防电磁脉冲滤波器的防护性能试验
:为了测试 3 种型号的防电磁脉冲滤波器的防护性能,本文对其进线进行雷电脉冲注入和核电磁脉冲注入,通过监测对应出线的残余电压或电流来判断滤波器的传导干扰抑制能力。试验根据结果得出:在 20 kV/10 kA 等级的雷电脉冲组合波注入下,这些滤波器均具备一定的电压抑制能力,残余电压的最大值小于 1 200 V;在核电磁脉冲注入电流峰值为 100 A、500 A、1 000 A、1 800 A 和 2 500 A 时,残余电流最大值均小于 10 A,且电流抑制比随着注入电流峰值的变化而变化。因此,3 种型号的滤波器的电磁脉冲防护性能契合设计要求。
雷电和电磁脉冲可以通过传导耦合方式在电子设备、电力线路内部形成过电压或过电流,会造成无线电等通信设施的损坏和计算机等电子设备的瞬间失效 [1, 2] 。因此,关于雷电和电磁脉冲的传导干扰防护问题成为研究热点。扶庆枫等采用脉冲电流注入(PCI)方法测试不相同的型号的信号线)A 注入电流就可以使滤波器输出线与滤波器壳体发生绝缘击穿 [3] 。胡景森验证了 PCI 测试方法,并阐述了防电磁脉冲滤波器防护性能测试的测试原理、测试过程和电流注入方式选择的方法 [4] 。彭泽清等提出了一种适用于多种电磁脉冲防护的设计方法,解决了电源端口在不同电磁脉冲条件下的防护问题 [5] 。杨振宝利用参数易控制的方波脉冲对器件模型在不同注入幅值及脉宽下获取到各技术参数的响应规律,根据 IEC 61000-4-24 标准搭建了方波脉冲注入检测系统,分析了防护器件在方波脉冲下的响应特性 [6] 。本文针对 3 种型号防电磁脉冲滤波器的防护性能展开测试,对其进线进行雷电脉冲注入和核电磁脉冲注入,通过监测对应出线的残余电压或电流来判断滤波器的传导干扰抑制能力。
雷电脉冲注入试验设置如图 1(a)所示,试验装置主要由雷电组合波发生器、高压探头、示波器等组成。雷电组合波发生器可产生不一样的等级的雷电脉冲 ,其短路输出的电流波形为 8/20 µs 波形,开路电压波形为 1.2/50 µs 波形,输出最高等级为 20 kV/10 kA。试验中将雷电组合波发生器的输出端连接至被测滤波器输入端的某个进线上,按最高等级进行注入,采用高压探头(1 000 倍衰减)和示波器监测滤波器输出端的对应出线上的残余电压并记录,图 1(b)为部分测试现场图。
核电磁脉冲注入试验采用线 - 地注入办法来进行脉冲电流注入测试 [7, 8] ,试验装置主要由脉冲电流源、电流探头、屏蔽柜、示波器、模拟负载等组成。注入电流波形前沿小于 20 ns,脉冲宽度(500 ~ 550)ns,分为 100 A、500 A、1 000 A、1 800 A 和 2 500 A 五个等级来测试。试验中将被测滤波器安装在屏蔽柜上,将脉冲电流注入到滤波器输入端的某个进线上,采用电流探头(变比 1 V/A)和示波器监测输出端的对应出线上的残余电流并记录,实验过程中根据自身的需求增加衰减器来测试。电源滤波器、地线滤波器测试时模拟负载为 2 Ω,信号滤波器测试时模拟负载为 50 Ω。
待测的防电磁脉冲滤波器共 有3种,编号为1#~3#。1#为信号线 根输入线# 为地线 根红色输入线# 为电源线滤波器,有红、蓝、黄、绿 4 根输入线 种试件先进行雷电脉冲注入试验,记录每次注入的残余电压峰值,之后进行功能检测,确认正常后进行 3 种试件的核电磁脉冲注入试验,记录残余电流峰值。
在试验开展前,首先校准雷电组合波发生器输出的开路电压波形和短路电流波形。图 2(a)为示波器测得的典型开路电压校准波形,上升时间约为 1.083 μs,半峰值宽度约为 51.85 μs,与标准波形误差在±20 % 之内,满足试验要求。图中峰值电压为 19.2 V,相当于雷电组合波发生器实际输出峰值电压为 19.2 kV,逐步增大发生器的充电电压,直至其实际输出为 20 kV,此时记录充电电压值,在后续试验过程中雷电组合波发生器均采用这个值对滤波器试件进行注入试验。
其次校准脉冲电流源的短路电流波形。图 2(b)为示波器测得的典型校准波形,上升时间约为 6.67 ns,半峰值宽度约为 505.1 ns,满足试验波形要求。图中峰值电压为 1.33 V,测试中电流探头(变比 0.5 V/A)配合使用了 60 dB 衰减器,相当于脉冲电流源实际输出电流峰值为 2 660 A。通过调整脉冲电流源的充电电压,获取并记录 100 A、500 A、1 000 A、1 800 A 和 2 500 A 五个等级下的充电电压值,在后续试验过程中脉冲电流源采用这组值对滤波器试件进行注入试验。