傳輸線耦合雷電電磁波特性及其抑制方法研究.pdf

1、傳輸線纜被廣泛應(yīng)用于當(dāng)今社會(huì)不同領(lǐng)域的各個(gè)行業(yè)中，在電力輸送和信號(hào)傳輸領(lǐng)域，傳輸線扮演著必不可少的角色。但在一些強(qiáng)電磁環(huán)境下，如核爆、雷電電磁波、超寬帶電磁脈沖等，傳輸線不可避免的會(huì)將大量能量耦合至傳輸系統(tǒng)中。其中，雷電電磁脈沖發(fā)生最為頻繁，造成的危害范圍最廣，每年的財(cái)產(chǎn)損失最多。而傳輸線系統(tǒng)由于布置特點(diǎn)，十分容易成為雷電電磁波的耦合介質(zhì)，其耦合方式包括輻射耦合、感應(yīng)耦兩大類。耦合產(chǎn)生的過電壓、電流進(jìn)入系統(tǒng)后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成影響甚至損壞。

2、尤其是信號(hào)類線纜由于其自身傳輸電壓等級(jí)較低，傳輸信號(hào)對(duì)過電壓過電流更加敏感，后端電子元器件更多，極易受到雷電過電壓過電流的影響。因此，研究傳輸線纜在雷電電磁環(huán)境下的電磁兼容特性就顯得十分必要。同時(shí)，由于信號(hào)傳輸系統(tǒng)對(duì)雷電電磁波更加敏感，需要針對(duì)信號(hào)SPD進(jìn)行相關(guān)研究，在保證信號(hào)傳輸系統(tǒng)正常運(yùn)行的同時(shí)，能夠有效應(yīng)對(duì)雷電過電壓過電流的威脅。
　　本文研究分為三大部分，首先對(duì)線纜耦合雷電電磁波的特性進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)中主要采用8/20μ

3、s波形作為模擬閃電輻射源，研究了雙線及架空線耦合雷電電磁波的特性，得到了線纜耦合電壓在不同條件下的變化特征。第二部分對(duì)TVS進(jìn)行了8/20μs組合波和阻尼振蕩波沖擊試驗(yàn)，研究了TVS的瞬態(tài)性能。第三部分對(duì)平衡、非平衡信號(hào)SPD進(jìn)行了靜態(tài)傳輸特性試驗(yàn)，研究了信號(hào)SPD參數(shù)變化對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。之后?duì)一種典型的非平衡信號(hào)SPD進(jìn)行8/20μs組合波沖擊試驗(yàn)，得到了非平衡信號(hào)SPD的瞬態(tài)特性。研究得出以下主要結(jié)論:
　　1.傳輸線系統(tǒng)對(duì)

4、耦合雷電電磁波在頻率上具有一定的選擇性，從頻譜上看雷電電磁波主要能量集中在極低頻，而線纜耦合能量在30kHz以下小于雷電電磁波而30-100kHz處的分量略高。從時(shí)域上來看，耦合波形具有周期更短，波頭更陡，波形上升沿加一定頻率的振蕩等特點(diǎn)。改變線纜的耦合面積，直接影響耦合電壓幅值。耦合電壓與線纜的長(zhǎng)度，高度等參數(shù)呈線性關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果與理論一致。在架空線耦合試驗(yàn)中，耦合波形波頭疊加高次模，這是由于傳輸線系統(tǒng)阻抗突變引起的。
　　2.

5、TVS在8/20μs和阻尼振蕩波的沖擊導(dǎo)通后，其殘壓隨和通流均隨著沖擊電壓的增加而增加，吸收能量在其深度飽和區(qū)到達(dá)最大。當(dāng)TVS損壞后，殘壓迅速降低，無法有效吸收能量。隨著TVS標(biāo)稱箝位電壓的增加，TVS的通流減小，分散性減小。TVS的動(dòng)作不僅僅與電壓幅值有關(guān)且取決于能量的大小。對(duì)于信號(hào)SPD，信號(hào)頻率越高，SPD網(wǎng)絡(luò)造成的信號(hào)衰減就越嚴(yán)重。選取適合且分布電容較小的TVS，可以減少SPD網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。同時(shí)，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，信號(hào)傳輸S