kA级脉冲电流注入环的SPICE电路模型

在考核电力/电子设备抗强电磁脉冲性能的千安培(kA)级脉冲电流注入试验中,注入环通过感性耦合的方式将脉冲源输出能量加载到受试设备端口,是注入试验平台的重要组成部分.为解决kA级电流注入环的时域电路仿真难题,本文以Montena IC3B型注入环为例,采用多段集总参数电路串联的方法,建立了考虑分布参数因素的kA级注入环SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis,SPICE)电路模型;并依据注入环磁芯材料特性,对端口阻抗测试数据进行了分频段拟合,采用粒子群优化算法求取了电路模型参数;最后将该模型应用于kA级脉冲电流注入平台的整体电路仿真,并进行了实验验证,结果表明该模型具有较高的时域仿真精度,可用于电力/电子设备强电磁脉冲电流注入试验的设计、分析、效果预估等工作.

基于脉冲电流注入的差分芯片敏感度研究

采用脉冲电流注入(PCI)技术,对差分信号接收芯片(DS26C32ATM)的敏感阈值进行研究。试验结果表明,随着脉冲源电压的增大,传输线上的注入电流增大,差分信号接收芯片接口电路受到电磁脉冲干扰,发生损伤。对损伤芯片进行失效机理分析,定位故障。针对失效机理分析结果,对差分信号接收芯片进行加固防护研究。试验结果为后续差分芯片的抗电磁脉冲干扰的性能试验提供可靠依据。

一种应用于脉冲电流注入的线路阻抗稳定网络

[目的]针对现有线路阻抗稳定网络(LISN)在电磁脉冲防护能力上的不足,提出一款适用于电气电子设备脉冲电流注入(PCI)试验的LISN。[方法]通过PSpice时域和频域仿真,结合工程设计要求,针对PCI试验中脉冲电流峰值高、上升快等特点,在现有基础上改良LISN的电路拓扑和物理结构,使其同时具有良好的纳秒脉冲防护性能和阻抗稳定能力,并设计开展脉冲电流防护性能测试和阻抗曲线测试试验。[结果]试验验证结果表明,该LISN可以使电流衰减到注入的脉冲电流值的1/60;试验结果与GJB 151B—2013中5μH型LISN的阻抗曲线之间的误差小于5%。[结论]该LISN具有较好的阻抗稳定能力和去耦能力,可用于电气电子设备的PCI试验,以保护电源并提高试验的可重复性。

感性脉冲电流注入装置的SPICE电路建模

为预测电子设备传导敏感度试验中脉冲电流注入在设备端口产生的干扰强度及波形,建立了感性电流注入装置的SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)电路模型.在将装置电路模块化的基础上,应用传输矩阵计算的方法,从实验数据中提取出各模块的电路参数或方程表达式,并转换为SPICE模型,最后再将各模块组合为完整的装置模型.频域和时域的实验显示,模拟结果和测量结果一致性较好.建立的电路模型可用于设计和优化脉冲电流注入试验.

非接触式脉冲电流注入系统研制

介绍了一种非接触式脉冲电流注入装置,采用磁场耦合原理,对电缆、导线等电子部件进行脉冲电流注入,与被测试部件没有直接的电气物理接触,可以在电子设备正常工作时进行脉冲电流注入测试,实验表明,可以在4 m长两端接负载的导线上注入脉冲电流幅度高达150 A。

同轴电缆感性脉冲电流注入试验仿真方法

为开展同轴电缆感性脉冲电流注入试验的量化分析及设计,利用Spice建模的方法求解电缆屏蔽层的耦合电流,给出了脉冲电流注入仿真中转移阻抗适用的测试方法以及屏蔽层与芯线间耦合的计算方程,建立了同轴电缆感性脉冲电流注入的Spice+Matlab联合仿真方法;另外,基于响应等效原理解决了负值电感的Spice电路表征问题,建立了转移阻抗实测值的拟合电路模型,继而在完成屏蔽层与芯线间耦合的集总近似电路建模的基础上,实现了同轴电缆感性脉冲电流注入的全Spice电路仿真。经数值和实验验证,上述两种方法一致性较好,且均具有较高的仿真精度和良好的时域收敛性,可以用于同轴电缆感性脉冲电流注入试验的设计、分析、效果预估等工作。

脉冲电流注入法求多芯电缆的传输函数

在缆线的高空电磁脉冲(HighaltitudeElectroMagneticPulse,HEMP)耦合试验研究中,为得到电流注入法与辐射法之间不同波形皮电流的耦合等效关系,将电流注入法时域测量与理论分析相结合,以九芯电缆为例通过芯电压与皮电流的关系求取多芯电缆传输函数。Matlab计算结果表明,通过脉冲电流注入法求解电缆传输函数是可行的,其正确性也得到了验证。

快前沿感性耦合脉冲电流注入系统

长距离线缆暴露在强电磁脉冲环境中可能发生能量耦合,对于不能有电接触或者整个线束无法断开的状况,难以利用电磁脉冲模拟器对其进行辐照试验或直接注入试验,针对这一问题,研究了一种快前沿感性耦合脉冲电流注入系统,基于Marx发生器原理,研制了350kV,5kA脉冲电流注入源,通过优化Marx回路结构、设计锐化装置,使脉冲前沿时间缩短至20ns以内,能够满足GJB8848-2016对注入脉冲电流波形的要求,通过研究大脉冲电流感性耦合技术,设计了感性耦合装置,通过合理选择磁芯的材料和几何尺寸,进一步提高了感性耦合效率,为实现不需要改变线缆连接状态的在线注入提供了技术支撑.

kA级脉冲电流注入环的电路建模与分析

为满足kA级脉冲电流注入应用需求,设计了一种基于非晶磁芯的电流注入环,其初级线圈采用线缆直接引出的方式,有效解决了传统注入环N型电缆接头耐压不足的问题。之后根据注入环结构建立了其电路模型,并应用粒子群优化算法确定了模型参数值。频域和时域的验证实验表明,仿真结果和实验结果具有较好的一致性,验证了该电路模型的可靠性和正确性。对注入环的实际应用场景进行了仿真分析,结果表明该电流注入环可满足实际应用中kA级脉冲电流注入的需求。

辐照和电流注入下电缆耦合响应的计算

采用传输线模型,利用时域有限差分方法计算了辐照和电流注入两种试验环境中电缆屏蔽层电流对芯线的耦合响应,并对响应规律进行了研究。计算结果表明:电流注入时近端负载电压峰值最小,辐照时次之,电流注入时远端最大;负载电压峰值、负载能量与屏蔽层电流源幅度等比例变化;相比较前沿的变化而言,改变屏蔽层电流源前沿对负载电压峰值和负载能量的影响不大;屏蔽层电流源半高宽较小时,负载电压峰值、负载能量与半高宽是非线性关系,屏蔽层电流源半高宽较大时,负载电压峰值、负载能量与半高宽成线性关系;电缆较短时,改变电缆长度对负载电压峰值有影响,而电缆较长时,只会影响电缆负载能量。

强电磁脉冲下线路绝缘子闪络特性试验研究

为了研究电力系统关键易损性设备的强电磁脉冲效应,评估电力系统的高空电磁脉冲生存能力,有必要通过试验研究线路绝缘子的闪络特性。该文通过试验获取了高空电磁脉冲标准传导环境下10 kV线路绝缘子的50%闪络电压、放电时延、闪络持续时间及伏秒特性等关键参数,并通过试验分析了线路绝缘子表面干净、污秽等不同状态对绝缘子性能的影响。试验结果表明:高空电磁脉冲传导环境作用下10 kV线路绝缘子易发生闪络,且闪络更容易发生在波尾处,闪络持续时间达数微秒;强电磁脉冲环境幅值越高,绝缘子的放电时延越小,分散性也越小;P-10T型绝缘子相对于PQ1-10T型绝缘子的放电时延更短,绝缘子表面污秽使得其放电时延分散性变大;当电压等级高于90%闪络电压时,绝缘子表面污秽对其伏秒特性影响不大。该文可为强电磁脉冲环境下电力设备的绝缘配合以及绝缘子性能改进提供数据支撑,也可为后续防护设备的选择提供参考。

高空电磁脉冲作用下配电变压器瞬态响应与失效机理

高空电磁脉冲通过场线耦合能在广域分布的电力传输线上形成纳秒级上升沿、数千安培的强电磁脉冲传导环境,对电力设备的安全可靠运行造成严重威胁。为此,该文基于冲击试验方法研究高空电磁脉冲传导环境下典型10kV油浸式配电变压器的响应特性与失效机理。结果表明,变压器击穿阈值分散性较大,相对雷电、操作过电压更容易受变压器生产工艺的影响,且发生击穿后会造成绝缘性能降级,击穿阈值降低50%左右;高空电磁脉冲传导环境下变压器内部绝缘击穿为纵绝缘击穿,主要发生在相引线与分接引线之间、分接开关各引线之间以及变压器绕组首端等位置。研究结果可为配电变压器在强电磁脉冲环境下的生存能力评估与加固技术提供参考。

短波接收天线系统核电磁脉冲注入试验

为评估高空核电磁脉冲(HEMP)对某型短波接收天线系统的威胁,对包含浪涌保护器在内的天线前端设备进行HEMP传导注入试验。采用纳秒级快前沿方波源和双指数波电流源,分别测试不同浪涌保护措施的快脉冲响应。结果表明,主要由于天线末端的气体放电管在高过压比下很快动作(1 ns量级)、信号浪涌保护器内瞬态电压抑制器(TVS)限幅、信号传输设备内放大器饱和限幅等多重作用,注入幅度约3.5 kV的快前沿方波、电流峰值1.8 kA的双指数波(20/500 ns)脉冲都能及时泄放,只在传输设备输出端产生一个幅度饱和(<3 V)、持续μs量级的干扰信号。对这一类低工作电压天线系统,利用基于市售浪涌保护器的多重防雷措施能够同时实现对核电磁脉冲传导环境的防护。

高速比较器与时钟驱动器电源模块电磁敏感性研究

高空电磁脉冲(HEMP)能够对电子器件或系统产生不可忽视的电磁脉冲效应。选取高速比较器与时钟驱动器,采用脉冲电流注入(PCI)的实验方法研究这两种器件电源模块的电磁敏感性。试验结果表明:双指数脉冲电流的上升沿是引起高速比较器与时钟驱动器输出扰动的主要原因,且扰动幅度都受到注入脉冲电流幅值的影响;高速比较器工作在不同电平时电源模块的电磁敏感性不同;高速比较器与时钟驱动器在不同工作频率下会表现出不同的电磁敏感性。研究结果对电子器件或系统的电磁敏感性分析与加固具有一定的指导意义。

强电磁脉冲下金属氧化物避雷器瞬态响应特性

高空电磁脉冲是少数能够同时干扰广域分布系统的强电磁脉冲干扰之一,通过场线耦合能在电力传输线上形成纳秒级上升沿、数千安培的传导环境。为了研究电力系统关键易损性设备的强电磁脉冲效应,评估电力系统的高空电磁脉冲生存能力,有必要通过实验研究现有常规金属氧化物避雷器对高空电磁脉冲的瞬态响应特性。本文通过实验获取了高空电磁脉冲标准传导环境下金属氧化物避雷器的过冲峰值、残压峰值以及响应时间等关键参数,并通过实验分析了金属氧化物避雷器加电与不加电状态对关键参数的影响。实验结果表明:高空电磁脉冲传导环境作用下该型金属氧化物避雷器的过冲电压峰值为雷电冲击电流残压峰值的2.19倍;其残压峰值相对于雷电冲击电流残压峰值提高了115.6%;响应时间基本不随脉冲电流幅值变化。另外,是否加电对该型避雷器过冲峰值、残压峰值、响应时间等参数随脉冲电流幅值变化规律的影响可忽略。

固态继电器电磁脉冲损伤阈值试验不确定度评定

国军标GJB538-88《半导体器件电磁脉冲损伤阈值试验方法》中没有不确定度评定的说明,根据该标准进行了固态继电器电磁脉冲损伤阈值试验,给出了试验测量不确定度评定的方法和步骤,并详细讨论了破坏性试验不确定度评定的特殊性。结果可供半导体器件电磁脉冲损伤阈值试验参考。

基于脉冲点云图的局放仪线性度测评方法研究

局部放电检测仪是确保电网安全运行的关键设备,需要定期对其进行测评,其中线性度测试是必须进行的实验项目之一。从局部放电信号的随机性出发,提出了基于统计法和φ-Q-n图的点云图概念,用于测评局放仪线性度。为更准确测试局放仪本体的线性度,采用直接脉冲电流注入局放仪本体的测量方式。根据本文的测试方法,针对MPD600局放仪本体的线性度测评,给出了详细的实验过程和线性度分析,并验证了此法的可行性。

核安保典型系统电磁脉冲效应试验研究

高空电磁脉冲(HEMP)是一种能够通过场线或孔缝耦合到各种电子电气设备内部的暂态电磁波,该电磁能量会对正常工作的电子电气设备造成干扰甚至永久性损伤。为了确保关键部门的安保系统能够在电磁脉冲环境下正常工作,有必要针对安保系统进行电磁脉冲效应试验,分析该种类型系统在电磁脉冲环境下的薄弱环节和生存能力。针对核安保典型系统拓扑结构,搭建了电磁脉冲辐照试验和脉冲电流注入试验平台,并通过试验获取了报警分机、门禁主机、报警中心端等核安保典型系统关键部件的电磁脉冲效应阈值和效应现象。进一步结合各部件的电路原理分析了关键部件的失效机理,总结了核安保典型系统的薄弱环节,为后续安保系统的防护加固设计提供数据支撑。

局放仪脉冲极性响应不对称误差测评方法研究

脉冲极性响应不对称误差是表征局放仪性能的重要指标之一。为了更准确地测评局放仪,在根据脉冲电流法的局放仪原理和相关局放仪校准规范基础上,提出了在局放仪带宽内产生与局部放电频谱接近的电压脉冲信号,避开耦合装置直接注入局放仪的方法,并通过PRPD谱图分别统计正负脉冲极性响应的平均放电量,对局放仪的脉冲极性响应不对称误差进行测评。以PDCheck局放仪为例,详细介绍了测评的过程及结果分析。试验结果表明,PDCheck局放仪的脉冲极性响应不对称误差最大值为3.83%,小于标准中的±10%,满足局放仪校准规范,并验证了该方法的准确性和有效性。

信号线滤波器的电磁脉冲防护性能试验

为检验信号线滤波器对电磁脉冲在信号线上产生的传导干扰的抑制能力,针对不同型号的信号线滤波器进行脉冲电流注入(PCI)测试,注入电流峰值分为100 A、200 A和500 A三个等级。测量滤波器输出线残余电流,计算相应电流抑制比,并对滤波器输出线和滤波器外壳之间的绝缘电阻进行测量。试验结果表明,100~500 A之间的注入电流就可以使信号线滤波器输出线与滤波器壳体发生绝缘击穿。因此,试验过程中需要关注滤波器的非线性效应,每个等级注入试验后要及时检查滤波器功能是否正常。