一种基于动作时间-幅度曲线的气体放电管HEMP防护性能表征方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于动作时间

【技术实现步骤摘要】
一种基于动作时间
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幅度曲线的气体放电管HEMP防护性能表征方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种基于动作时间
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幅度曲线的气体放电管HEMP防护性能表征方法及系统。

技术介绍

[0002]高空电磁脉冲具有场强高、频谱宽、作用范围广等特点，可通过天线、线缆等耦合途径在电力电子设备端口形成强电磁干扰，影响设备的正常运行甚至造成损伤。在设备输入端和地之间安装气体放电管(Gas Discharge Tube,GDT)，在HEMP(高空电磁脉冲)冲击时会形成输入端对地的短路通道，泄放脉冲干扰电流，保护设备不受损伤。由于GDT具有通流能力强、寄生电容小等特点，是HEMP防护中最为常用的防护器件。
[0003]气体放电管通常用动作电压表征其防护性能。如EPCOS公司的GDT产品手册中，给出了直流、100V/μs、1kV/μs三种不同波形前沿上升率下GDT的动作电压，这一电压值也就是气体放电管动作后的残余电压值。但是，电子设备的HEMP效应不仅和残余电压幅度相关，也与残余电压波形前沿上升率、残余能量等其他电磁范数相关。如《Susceptibility of Some Electronic Equipment to HPEM Threats》等文献总结了电子设备和强电磁脉冲干扰幅度、能量间的关系。
[0004]采用电磁范数可以更为全面评价GDT的HEMP防护能力，然而，在HEMP的易损性分析中，设备端口耦合的干扰通常以脉冲波形给出，采用电磁范数来评价GDT的HEMP防护能力时，无法给出脉冲波形，不便于进行易损分析。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决采用电磁范数来评价GDT的HEMP防护能力时，无法给出脉冲波形，不便于易损分析的问题，本专利技术通过研究待测气体放电管在HEMP作用下的动作特性，将GDT在不同幅度方波激励下的动作时间作为表征其HEMP响应的主要参数，建立了一种基于动作时间
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幅度曲线的气体放电管HEMP防护性能表征方法及系统。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种基于动作时间
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幅度曲线的气体放电管HEMP防护性能表征方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0008]步骤1：在气体放电管后端连接负载，定义气体放电管放电后，后端负载两端的电压为气体放电管放电后的残余电压；
[0009]步骤2：以输出脉冲电压为气体放电管最低动作电压向气体放电管输出脉冲，测量10次气体放电管放电结束后对应的残余电压，计算并记录10次残余电压幅值的平均值以及半高宽的平均值，定义残余电压幅值的平均值为待测气体放电管的动作电压幅度，半高宽的平均值为动作时间；
[0010]步骤3：调整输出脉冲电压逐渐升高，直到脉冲电压等于达到脉冲源的最大输出电
压，并在每个电压等级下，采用与步骤2相同的方式计算并记录对应电压等级下的动作电压幅度和动作时间，其中，至少取10个不同等级的脉冲电压；
[0011]步骤4：基于步骤2与步骤3中的动作电压幅度和动作时间，以动作电压幅度为纵坐标，动作时间为横坐标，绘制气体放电管动作的“时间
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幅度”曲线，并获得气体放电管的HEMP防护性能表征。
[0012]进一步地，所述步骤2还包括测量气体放电管的输入电流。
[0013]进一步地，步骤1中，所述脉冲发生器输出方波脉冲，所述方波脉冲的前沿<1ns、脉宽>500ns、最大输出电压≥4kV。
[0014]进一步地，步骤1中，所述负载的阻值为50Ω。
[0015]本专利技术还提出一种基于动作时间
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幅度曲线的气体放电管HEMP防护性能表征系统，其特殊之处在于：包括脉冲发生器、处理单元以及示波器，所述示波器内设置有负载；
[0016]所述脉冲发生器的输出端与待测气体放电管的输入端电连接，待测气体放电管的输出端与负载一端电连接，示波器用于测量负载两端的电压值，所述示波器与处理单元电连接，用于将采集的电压值发送给处理单元，所述处理单元对接收的电压值进行处理，获得动作电压幅度及动作时间，并绘制气体放电管动作的“时间
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幅度”曲线。
[0017]进一步地，所述电流传感器一端与气体放电管的输入端电连接，一端与示波器电连接；
[0018]所述电流传感器用于测量待测气体放电管的输入电流，并将其发送给示波器进行显示。
[0019]进一步地，所述脉冲发生器输出方波脉冲，所述方波脉冲的前沿<1ns、脉宽>500ns、最大输出电压≥4kV。
[0020]进一步地，所述负载的阻值为50Ω。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]1、本专利技术中，通过脉冲激励实验，获取了待测气体放电管动作的“时间
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幅度”曲线，反映了待测气体放电管在不同电压幅度下的动作时间，或者说不同动作时间对应的动作电压，该曲线可以用于预测不同HEMP传导环境激励下气体放电管的残余电压波形，直观反映气体放电管对HEMP脉冲干扰的防护能力，同时也可根据预测得出的残余电压波形得出气体放电管的动作电压、残余能量等指标。
[0023]2、本专利技术中，本专利技术采用单路输出，可以有效提高加载于GDT两端的激励电压，获得GDT在高幅值电压下的响应特性。
[0024]3、本专利技术中，使用信号脉宽大于500ns，从而可以得到不同幅度下GDT动作时间的差别。
[0025]4、本专利技术中，还监测了气体放电管的输入电流，可以根据输入的电流判断气体放电管是否启动。
附图说明
[0026]图1是本专利技术一种基于动作时间
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幅度曲线的气体放电管HEMP防护性能表征系统的原理示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例中，GDT未动作时测量波形；
[0028]图3是本专利技术实施例中，GDT动作后，后端残余电压波形；
[0029]图4是本专利技术实施例中，GDT动作时间统计图；
[0030]图5(a)是本专利技术实施例中，不同脉冲源设置电压下GDT动作时间统计(加压0.4～4kV)；
[0031]图5(b)是图5(a)的局部数据(加压0.4～0.6kV)；
[0032]图6是GDT后端残余电流能量；
[0033]图7(a)是本专利技术实施例中，GDT动作的“时间
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幅度”曲线；
[0034]图7(b)是本专利技术实施例中，利用“时间
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幅度”曲线进行EC90气体放电管防护性能预测对比图；
[0035]图7(c)是本专利技术实施例中，不同幅度残余电压波形与“时间
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幅度”曲线的比对图；
[0036]图8(a)是本专利技术实施例中，指数波激励下GDT动作前的典型测试波形；
[0037]图8(b)是本专利技术实施例中，指数波激励下GDT动作时的典型测试波形；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动作时间
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幅度曲线的气体放电管HEMP防护性能表征方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在气体放电管(3)后端连接负载，定义气体放电管(3)放电后，后端负载(5)两端的电压为气体放电管(3)放电后的残余电压；步骤2：以输出脉冲电压为气体放电管(3)最低动作电压向气体放电管(3)输出脉冲，测量10次气体放电管(3)放电结束后对应的残余电压，计算并记录10次残余电压幅值的平均值以及半高宽的平均值，定义残余电压幅值的平均值为待测气体放电管(3)的动作电压幅度，半高宽的平均值为动作时间；步骤3：调整输出脉冲电压逐渐升高，直到脉冲电压达到脉冲源的最大输出电压，并在每个电压等级下，采用与步骤2相同的方式计算并记录对应电压等级下的动作电压幅度和动作时间，其中，至少取10个不同等级的脉冲电压；步骤4：基于步骤2与步骤3中的动作电压幅度和动作时间，以动作电压幅度为纵坐标，动作时间为横坐标，绘制气体放电管(3)动作的“时间
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幅度”曲线，并获得气体放电管(3)的HEMP防护性能表征。2.根据权利要求1所述的一种基于动作时间
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幅度曲线的气体放电管HEMP防护性能表征方法，其特征在于：所述步骤2还包括测量气体放电管(3)的输入电流。3.根据权利要求1或2所述的一种基于动作时间
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幅度曲线的气体放电管HEMP防护性能表征方法，其特征在于：步骤1中，所述脉冲发生器(1)输出方波脉冲，所述方波脉冲的前沿<1ns、脉宽>500ns、最大输出电压≥4kV。4.根据权利要求3所述的一种基于动作时间
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幅度...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔志同，王锦锦，董亚运，秦锋，杜传报，聂鑫，吴伟，刘政，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：