埋地电缆雷电感应过电压观测和分析

通过测量自然闪电条件下埋地电缆的雷电感应过电压,探讨了不同类型电缆屏蔽层对芯线上感应过电压的影响。结果表明:电缆屏蔽层具有明显降低雷电感应过电压的作用;对同一次自然闪电,相对于电源电缆,控制电缆和信号电缆上感应电压脉冲波形峰峰值分别为65%和26%。在选取的起始脉冲时间段内,电缆感应过电压正、负峰值的绝对值同时增大或减小,具有一定的对应关系。钢带屏蔽层能够有效抑制控制电缆感应过电压400 kHz~1 MHz的频率分量,铜编织带屏蔽层对信号电缆感应过电压50 kHz以下频率分量的削弱效果明显。总体来看,铜编织带比钢带具有更好的屏蔽效果。     

近地九芯电缆高空电磁脉冲耦合模拟试验

 几个单位联合进行了三轮近地电缆高空电磁脉冲耦合模拟试验。试验得到九芯电缆屏蔽层感应电流（皮电流）、芯线感应电压（芯电压）、芯线感应电流（芯电流）以及环境场之间的关系；分析了皮电流波形随外皮接地状态的变化，芯电压随负载电阻的变化；基于皮电流振荡频率与电磁波传播速度的关系，提出了屏蔽层-大地“传输线”等效相对介电常数概念，给出了等效相对介电常数随电缆高度变化的拟合式；皮电流计算与测量结果在波形、振荡周期、衰减规律等方面有较好的一致性。     

地面装备电源变换系统高低压线缆串扰仿真研究

电源变换系统中功率器件如MOSFET和IGBT开关管的高速切换将产生高幅值和宽频段的电磁干扰,是电动车辆最为常见也无法避免的电磁干扰源。同时,互连线缆是机电设备传递信号和能量的载体,是实现设备功能不可或缺的组成部分,线缆的天线效应使其成为设备产生电磁干扰的主要途径,是系统电磁兼容问题的主要根源之一。为了分析高压电源变换系统对低压控制系统的电磁耦合,以某典型地面装备电源变换系统IGBT开关管产生的脉冲宽度调制波（PWM波）作为电磁干扰源,以实装线缆作为分析对象,构建高低压线缆串扰模型,仿真分析不同线缆对地距离、线缆间距条件下单线、屏蔽线、双绞线等多类低压线缆的近端串扰电压,得出低压线缆的抗干扰性,为系统线缆的布线提供指导。     

电磁耦合实验平台系统线缆束的电磁拓扑分析

复杂线缆束系统的电磁耦合分析,随着电磁环境的日趋复杂化,显得越来越困难。而高功率电磁辐射技术的发展,对具有复杂电缆束网络和电子设备的系统,带来了严重的电磁威胁。这从电磁攻击与电磁防护两方面,对复杂线缆束的电磁耦合分析,都提出了更加迫切的需求。由于复杂线缆束网络所涉及的几何空间的边界条件十分复杂,所以很难用时域有限差分(FDTD)或频域有限差分(FDFD)方法求解复杂线缆束网络系统的电磁耦合问题。我们在基于传输线理论,采用拓扑学中将空间按照拓扑结构进行分解的思想,建立了线缆束网络电磁耦合的拓扑模型,得出了计算复杂线缆束网络系统终端耦合电压与电流的计算方法,并给出了仿真计算实例用以验证电磁拓扑法处理线缆网络电磁耦合效应的有效性。     

电磁脉冲作用下自由空间线缆的感应开路电压

 运用时域有限差分法结合基于Kirchhoff积分的近／远场变换，计算了高功率微波（HPM）和超宽带（UWB）电磁脉冲作用下自由空间不同长度线缆上感应的开路电压，分析了感应电压峰值和线缆长度之间的变化关系以及入射波波形参数对其影响。计算结果表明，辐射场电场强度为50 kV·m^-1的HPM和UWB作用在线缆上可以感应出几百V到数十kV的脉冲电压；感应电压的峰值与线缆长度之间并不是单调线性增加的关系；HPM的载频越高，感应电压峰值越小；UWB的脉冲宽度越宽，感应电压峰值越大。     

车辆发动机管理系统线缆强电磁脉冲耦合与防护仿真研究

强电磁脉冲可通过外部线缆耦合进入车辆发动机管理系统(EMS)内,造成发动机管理系统设备干扰甚至损伤,电磁防护组件可为车辆EMS防护设计提供支撑。以车辆EMS为研究对象,综合考虑EMS设备及其外部连接线缆,建立EMS设备电磁仿真模型,对不同长度线缆的端口耦合特性及EMS金属壳体表面感应电流进行了仿真研究。基于防护电路仿真,设计了一种应用于车辆EMS设备的电磁防护组件。仿真结果表明,该防护组件能将5 kV的电磁脉冲限制在最高峰值幅度为18 V以内,防护效能达到48 dB,将其加装于EMS线缆接口处可有效提高强电磁环境下的可靠性,对于车辆平台控制系统的电磁防护设计具有一定的参考意义。     

连续波多普勒引信雷电电磁脉冲辐照效应

为了研究雷电电磁脉冲场对连续波多普勒引信安全性能的影响,确定引信的能量耦合通道和效应规律,构建了引信雷电电磁脉冲辐照试验系统,并开展了该引信雷电电磁脉冲辐照效应试验。试验结果表明:受试引信最佳能量耦合姿态为引信竖直向上,弹体轴线与辐射场传播方向垂直,三角环天线平面垂直于辐射场传播方向;主要能量耦合通道为弹体;不同辐照波形下引信的临界干扰场强不同,在配用152 mm弹体时,1.2/50,5.4/70,0.25/100和10/350μs波形的临界干扰场强分别约为74,60,65和75kV/m。雷电电磁脉冲对受试引信的作用机理为:辐射能量通过弹体耦合到执行电路输入端,由于感应信号脉冲宽度满足触发脉冲宽度的最低要求,从而推动引信执行电路误动作。     

雷电电磁脉冲对架空电力线的耦合效应

 从传输线模型出发，通过建立雷电回击通道、大地和电力线系统一体化模型，采用时域有限差分法计算得出雷电回击电流的近场分布，将场值代入离散的传输线方程后，计算了架空电力线终端的感应过电压。通过对多导体架空线和单导体线终端感应过电压的分析，发现由于其它导体的存在，多导体系统中单根导体两端的感应电压峰值比相同高度处单一导体两端的感应电压峰值低10%～20%；并且对于垂直导体结构，最小感应电压产生在距离地面最近的导体上；而对于水平导体结构，最小感应电压产生在中间导体上。     

孔缝腔体内多导体传输线的耦合响应

 为研究外部激励源对孔缝腔体内线缆的耦合响应问题,提出了基于矩量格林函数法（MoM-GF)和BLT方程的混合方法,这是一种半解析半数值的方法。MoM-GF法可以精确计算孔缝处的等效磁流,利用并矢格林函数可求得孔缝腔体内的电磁场分布;对于腔体内为双导线的情况,采用Taylor模型的BLT方程,给出了腔体内双导线终端的感应电压和感应电流的计算公式,求得导线上任意点的耦合响应。用计算机程序计算了孔缝腔体的屏蔽效能,验证了混合方法的准确性;并对孔缝腔体内双导线的耦合进行了数值计算。     

基于BLT方程的微带线电磁耦合终端响应

为定量研究电磁波与微带线的耦合终端响应问题,提出一种基于BLT方程的电磁波与微带线耦合分析方法,相比传统方法计算效率高、占用内存少。将PCB板上微带线等效为有耗传输线模型,对辐照平面波进行矢量分析并求解等效激励源,运用BLT方程研究不同入射方式、脉冲波形对微带线终端的影响,并对入射波与终端响应进行了时域、频域分析。研究表明:当入射波频率与微带线长度满足一定关系式时对微带线的耦合最强,耦合电压峰值达2.4 mV;电场平行微带线入射比垂直PCB入射时的终端电压峰值大一倍;且同幅同脉宽的矩形脉冲较高斯脉冲和三角脉冲对微带线的耦合峰值电压大;不同波形的脉冲通过调节脉宽都可对微带线耦合终端电压达到mV量级。     

Lightning-induced currents in buried coaxial cables: A frequency-domain approach and its validation using rocket-triggered lightning

The aim of this paper is to present an experimental validation of a frequency-domain approach to the solution of the lightning electromagnetic field-to-buried cable coupling equations. The coupling to the inner conductor is evaluated using the concept of cable transfer impedance. The theoretical model and relevant computer code are tested using experimental data on lightning-induced currents in buried cables carried out in 2002 and 2003 at the International Center for Lightning Research & Testing (ICLRT) at Camp Blanding, Florida where currents induced by triggered lightning events were measured at the ends of a buried coaxial cable, both in the shield and in the inner cable conductors. Reasonably good agreement has been found between numerical simulations and recorded waveforms. In particular, the early-time response of the cable and the peak value of the induced currents were generally well reproduced by the simulations.     

同轴电缆连续波电磁辐照的终端负载响应

为了揭示设备互连电缆在连续波电磁辐照条件下的耦合响应规律,以典型射频同轴电缆为受试对象,将电缆终端连接的设备（系统）等效为负载,通过对其进行连续波电磁辐照效应试验研究,分析了受试电缆长度、终端负载状态等对同轴电缆终端负载响应规律的影响。结果表明:同轴电缆对电磁辐照响应具有选频特性,终端负载响应电压的峰值出现在电缆相对长度为1/2整数倍的频点;同轴电缆受到连续波电磁辐照后,感应皮电流通过转移阻抗转化为芯线与屏蔽层之间的差模感应电压,而这一感应电压源的内阻就是同轴电缆的特性阻抗;同轴电缆终端负载阻值的变化不会对其连续波辐照响应曲线的变化规律产生影响,终端负载与等效感应电压源内阻上的电压响应满足分压原理; 同轴电缆皮电流处于谐振状态时,两波节之间的分布感应电压同向,可等效为一个感应电压源,对同轴电缆终端负载响应起直接作用的电压源是最靠近终端负载的等效感应电压源。     

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。     

The similarities in loss creation in LTS and HTS cables

The coupling current losses represent an essential contribution to AC losses in most practical superconducting conductors. The origin of this loss type is well known, being caused by induced currents in different loops consisting of superconducting and non-superconducting parts. However, the ‘current pattern' in different conductor types (strands, flat or round cables, more complicated cable structures, CICC) varies appreciably. These differences are mainly due to geometrical effects (size and shape of filaments and/or strands, their spatial distribution, conductor aspect ratio, demagnetization effects). Although the general knowledge about AC losses in low temperature cable structures is by far not complete (mainly at higher frequencies, in inhomogeneous fields and for inhomogeneous cable structure), an attempt is made to summarize those results which can be adopted to high T_c conductors and some remarks are made about new features of AC losses in these conductor types.     

Significant parameters affecting a lightning stroke to a horizontal conductor

This paper studies different parameters affecting a lightning stroke to a horizontal conductor. An electromagnetic model has been constructed to consider the influences of different lightning and horizontal conductor parameters and ambient conditions on the lateral striking distance. The results show that lightning leader parameters, horizontal conductor voltage, horizontal conductor height, and ground slope have a series effect on the lateral striking distance. Based on the results, recommendations are made to decrease the lightning stroke to the horizontal conductor.     

雷电在水平导体中产生感应电压的观测及数值模拟研究

对自然雷电的9次回击过程在水平导体上产生的感应电压特征进行了分析,并利用数值模拟分析了各种参量对感应电压的影响.自然雷电9次回击在导体上产生的感应电压的变化范围为4.6—18.6 kV,平均值为11.2 kV.感应电压的半峰值宽度和下降时间的几何平均值分别为0.87和2.9 μs.数值模拟结果表明,回击在导体两端产生的感应电压随回击速度的增加而增大,随导体高度的增加而增大.当导体两端的接地电阻匹配时,感应电压随电阻的增加而增大,但并不满足线性关系.当导体两端的接地电阻不匹配时,高电阻端的感应电压远大于低电 关键词： 感应电压 自然雷电 数值模拟     

闪电的分形特征研究及其在自动识别中的应用

利用2009年夏季青海地区的快电场变化测量仪的野外观测资料, 对120例地闪和77例云闪辐射场信号的分形特征进行了深入研究, 结果表明地闪辐射场信号的分形维数与云闪辐射场信号的分形维数有明显的差别, 再利用闪电的分形维特征, 构造了5个特征值, 将其作为支持向量机的输入进行地闪和云闪不同放电类型的识别, 有效识别率达到95%以上; 通过构造地闪辐射场时间序列信号的分形维数轨迹图表明分形维数最低点对应于原时间序列的回击位置, 利用分形维数轨迹中的最低点的位置能够快速准确地对地闪辐射场信号的回击点进行检测, 检测率可达到100%. 分形维是闪电的一种具有鉴别性的特征, 可用于闪电的智能分析与自动化处理. 关键词： 闪电信号 分形维数 支持向量机 自动识别     

Influence of the multilayer HTS-cable conductor design on the current distribution

The work presents the basic principles of the multilayer cable conductor design to achieve the maximum current-carrying capacity and the minimum losses in a superconductor and constructive cable elements. The multilayer conductors of two to ten layers are analyzed. The results show that the traditional core design with alternative winding directions from layer to layer is useful only for two-layer conductor. The conductor with more layers must have either the layers wound in one direction but with different pitch lengths or two layer groups wound with different pitch lengths. Only for these cases, the balanced design can be realized and current distribution will be uniform. In such balanced design, the interlayer electrical voltage and as a result, the coupling losses, are absent and interlayer electrical insulation is not needed. The recommendations to achieve the maximum critical current as a function of conductor dimensions are derived.