一种HEMP天馈防护器动作电压测试方法及系统与流程

本发明涉及高空电磁脉冲(high-attitude electromagnetic pulse，hemp)防护技术，具体涉及一种hemp天馈防护器动作电压测试方法及系统。

背景技术：

1、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，甚至会造成设备损伤。天馈防护器主要由气体放电管(gas discharge tube,gdt)构成，安装于通信系统天线及天调(或收发信机)之间，当通信天线在hemp环境下的耦合电压幅度大于gdt动作电压时，会形成天馈芯线对地的短路通道，迅速降低干扰电压幅度，保护天调/收发信机等设备不受损伤。

2、天馈防护器中的气体放电管并联于后端被保护设备，因此被保护设备的动作电压也就是电磁干扰穿透天馈防护器的残余电压。通过比较天馈防护器动作电压及被保护设备的电磁敏感度，便可以评价得出天馈防护器的防护效果。然而，这其中存在一个较大的技术难题：gdt动作电压不仅与干扰电压幅度有关，还与电压波形前沿上升率、电压持续时间等均有关联。gdt用户手册给出的直流动作电压，以及雷电电流(微秒量级)冲击下的动作电压，不能用于确定hemp电流(纳秒量级)冲击下gdt的动作电压，且两者存在较大差距。

3、因此，为获取天馈防护器在hemp冲击下的动作电压，需要研究专门的测试方法并搭建相应的测试系统。现行可借鉴的解决方案及存在的不足：iec610000-4-24标准规定使用前沿上升率为1kv/ns，持续时间大于20ns的方波脉冲进行gdt等限压型天馈防护器的hemp防护性能测试；mil-188-125标准规定主频30mhz以下通信系统天馈防护器使用前沿为20ns，半宽为500ns的双指数脉冲，主频30mhz以上通信系统天馈防护器使用衰减振荡波，进行天馈防护器的性能测试。

4、以上两个标准都是从被保护设备的角度出发，试验所选取的冲击电压幅度也是按照被保护设备电磁敏感度确定的，只适用于特定应用场景下的防护特性测试，不适用于描述防护器本身特性，尤其在被保护对象变化时，测试结果不再适用，不能用于全面指导天馈防护器的选型与研制。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有性能测试标准都是从被保护设备的角度出发，试验所选取的冲击电压幅度也是按照被保护设备电磁敏感度确定的，只适用于特定应用场景下的防护特性测试，不适用于描述防护器本身特性，尤其在被保护对象变化时，测试结果不再适用，不能用于全面指导天馈防护器的选型与研制的技术问题，采用数值仿真、实验研究等方法，先后开展了天馈防护器hemp传导环境威胁特性计算(响应电压波形前沿变化率统计)、特定指标hemp脉冲波形实现方法分析、防护器动作特性实验研究等几方面的工作，并在此基础上提出了一种hemp天馈防护器动作电压测试方法及系统。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种hemp天馈防护器动作电压测试方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

4、步骤1：获得通信天线在hemp环境下，耦合电压波形的电压前沿上升率范围a～b，其中，a＞0；

5、步骤2：基于步骤1中的耦合电压波形电压前沿上升率范围a～b，选取电压前沿上升率范围可覆盖a～b的指数波脉冲源，定义，指数波脉冲源的电压前沿上升率范围为c～d，其中，c＜a，d＞b；

6、步骤3：基于步骤2中，指数波脉冲源的电压前沿上升率范围c～d、指数波脉冲源的内阻以及待测天馈防护器的负载阻抗，选择指数波脉冲源的前沿e以及最大输出电压g；

7、步骤4：在步骤3的基础上，分别设置指数波脉冲源的前沿上升率为c，测量待测天馈防护器的动作电压；设置指数波脉冲源的前沿上升率为d，测量待测天馈防护器的动作电压，完成hemp天馈防护器动作电压的测试。

8、进一步地，所述步骤4中，分别设置指数波脉冲源的前沿上升率为c，测量三次待测天馈防护器的动作电压，并求取平均值作为天馈防护器在前沿上升率为c时的动作电压；设置指数波脉冲源的前沿上升率为d，测量三次待测天馈防护器的动作电压，并求取平均值作为天馈防护器在前沿上升率为d时的动作电压。

9、进一步地，所述步骤1中，a＝2.2kv/ns，b＝3.9kv/ns。

10、进一步地，所述步骤2中，c＝2kv/ns，d＝4kv/ns；

11、所述步骤3中，e＝10ns，g＝80kv。

12、进一步地，所述步骤1中，采用数值仿真的方式，获得通信天线在hemp环境下的耦合电压波形前沿上升率的范围。

13、进一步地，所述步骤3中，指数波脉冲源的内阻以及待测天馈防护器的负载阻抗相等，均为50ω。

14、本发明还提出一种hemp天馈防护器动作电压测试系统，为了实现上述一种hemp天馈防护器动作电压测试方法，其特殊之处在于：

15、包括充电模块、脉冲源以及防护器测试电路；

16、所述充电模块与脉冲源连接，用于向脉冲源加压充电；

17、所述防护器测试电路包括衰减器和示波器，所述脉冲源通过测试连线与待测天馈防护器的输入端连接，待测天馈防护器的输出端通过同轴电缆与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端通过同轴电缆与示波器连接，待测天馈防护器的接地端接地；脉冲源用于输出指数波，示波器用于测量待测天馈防护器的动作电压。

18、进一步地，所述充电模块包括直流电源vdc、充电电阻rc以及直流开关s1；

19、所述脉冲源包括脉冲开关s2、充电电容c0、电感l0以及电阻r0；

20、所述直流电源vdc的负极接地，正极与充电电阻rc的一端连接，充电电阻rc的另一端与直流开关s1的其中一个触点连接，直流开关s1的另一个触点与充电电容c0的一端连接，充电电容c0的另一端接地，充电电容c0的一端依次串联脉冲开关s2、电感l0、电阻r0，电阻r0的另一端通过测试连线与待测天馈防护器的输入端连接。

21、进一步地，脉冲源输出指数波的前沿为10ns，充电模块的最大加压为80kv，电阻r0为50ω。

22、本发明的有益效果：

23、1、本发明中，待测天馈防护器测试电压的变化率(最高达4kv/ns)，能够覆盖通信天线响应电压波形前沿变化率，测试结果更准确。

24、2、本发明中，脉冲源输出幅度较高，2kv/ns电压变化率下可达20kv，能够获取高启动电压待测天馈防护器在hemp激励下的动作电压值。

25、3、本发明中，综合考虑了波形前沿、输出幅度等因素对脉冲源及天馈防护器测试电路的影响，系统搭建难度小，测试方法可行性高，测试可实施性强，可以更准确的获取hemp天馈防护器的动作电压，评估其对hemp的防护效果。

26、4、本发明中，提出了一种采用前沿10ns、内阻50ω、加压80kv的指数波脉冲源，可获取hemp天馈防护器在2kv/ns、4kv/ns电压变化率下动作电压的测试方法及系统，可实施性强，能有效的获取天馈防护器在hemp激励下的动作电压，有助于天馈防护器的选型、研制以及对防护效果的评估。