆上为其提供保护。扼流导体56应足够大，以抵卸雷电引起的高值电流而不融化。扼流导体56至少应该是17号线，而且最好是10号线，并且最好由铜制成。如果该扼流导体由一束圆铜线制成，该线束至少与17号线相当或更大。

现参照图2，雷电击中天线10时，该电击的能量通常会分解，即，一半沿地线42流过而另一半流经电缆26到达接地杆39。但是，由于电缆26形成一个由螺旋扼流导体56引起的扼电流，即导体56因其对具有一极快增长时间的雷击电流具备高阻抗而实际上将雷击电流阻击在外，大部分脉冲电流沿地线42流到大地，而不通过电缆26传到地上。雷击以后本应通过电缆26下传的一半雷击能量由于扼流的作用而被迅速削弱。扼流导体56沿电缆的每次缠绕使得由雷电引起的电场与其自身相互作用，因此阻碍了电流。

任何电能释放，都存在一个电场和一个与其正交的磁场。雷电由于巨大的放电电流而产生一巨大的磁场。图5示出本发明防雷击电缆的另一个实施例，其包括一个特制的屏蔽罩，用来阻碍雷电放电的磁分量，起一个法拉第圈的作用。

图5中具有一中心信号导体44，绝缘层50、标准同轴电缆屏蔽罩52和同轴电缆套54。一个基本呈平形的带螺旋缠桡而成的屏蔽罩58裹敷于同轴电缆套54的外围。

如图8中的螺旋屏蔽罩58的截面所示，该屏蔽罩包括一个可导电的顶部金属部分60，该顶部金属部分60由一底部的塑料绝缘体62绝缘。因此该屏蔽罩可以螺旋缠绕在其本体上而不引起短路。屏蔽罩58的金属部分60最好由铝或铜制成。屏蔽罩58可以经济地得到供货。

扼流导体56螺旋缠绕在屏蔽罩58的外围并与屏蔽罩58的螺旋方向相反。屏蔽罩58和扼流导体56最好都与信号导线44呈45°缠绕。因而屏蔽罩和扼流导体90°交叉。或者，扼流导体和屏蔽罩都可以调节，改变角度，根据需要的效果使电感最大。

图5的实施例中，扼流导体56与屏蔽罩58的金属部分60保持电接触。可在图6的实施例中，螺旋屏蔽罩58和扼流导体56之间设有一绝缘衬套64和一小的导电线61，该导电线61与屏蔽罩58接触，使人可以方便地终止该屏蔽罩。在图5到8所示出的设计中，电场和磁场均可得到处理。电场由如上面描述的起电扼流作用的螺旋扼流导体56处理。磁场由起法拉第圈作用的螺旋屏蔽罩58处理。而且，螺旋屏蔽罩在螺旋扼流导体56的相反方向起一个平形扼流的作用，因而增强了削弱效果。所以，屏蔽罩58具有两个功能。

如上所述，屏蔽罩58最好与中心信号导体44呈45°角沿逆时针缠绕。扼流导体56最好也与中心信号导体44呈45°角但沿相反方向，即顺时针方向缠绕在屏蔽罩58上。扼流导体和信号导线在方向上可以倒过来。结果，磁力屏蔽罩和电扼流呈90°角。

现特别参照图7，在安装中，地线66可制成电缆26的一个组件。地线66连在电缆的外套65上并埋入构成外套65一部分的塑料中。该地线66沿电缆长度设置，并与主电缆隔开，可以容易地剥离并与一接地杆连接。

图5中所示的电缆已经经过实验室和作业测试，结果显示比先前技术有实质性的改进。

以上详述基本上讨论了本发明应用于通讯电缆的情况。图9示出本发明的防雷击电缆69用于动力场合的情况。内导体70和72是动力导体，通常比通讯电缆更粗大。邻近动力导体还常设有一砾石导体(grave1conductor)(未示出)。动力导体72和70由绝缘套74包敷。扼流导体56以如图4中示出和描述的相同形式螺旋缠绕于套74上。另外，图5，6和7中示出的屏蔽罩结构亦可应用在动力电缆场合。

根据以上对本发明的最佳实施例的说明，显而易见可以对其进行诸多修改。可以理解，本发明的实施例只是本发明的示例，而本发明并不受其限制。因而可以理解，所附权利要求中的本发明函盖所有落入本发明精神和范围内的改变。

Claims (26)

1.一种防雷击电缆，包括：

至少一个内导体；

一扼流导体；该扼流导体围绕所述内导体螺旋缠绕；所述扼流导体不与所述内导体直接接触；所述扼流导体在雷电击在所述电缆附近时，对由雷电引起的电流构成一高值阻抗。

2.如权利要求1所述的电缆，其特征为，所述内导体由导电材料制成。

3.如权利要求2所述的电缆，其特征为，所述内导体是一信号导体。

4.如权利要求2所述的电缆，其特征为，所述内导体是一电能导体。

5.如权利要求3所述的电缆，其特征为，所述信号导体至少是一光导纤维用来导光。

6.如权利要求2所述的电缆，其特征为，它还包括设在所述内导体和所述扼流导体之间的绝缘层。

7.如权利要求1所述的电缆，其特征为，所述扼流导体具有一至少是17号线的直径。

8.如权利要求7所述的电缆，其特征为，所述内导体是信号导体，一同轴电缆屏蔽罩围绕所述信号导体；所述同轴电缆屏蔽罩位于所述衬套和所述信号导体间，所述电缆是同轴电缆。

9.如权利要求1所述的电缆，其特征为，所述扼流导体相对于所述内导体呈45°角螺旋缠绕。

10.如权利要求1所述的电缆，其特征为，它还包括一与所述扼流导体相邻的螺旋屏蔽罩，所述螺旋屏蔽罩围绕所述内导体缠绕，并不与所述内导体直接接触。

11.如权利要求10所述的电缆，其特征为，所述螺旋屏蔽罩是扁平导体，所述扁平导体至少有一侧附有电绝缘部分。

12.如权利要求11所述的电缆，其特征为，所述扼流导体与所述螺旋屏蔽罩的扁平导体的非绝缘侧接触。

13.如权利要求11所述的电缆，其特征为，它还包括位于所述扼流导体和所述螺旋屏蔽罩之间的绝缘层。

14.如权利要求10所述的电缆，其特征为，所述螺旋屏蔽罩和所述扼流导体彼此反向缠绕。

15.如权利要求14所述的电缆，其特征为，所述螺旋屏蔽罩和所述扼流导体相互交叉成约90°角。

16.如权利要求14的电缆，其特征为，它还包括一裹敷所述电缆的外套。

17.如权利要求1的电缆，其特征为，它还包括一接地引线，所述接地引线连在所述电缆外。

18.如权利要求16的电缆，其特征为，它还包括一接地引线，所述接地引线连在所述外套上。

19.如权利要求14的电缆，其特征为，所述扼流导体和所述屏蔽罩的螺旋角可以调节以使电感最大。

20.一种天线信号传输及接地系统，包括：

一防雷击电缆，该防雷击电缆包括至少一个信号导体，该信号导体用来传输包含信息的信号；

一扼流导体，该扼流导体围绕所述信号导体呈螺旋状缠绕，所述扼流导体不与所述信号导体直接接触，所述扼流导体在雷电击在所述电缆附近时，对由雷电引起的电流构成一高值阻抗。

21.如权利要求20所述的系统，其特征为，所述信号导体由导电的金属材料制成，该系统还包括位于所述信号导体和所述扼流导体之间的电绝缘层。

22.如权利要求20所述的系统，其特征为，它还包括一邻近所述扼流导体的螺旋屏蔽罩，该螺旋屏蔽罩围绕所述信号导体缠绕，并且不与该信号导体直接接触，该螺旋屏蔽罩是一扁平电导体，它至少一侧是电绝缘的。

23.如权利要求22所述的系统，其特征为，所述螺旋屏蔽罩与所述扼流导体彼此反向缠绕。

24.如权利要求23所述的系统，其特征为，所述螺旋屏蔽罩与所述扼流导体相互交叉成约90°角。

25.根据权利要求20所述的系统，其特征为，它还包括一邻近所述扼流导体的螺旋屏蔽罩，该螺旋屏蔽罩围绕所述信号导体缠绕并且不与所述信号导体直接接触，所述螺旋屏蔽罩和所述扼流导体彼此反向缠绕；一个全长上的外套裹敷所述电缆；一接地引线与所述整体外套连接。

26.根据权利要求23所述的电缆，其特征为，它还包括一个连接在所述电缆外的接地引线。

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