Электрический проводник, изготовленный из провода в оплетке

009225 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к проводнику электричества (электрическому проводнику), который изготовлен из плетеного провода и предназначен в особенности для передачи токов высокой плотности. Предшествующий уровень техники Под плетеными проводами имеется в виду плетеная конструкция с поперечным сечением замкнутого профиля, которая изготовлена путем плетения групп проводов, причем каждая группа сформирована из множества тонких проводящих жил (элементарных проводов) или из одиночной жилы, а группы проводов пересекают друг друга под заданным углом. Исходное поперечное сечение плетеных проводов в большинстве случаев является круглым или, в некоторых случаях, овальным. Путем приложения усилия перпендикулярно исходному поперечному сечению часто изготавливают изделия плоского или прямоугольного поперечного сечения. Известны производственные технологии изготовления многослойных плоских плетеных изделий. В обычных плетеных проводах индивидуальные жилы не изолированы друг от друга и находятся во взаимном контакте вдоль весьма значительной площади. Плетеные провода классифицируют по материалу и покрытию поверхности элементарных жил, по форме поперечного сечения (круглые, овальные или плоские), а внутри каждого такого класса - по размеру. Классификация по размеру включает в себя данные, характеризующие форму, например диаметр или ширина и высота, количество индивидуальных жил в группах, количество групп и измеренное расстояние по длине между точками пересечения противоположно ориентированных групп. Другими производными характеристиками являются полная площадь поперечного сечения, электрическое сопротивление на единицу длины, масса и, в определенных случаях, допускаемая плотность тока. Плетеные провода образуют также защитную оболочку экранированных кабелей. Провода, предназначенные для экрана, обычно не используются для передачи больших токов; размер и число индивидуальных жил определяются только на основе требований, относящихся к необходимой механической прочности и качеству экранирования. В других областях практического применения плетеные провода образуют наружный удерживающий слой электрических кабелей, предназначенных для передачи больших токов и изготовленных из крученых или плетеных проводов. Основная задача такого слоя из плетеного провода заключается в том,чтобы обеспечивать механическую связь, а не проводить ток. Плетеные провода, используемые исключительно для передачи токов высокой плотности, находят применение только в той среде, где требуется также гибкость проводов. В этом отношении типовым примером использования является подсоединение угольных щеток электромоторов. Для такой цели используются плетеные провода плоского поперечного сечения для обеспечения повышенной гибкости. Известны многочисленные области применения плетеных проводов, такие как кабели динамиков,где первостепенными параметрами являются высокая частота передачи и низкие потери, в то время как максимальная допускаемая плотность тока, связанная с определенным выделением тепла, не налагает особых условий. Другим примером является обеспечение гибких соединений в медицинских инструментах, где достижение максимальной плотности тока также не имеет значения. Обширную информацию о плетеных проводах можно найти в Интернете, в особенности на домашних страницах больших производственных компаний. В качестве примеров можно указать адресаwww.newenglandwire.com/braidedwire.html или www.leoni.com Один из недавних примеров использования плетения из благородных металлов можно найти в области моды, где ювелирные изделия и их компоненты изготавливаются по технологии плетения. В электрических установках, в особенности в системах управления большими токами, главные цепи управляемых установок могут передавать большие токи в диапазоне от 10 до 10000 А, для которых требуются проводники с низким внутренним сопротивлением и, соответственно, с низкими потерями. Большие токи часто имеют вид импульсных токов с крутым фронтом. Для передачи точной формы (без искажений) таких токов нужны проводники, сопротивление которых остается низким даже в высокочастотном диапазоне. Внутри зарядных устройств для аккумуляторных батарей, преобразователей мощности и других силовых электрических устройств, где не требуется гибкости соединения между двумя точками, обычно для передачи больших токов используются шины. При использовании шин соединения могут быть получены только при определенных переходных сопротивлениях. Кроме того, из-за практически обязательных перпендикулярных конфигураций проводника длина шин превышает расстояние между двумя точками, которые должны быть соединены. Это обстоятельство вызывает увеличение размера устройства и,кроме того, связано с омическими потерями, превышающими допустимые. Разрешенная плотность тока обычных проводов, предназначенных для передачи больших токов,определяется множеством факторов. Ввиду того, что отвод генерируемого тепла возможен только через поверхность, а поверхность на единицу длины пропорциональна диаметру, и, кроме того, потери от генерируемого тепла пропорциональны поперечному сечению, которое, в свою очередь, является функцией квадрата диаметра, разрешенная плотность тока снижается с увеличением поперечного сечения.-1 009225 Для определенного поперечного сечения допускаемая плотность тока может быть определена, например, для заданной внешней температуры и заданного повышения температуры проводника относительно внешней среды. Согласно известной таблице величин допускаемой плотности тока для крученых медных проводников, которые также при определенных обстоятельствах снабжаются плетеным наружным слоем, для внешней температуры 35 С и температуры проводника 70 С разрешенная плотность тока для поперечного сечения величиной 2,5 мм 2 составляет 12 А/мм 2, а для поперечного сечения величиной 50 мм 2 допускаемая плотность тока составляет всего 5 А/мм 2. Сущность изобретения Задачей настоящего изобретения является создание электрического проводника, который при сравнимом разогреве и идентичном поперечном сечении может проводить значительно более высокие токи(предпочтительно по меньшей мере на 50%), чем известные электрические проводники. Далее задачей изобретения является также обеспечение гибкости электрического проводника, то есть обеспечение возможности его прокладки по кратчайшему пути между двумя точками, а также обеспечение того, что связанное с потерями сопротивление остается приемлемо низким до относительно высоких частот. Изобретение основывается на осознании или предположении того, что в сплошных или плетеных проводниках или в плетеных проводниках плоского поперечного сечения элементарные параллельные или практически параллельные пути тока создают взаимные эффекты, которые повышают потери, поскольку ток будет течь эффективно только в одной части доступного поперечного сечения. В том случае, если данное предположение верно, в структурированных надлежащим образом плетеных проводах группы проводов или одинарный провод, заменяющий группу проводов, должны направляться таким образом, чтобы жилы, принадлежащие различным группам, пересекали друг друга только под углом, оптимально под углом 90 или с отклонением от него максимум 30, а в остальном располагались на расстоянии друг от друга. Решение, обеспечивающее такое расположение на расстоянии, предпочтительно предусматривает внутри плетеного провода вкладыш для удержания на расстоянии обращенных друг к другу поверхностей проводов. Предпочтительно вкладыш может иметь круглое или эллиптическое поперечное сечение. С точки зрения передачи тока предпочтительно изолировать элементарные жилы групп друг от друга; для этой цели жилы снабжены соответствующим изоляционным покрытием, предпочтительно обычной эмалевой изоляцией. Для токов значительной плотности и значительных поперечных сечений провода дистанционирующий вкладыш может быть выполнен в виде трубки, через которую может пропускаться охлаждающая жидкость. В этом случае стенки вкладыша должны быть достаточно тонкими и в оптимальном варианте должны иметь теплопроводные свойства. Было установлено, что плетеный электрический проводник по изобретению способен проводить ток значительно более высокой плотности, чем лучшие обычные плетеные проводники из такого же материала и такого же поперечного сечения. Кроме того, этот электрический проводник не искажает резкие сигналы, возникающие в процессе импульсного управления, и не вызывает ощутимых потерь, зависящих от частоты. Перечень фигур чертежей Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения. На чертежах: фиг. 1 изображает в упрощенной форме на виде спереди электрический проводник, изготовленный из плетеного провода в соответствии с изобретением,фиг. 2 изображает электрический проводник по фиг. 1 на виде сбоку,фиг. 3 изображает на виде сбоку электрический проводник в альтернативном примере выполнения,фиг. 4 изображает развернутую часть плетения в увеличенном виде. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Плетение плетеного провода 10, показанного на фиг. 1-3, состоит из групп 11, пересекающих друг друга под углом 90 и образованных из параллельных элементарных медных жил с эмалевой изоляцией или изолированных другим способом. Индивидуальные группы плетеного провода 10 могут состоять из одинарных проводников, как показано на чертеже. Плетеный провод 10 имеет круглое поперечное сечение. Как показано на фиг. 2, поперечное сечение заполнено дистанционирующим вкладышем 12, который может представлять собой элемент, полученный выдавливанием, вспененный полиэтилен, тетрафторэтилен или любой гибкий материал, обычно используемый при изготовлении проводов или кабелей. В предпочтительном варианте, показанном на фиг. 3, дистанционирующий вкладыш выполнен полым. Его внутренняя полость 13 пригодна для пропускания охлаждающей жидкости. Такое решение требуется только в случае значительных размеров провода или кабеля. На фиг. 4 показаны детали плетения плетеного кабеля 10. Группы 11 а и 11b плетения пересекают друг друга под углом 90. Каждая группа 11 а и 11b состоит из одинарной проводящей жилы.-2 009225 Насколько это касается тока, проходящего через плетеный провод 10, внутренняя структура дистанционирующего вкладыша 12 влияет самое большее только на условия охлаждения, и в проводниках менее значительных диаметров, то есть с площадью сечения меньше 20 мм 2, во внутренней полости дистанционирующего вкладыша 12 могут размещаться одножильные или многожильные проводники. Эти проводники могут проводить сигналы слабого тока, передача которых не вызывает выделения тепла,сравнимого по количеству с выделяемым в плетеном проводе 10 теплом, связанным с потерями. В практическом примере осуществления конструкции, показанной на фиг. 1, был задан наружный диаметр, равный 3 мм, а элементарные жилы были выполнены из неизолированных медных проводов, из которых были сформированы десять групп, каждая из которых имела поперечное сечение площадью 0,25 мм 2. Таким образом, плетеный провод 10 в данном примере выполнения имел суммарный диаметр 2,5 мм. Дистанционирующий вкладыш 12 представлял собой вспененный полиэтилен. Ток силой 50 А пропускали через плетеный провод 10 при внешней температуре 35 С. Была измерена температура плетеного провода 10, и было установлено, что его установившаяся температура была выше всего на 3 С. Таким образом, плотность тока, вызывающая повышение температуры на 3 С, составила 20 А/мм 2, что значительно выше (на 66%), чем в случае обычной величины тока в 30 А для того же поперечного сечения. Однако повышение температуры составило не 35 С, а только меньше одной десятой этой величины. В другом эксперименте главная цепь импульсного зарядного устройства для аккумулятора была выполнена из плетеного провода 10 в соответствии с изобретением. Наблюдение за формой импульсов проводилось с помощью многолучевого осциллографа на клемме аккумуляторной батареи емкостью 60 А-ч и на выходе цепи управления процессом зарядки. Две точки наблюдения были соединены плетеным проводом 10 длиной 0,5 м, описанным в примере выполнения. При наложении двух сигналов искажение формы не было обнаружено даже на самых крутых участках. Плетеный провод 10 не нагревался заметным образом, то есть степень нагрева оставалась в пределах упомянутого ранее диапазона в 3 С. В противоположность этому, когда плетеный провод 10 заменили обычным витым проводом того же диаметра, провод нагревался, и наблюдалось заметное отклонение двух форм сигналов на их нисходящих участках. Представляется, что решение по изобретению подтверждает упомянутое выше исходное предположение. В высшей степени значительное увеличение плотности тока может открыть новые перспективы в конструировании силовых электрических устройств. Эти перспективы могут проявляться в снижении размеров и потерь, в упрощении сборки, а также в повышении точности воспроизведения сигналов управления. Плетеный провод в соответствии с изобретением может изготавливаться с затратами, сравнимыми с затратами на изготовление обычных проводов. Кроме того, технология плетения хорошо известна и обеспечена техническими средствами, в то же время меньшее количество провода, используемое для той же цели, означает значительную экономию. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Электрический проводник для токов, плотность которых более 5 А/мм 2, изготовленный из плетеного провода и сформированный из плетеных групп жил (11, 11 а, 11b), пересекающих друг друга под углом, составляющим 9030, причем плетение имеет поперечное сечение замкнутого профиля, внутри которого размещен дистанционирующий вкладыш (12) для сохранения формы профиля, отличающийся тем, что жилы каждой группы изолированы друг от друга, а указанные плетеные группы жил закрывают непрерывным образом внешнюю поверхность дистанционирующего вкладыша (12). 2. Электрический проводник по п.1, отличающийся тем, что каждая группа содержит одинарную жилу. 3. Электрический проводник по п.1, отличающийся тем, что каждая группа содержит множество параллельных элементарных жил. 4. Электрический проводник по п.3, отличающийся тем, что жилы снабжены эмалевой изоляцией. 5. Электрический проводник по п.1, отличающийся тем, что дистанционирующий вкладыш (12) имеет круглое или эллиптическое поперечное сечение. 6. Электрический проводник по п.1, отличающийся тем, что дистанционирующий вкладыш (12) выполнен в виде трубки, имеющей внутреннюю полость (13). 7. Электрический проводник по п.6, отличающийся тем, что внутренняя полость (13) дистанционирующего вкладыша (12) выполнена с возможностью пропускания через нее охлаждающей жидкости. 8. Электрический проводник по п.6, отличающийся тем, что во внутренней полости (13) дистанционирующего вкладыша (12) размещен дополнительный проводник или дополнительная жила.