信号线缆耦合雷电电磁脉冲及其抑制方法的研究

摘要

针对雷电电磁脉冲(Lightning Electromagnetic Pulse, LEMP)耦合机理及抑制方法开展研究，一方面对雷电探测、雷电预警预报等科研的开展具有重要的应用和参考价值，另一方面为有效地抑制感应过电压波、气象系统防雷业务工作的顺利进行提供保障。基于此，本课题就雷电通道的电磁波的耦合进行了深入的研究并提出了相应的抑制方法。 论文的主要研究内容和结论如下:建立线缆接收LEMP的试验模型，采用雷电冲击平台产生波形为8/20μs的冲击电流，用来模拟雷电流，利用双绞线、同轴线和埋地线缆耦合模拟雷电通道辐射出的LEMP。试验中，线缆两端分别采取多种不同的接法，然后在不同的变量下进行冲击测试，分析耦合LEMP电压及频谱特征，并总结线缆耦合LEMP电压及频谱特征，线缆的量化配合在冲击过程中电压幅值及能量吸收的变化规律等。 (1)在双绞线的耦合试验中得出:双绞线间接入100Ω匹配电阻时，耦合电压与冲击电流值呈正比，此时线缆高度对其没有影响;双绞线对地接入负载电阻时，耦合电压与冲击电流、线缆高度以及负载电阻值皆呈正相关;耦合电压的频谱幅值和负载电阻与冲击电流皆呈正相关。 (2)在同轴线的耦合试验中得出:当冲击电流作为变量时，同轴线的耦合电压随冲击电流的增大而增大;在一定长度范围内，线缆的架空高度越高、长度越长，接收LEMP的有效面积越大、有效长度越长，耦合电压就越大，但超过一定长度范围后，耦合电压在线缆内不断衰减，架空电缆越长耦合电压衰减得越多;同轴线屏蔽层接地，可以大幅度减小其耦合LEMP产生的过电压。 (3)在埋地线缆的耦合试验中，还分别讨论了水平和竖直冲击方式下的不同效果，得出:屏蔽层与芯线短接或接地能起到一定的抗LEMP干扰的作用，并且在埋深相同的情况下，进行屏蔽层处理后，水平冲击下的抗干扰效果比竖直冲击下的好;加深线缆的埋地深度能极大地加强埋地线缆的抗干扰能力，埋地深度加深对垂直冲击方式更有效。 (4)根据电涌保护器(Surge Protective Device，SPD)的设计原理及平衡信号与非平衡信号传输特性参数的特点，设计信号SPD，对信号系统中SPD退耦电阻的取值和分布电容的大小进行测试。在试验中选用不同阻值的退耦元件和不同直流击穿电压的箝位元件进行冲击试验，分析残压和通流分别随退耦元件阻值、箝位元件直流击穿电压及冲击电压的变化规律，同时分析第一级保护的残压与通流随着冲击电压的变化规律。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究的目的及意义

1．2本课题研究内容的国内外研究进展

1．2．1雷电电磁波的耦合机理

1．2．2雷电感应过电压波的抑制方法

1．3本文研究的目标和主要内容

1．3．1研究目标

1．3．2研究内容

第二章线缆耦合雷电电磁脉冲

2．1双绞线耦合雷电电磁脉冲特性分析

2．1．1双导体耦合雷电电磁波信号的理论分析

2．1．2试验模型及数据结果与分析

2．1．3结论

2．2同轴线耦合雷电电磁脉冲特性的分析

2．2．1耦合理论

2．2．2试验方案及试验数据的分析

2．2．3结论

2．3埋地线缆耦合雷电电磁脉冲特性分析

2．3．1雷电脉冲作用下线缆内感应电流的计算

2．3．2有限长线缆感应电流的计算

2．3．3试验方案及试验数据的分析

2．3．4结论

第三章信号线路雷电感应过电压的抑制

3．1信号电涌保护器电路结构的分析

3．1．1平衡信号电涌保护器(SPD)的电路结构分析

3．1．2非平衡信号电涌保护器(SPD)的电路结构分析

3．1．3结论

3．2信号电涌保护器(SPD)对信号传输的影响

3．2．1平衡信号电涌保护器(SPD)对信号传输的影响

3．2．2非平衡信号电涌保护器(SPD)对信号传输的影响

3．2．3结论

第四章总结与展望

4．1论文的研究工作及结论

4．2论文的特色与创新

4．3存在的问题

参考文献

作者简介

致谢