CN115149236B - 一种用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置及其使用方法 - Google Patents
一种用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置及其使用方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115149236B CN115149236B CN202210878785.7A CN202210878785A CN115149236B CN 115149236 B CN115149236 B CN 115149236B CN 202210878785 A CN202210878785 A CN 202210878785A CN 115149236 B CN115149236 B CN 115149236B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- plate
- coupling
- coupling plate
- cable
- injection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
Landscapes
- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置及其使用方法，属于电磁兼容设备制造技术领域。包括底板和耦合板结构，耦合板结构通过绝缘支撑设置在底板上方；所述耦合板结构，包括前耦合板上板、后耦合板上板和耦合板下板，耦合板下板与底板平行，前耦合板上板、后耦合板上板分别与耦合板下板的一边固定，形成用于盛放待测设备线缆的三角空间电缆槽，在耦合板下板的两端分别设有一个高压快插头，分别与脉冲注源输出及负载相连。相较其他常规脉冲注入耦合装置，本发明装置具有波形畸变小、非接触式注入等优点，因此本发明的非接触式容性耦合装置可用于HEMP抗扰度评估试验。
Description
技术领域
本发明属于电磁兼容设备制造技术领域，具体涉及一种用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置及其使用方法。
背景技术
高空电磁脉冲(High-Altitude Electromagnetic Pulse,HEMP)具有作用范围广、幅值高、能量大等特点，可通过传导或辐射方式耦合到电子设备，导致设备宕机、故障损伤等效应，构成了关键基础设施安全的重大威胁。脉冲电流注入(Pulse Current Injection,PCI)是模拟HEMP传导环境，检验受扰电子设备HEMP抗扰度的重要技术手段。
耦合装置将干扰耦合到受扰设备的线缆束中，是PCI测试的核心设备。常见耦合装置包括直接注入装置、感性耦合装置等。其中，直接注入装置通过电阻、电容、非线性电阻等实现，同受扰线缆间存在直接电气连接，耦合效率较高，但反射波会对影响HEMP的稳定工作，且测试过程需破坏受扰线缆的外绝缘，不便于在多导体线缆束中应用；感性耦合装置依赖变压器原理将脉冲电流耦合到副边线缆上，其优势在于无需破坏受扰线缆，方便用于线缆束测试，受限于所使用磁性材料的工作频率、饱和磁通量等因素，系统的线性度不高，会导致注入波形的延缓及严重畸变。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置及其测试方法，以解决现有技术中HEMP脉冲电流注入试验中容性耦合装置绝缘耐压水平及耦合能力有限的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置，包括底板和耦合板结构，耦合板结构通过绝缘支撑设置在底板上方；
所述耦合板结构，包括前耦合板上板、后耦合板上板和耦合板下板，耦合板下板与底板平行，前耦合板上板、后耦合板上板分别与耦合板下板的一边固定，形成用于盛放待测设备的三角空间电缆槽，在耦合板下板的两端分别设有一个高压快插头，分别与脉冲注源输出及负载相连。
优选地，在前耦合板上板上还设有用于调整耦合板位置的把手。
优选地，在前耦合板上板上还设有与耦合板下板固定的移动板。
进一步优选地，所述移动板设有两个，移动板通过合页与耦合板下板固定。
优选地，所述绝缘支撑设置有若干个，由尼龙材料制成，耦合板下板通过尼龙螺丝固定于绝缘支撑上。
优选地，底板由金属导体加工制成，在底板上开设有若干用于固定绝缘支撑的孔，绝缘支撑通过尼龙螺丝与底板固定。
优选地，所述耦合板结构中用于盛放待测设备的三角空间电缆槽的长度为1.5m，高度为10cm。
进一步优选地，耦合板下板的宽度为140±7mm。
进一步优选地，底板的长度和宽度比钳体的长度和宽度大至少0.1m。
本发明还公开了上述的用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置的使用方法，包括：
将待测设备的线缆穿过耦合板结构中的三角空间电缆槽中，调整位置使耦合板能够夹紧线缆，减少气隙；
当注入线缆为电源线时，线缆的一端通过去耦网络连接至市电，耦合板下板同地相连，耦合板下板两端的高压快插头分别与HEMP干扰源输出端及负载相连；
当在一次侧注入HEMP传导干扰时，能够在受扰设备线缆束端测得感应电流。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明创新设计的针对高空电磁脉冲(HEMP)传导注入的非接触式容性耦合装置，将耦合板结构通过绝缘支撑固定在接地的底板上，耦合板结构是由前耦合板上板、后耦合板上板以及耦合板下板构成的具有三角形截面的电缆槽，测试时待测线缆通过该电缆槽穿过耦合装置，无需破坏待测线缆结构，实现了非接触式电流注入；同时，耦合装置两端通过高压快插头与脉冲源相连，保证钳体在HEMP传导干扰加载下不发生绝缘击穿，提升了耦合装置的绝缘耐压水平及耦合注入能力。相较其他常规脉冲注入耦合装置，本发明装置具有波形畸变小、非接触式注入等优点，因此本发明的非接触式容性耦合装置可用于HEMP抗扰度评估试验。
进一步地，长度方面，本发明选用1.5m长度进行耦合装置设计兼顾了波形要求及工程限制，是注入PCI波形的最佳选择长度。
进一步地，高度方面，根据计算可知，高度对系统耦合效率的影响较小，因此，本发明的高度设计的原则是保证钳体耐压能满足HEMP传导干扰要求，综合实际工程考虑，本发明要求耦合器高度为10cm。
附图说明
图1为本发明的容性耦合装置的立体图；
图2为本发明的容性耦合装置的侧视图；
图3为本发明的容性耦合装置的前视图；
图4为本发明的容性耦合装置的俯视图；
图5为本发明的容性耦合装置的多导体传输线模型；
图6为本发明的容性耦合装置不同长度时绝缘线缆感应电压波形图；
图7为本发明的容性耦合装置网络连接方法；
图8为本发明的容性耦合器注入电流波形图。
其中，1为底板；2为绝缘支撑；3为前耦合板上板；4为后耦合板上板；5为耦合板下板；6为移动板；7为把手；8为高压快插头。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1、图2、图3和图4，本发明设计的针对高空电磁脉冲(HEMP)传导注入的非接触式容性耦合装置，以EFT耦合钳为基础，针对HEMP传导干扰特征进行了优化改进，容性耦合装置，由底板1、绝缘支撑2、前耦合板上板3、后耦合板上板4、耦合板下板5、移动板6、把手7、高压快插头8等部分组成。底板1由金属导体加工制作，用作系统的参考地，俯视时应大于耦合板结构的尺寸；底板1沿长边依次均布打孔，并通过尼龙螺丝将绝缘支撑2进行固定。绝缘支撑2由尼龙绝缘材料制作，以支撑起耦合板等组件，避免耦合板结构对底板的绝缘击穿。耦合板结构由前耦合板上板3、后耦合板上板4、耦合板下板5三部分组成，均由金属导体加工制作，其中耦合板下板5通过螺丝固定于绝缘支撑2之上，保持同底板1的平行，前耦合上板3、后耦合上板4通过合页与耦合板下板5连接，利用前耦合上板3上设置的把手7可以移动耦合板结构的相对位置，以调整耦合板所构成的三角空间，达到夹紧线缆、提高耦合效率的目的；前耦合上板3前段还设置有移动板6，用于同耦合板下板5紧密固定；耦合板下板5两端分别设置有高压快插头8，分别同脉冲注源输出及负载相连。
通过钳体-线缆束间的电容将干扰耦合到待测设备线缆上，设备与待测设备线缆间无任何电气连接。前耦合板上板3、后耦合板上板4及耦合板下板5构成了具有三角形截面的电缆槽，待测线缆通过该三角形截面的电缆槽穿过耦合设备，电缆槽应与接地板平行，通过绝缘支撑进行安装。耦合装置两端通过高压快插接口同脉冲源相连，保证钳体在HEMP传导干扰加载下不发生绝缘击穿。
考虑到PCI注入脉冲波形的同EFT的差异，需对上述容性耦合装置的结构尺寸进行优化。为此，建立了如图5所示所示电路模型，分析各结构参数对耦合效率的影响。图中：Cm为线缆单位长电容；Cc为嵌体同地板间单位长电容；由于屏蔽效应，线缆与地间单位长电容可忽略；Lb、Lc分别为待测线缆束、钳体的自电感；Lm为线缆-钳体间互感。通过有限元仿真，可对不同耦合装置结构下的电路参数进行仿真计算。再通过改变装置结构参数，研究不同结构参数的影响，优化设计容性耦合装置的结构参数。
长度方面，为分析长度对HEMP注入效率的影响，基于“弱耦合”原理，求解对等效电路进行求解，可以获得线缆注入电压波形满足：
其中，V是受扰线缆共模电压，l是耦合钳长度，c0为光速，Vs为HEMP时域干扰波形，ΓS、ΓR分别为线缆首端及末端的反射系数；公式表明线缆长度影响前后脉冲间时延，从而影响感应合成波形。
为保证波性峰值不被抵消，均匀介质的线缆长度需要满足公式(2)。
由于PCI注入电流波头时间不大于20ns，考虑到线缆存在绝缘层、铠装层，等效电容会增大，PVC等常用线缆绝缘材料介电常数通常在[2～4]范围内，导致波速减半，因此仅需一半长度1.5m即可达到裸导线3米的效果，参见图6。考虑了典型绝缘介质影响下，不同长度线缆的注入波形。可见，选用1.5m长度进行耦合装置设计兼顾了波形要求及工程限制，是注入PCI波形的最佳选择长度。
高度方面，根据计算可知，高度对系统耦合效率的影响较小，因此，高度设计的原则是保证钳体耐压能满足HEMP传导干扰要求，综合实际工程考虑，本发明要求耦合器高度为10cm。
除以上要求外，发明的前提推荐尺寸参数还包括：耦合板下板的宽度为(140±7)mm，接地板的大小应至少比钳体尺寸大0.1m。
容性耦合装置的实测性能：
待测容性耦合装置的接线结构如图7所示，试验时，将待测设备的线缆穿过耦合板构成的三角空间的电缆槽中，并通过把手调整结构，使耦合板尽量能夹紧线缆，减少气隙。当注入线缆为电源线时，线缆右端应通过去耦网络连接至市电。耦合板下板同地相连，耦合器的高压快插接头分别同HEMP干扰源输出端及负载相连。容性耦合器在工作时，前耦合板上板3、后耦合板上板4和耦合板下板5构成的整体为暴露状态的高电位导体，应注意保持同人员、其他设备间的安全距离。
采用以上实验平台，并在一次侧注入2.5kA的HEMP传导干扰时，可在受扰设备缆端束测得感应电流，波形如图8所示，从图8中可以看出，容性耦合器所注入电流波形基本满足双指数脉冲波形的特征，测得电流峰值约为310A，注入波形畸变较小。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置，其特征在于，包括底板(1)和耦合板结构，耦合板结构通过绝缘支撑(2)设置在底板(1)上方，所述绝缘支撑(2)设置有若干个，由尼龙材料制成，底板(1)由金属导体加工制成，在底板(1)上开设有若干用于固定绝缘支撑(2)的孔，绝缘支撑(2)通过尼龙螺丝与底板(1)固定；
所述耦合板结构，包括前耦合板上板(3)、后耦合板上板(4)和耦合板下板(5)，耦合板下板(5)与底板(1)平行，耦合板下板(5)通过尼龙螺丝固定于绝缘支撑(2)上；前耦合板上板(3)、后耦合板上板(4)分别与耦合板下板(5)的一边固定，形成用于盛放待测设备线缆的三角空间电缆槽，三角空间电缆槽的长度为1.5米，高度为10cm，在耦合板下板(5)的两端分别设有一个高压快插头(8)，分别与脉冲注源输出及负载相连。
2.根据权利要求1所述的用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置，其特征在于，在前耦合板上板(3)上还设有用于调整耦合板位置的把手(7)。
3.根据权利要求1所述的用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置，其特征在于，在前耦合板上板(3)上还设有与耦合板下板(5)固定的移动板(6)。
4.根据权利要求3所述的用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置，其特征在于，所述移动板(6)设有两个，移动板(6)通过合页与耦合板下板(5)固定。
5.根据权利要求1所述的用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置，其特征在于，耦合板下板(5)的宽度为140±7mm。
6.根据权利要求1所述的用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置，其特征在于，底板(1)的长度和宽度比钳体的长度和宽度大至少0.1m。
7.权利要求1～6中任意一项所述的用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置的使用方法，其特征在于，包括：
将待测设备的线缆穿过耦合板结构中的三角空间电缆槽中，调整位置使耦合板能够夹紧线缆，减少气隙；
当注入线缆为电源线时，线缆的一端通过去耦网络连接至市电，耦合板下板(5)同地相连，耦合板下板(5)两端的高压快插头(8)分别与HEMP干扰源输出端及负载相连；
当在一次侧注入HEMP传导干扰时，能够在受扰设备线缆端束测得感应电流。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210878785.7A CN115149236B (zh) | 2022-07-25 | 2022-07-25 | 一种用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置及其使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210878785.7A CN115149236B (zh) | 2022-07-25 | 2022-07-25 | 一种用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置及其使用方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115149236A CN115149236A (zh) | 2022-10-04 |
| CN115149236B true CN115149236B (zh) | 2023-05-02 |
Family
ID=83413533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210878785.7A Active CN115149236B (zh) | 2022-07-25 | 2022-07-25 | 一种用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置及其使用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115149236B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN215953746U (zh) * | 2021-05-28 | 2022-03-04 | 西安交通大学 | 一种用于10kV配电线路的脉冲电流耦合器 |
| CN215956367U (zh) * | 2021-05-28 | 2022-03-04 | 西安交通大学 | 一种用于非接触式脉冲电流注入的宽带耦合器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101496320B1 (ko) * | 2013-06-27 | 2015-03-02 | 한국전자통신연구원 | 펄스 주입 장치 |
| CN108562767B (zh) * | 2018-04-09 | 2023-09-01 | 西北核技术研究所 | 一种同轴型传导干扰防护器件性能测试夹具 |
| KR20220055362A (ko) * | 2020-10-26 | 2022-05-03 | 국방과학연구소 | 케이블 외부 결합형 전류 필터 |
| CN113740572A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-12-03 | 西安交通大学 | 一种用于hemp短脉冲电流源间接注入的感性耦合器 |
-
2022
- 2022-07-25 CN CN202210878785.7A patent/CN115149236B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN215953746U (zh) * | 2021-05-28 | 2022-03-04 | 西安交通大学 | 一种用于10kV配电线路的脉冲电流耦合器 |
| CN215956367U (zh) * | 2021-05-28 | 2022-03-04 | 西安交通大学 | 一种用于非接触式脉冲电流注入的宽带耦合器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115149236A (zh) | 2022-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tsumura et al. | FDTD simulation of a horizontal grounding electrode and modeling of its equivalent circuit | |
| Takami et al. | Lightning surge characteristics on inclined incoming line to substation based on reduced-scale model experiment | |
| CN113740639B (zh) | 一种基于长线串扰的线缆束电磁脉冲敏感度测试系统及方法 | |
| Yamamoto et al. | An experimental study of lightning overvoltages in wind turbine generation systems using a reduced‐size model | |
| CN115149236B (zh) | 一种用于高空电磁脉冲传导干扰注入的非接触式容性耦合装置及其使用方法 | |
| CN203299235U (zh) | 一种50ω微带传输线直插式器件测试夹具 | |
| CN205388617U (zh) | 两用型分压器的低压臂 | |
| Okabe et al. | Grounding system transient characteristics of underground GIS substations | |
| Zhu et al. | Analyses on an electronic voltage transformer's failure by its resonance with very fast transient overvoltage and suppression | |
| Moini et al. | An improved antenna theory model of lightning return stroke using a distributed current source–Part II: Applications | |
| CN111034388B (zh) | 限压型亚纳秒电磁脉冲防护器件防护性能评价方法 | |
| Theethayi et al. | Important parameters that influence crosstalk in multiconductor transmission lines | |
| Iwata et al. | Characteristics of E-field near indirect ESD events | |
| Choksi et al. | Impact assessment of common-mode interference on communication cable in a motor drive system: Modified bulk current injection approach | |
| Wei-Gang et al. | Corona QV characteristics under unipolar-damped oscillating impulses [substations] | |
| CN205301503U (zh) | 一种成盘电缆局放检测装置 | |
| Sun et al. | Analysis of FDTD Crosstalk of Multiconductor Overhead Transmission Lines with a Frequency-Varying Ground Impedance Loss | |
| Qiao et al. | Evaluation of Lightning Electromagnetic Induction on Buried Signaling Cable of High-Speed Railway Considering the Frequency Dependence of Soil Electrical Parameters. | |
| Jiang et al. | Theoretical and experimental study of the nuclear electromagnetic pulse coupling to cables | |
| Hu et al. | Measurement techniques for electromagnetic shielding behavior of braided-shield power cables: an overview and comparative study | |
| Wu et al. | The Simulation Analysis and Coupling Mechanism of harness and wire cable | |
| Pătru et al. | Applications of Voltage Pulse Generator to Achieve Current Pulses of High Amplitude | |
| Miljanovic et al. | Simulation of HFCT PD detection in MV bus bar chamber | |
| Wei et al. | Experimental study on consistency of surge test between using gas arrestors and capacitors | |
| Dubickas et al. | Couplers for on-line time domain reflectometry diagnostics of power cables |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |