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电磁脉冲防护理论与技术

雷电磁脉冲,以及人为的各类电磁脉冲装置工作时,会在目标区域产生强大的电磁脉冲冲击波,电场强度从1000V/m ~10^5V/m不等,具有高电压、高场强、频谱宽、范围广的特点,通过强大的辐射耦合效应,或者用过各类线缆进入电子、电气设备,对设备内部的半导体组件带来强大的毁损效应。

㈠ 电磁脉冲源的特征与分类

1.1: 静电:是自然界常见的电磁脉冲辐射源,静电放电(ESD)可以产生高电压、强电场、大电流,形成宽频带的电磁脉冲辐射场。典型的ESD辐射场为衰减震荡波形,持续时间在500nS,场强峰值在150V/m,中心频率在40MHz左右。

1.2: 雷电磁脉冲(LEMP):LEMP是伴随着雷电放电产生的电流瞬变和强电磁场辐射,属于雷电的二次效应,是信息化时代的公害,也是EMP防护的热点与难点。由静电脉冲、地电流浪涌和电磁脉冲辐射场三部分组成。

1.3: 核电磁脉冲(NEMP) : 以高空核电磁脉冲(HEMP)危害最大。

核电磁脉冲分为三个阶段,如下图: 早期(E1)为高频能量短脉冲,耦合到线缆中以后,通常具有20/500ns双指数脉冲的特征,在线缆上感应的峰值电流最大可达2000A;中期(E2)为中频脉冲,在线缆中感应的波形类似于1.5/400us双指数脉冲,最大电流可达250A,该脉冲具有更高的能量;晚期(E3)为低频长脉冲,主要是对长的电力线造成损坏,与EMP防护关系不大。

1.4: 非核电磁脉冲,主要指高功率微波,电磁炸弹等,EMP场强峰值低于NEMP,是高效的电子战,信息战工具。

㈡ 正弦波跟踪浪涌抑制技术

普通浪涌抑制器,在浪涌到来时,只响应一个过电压或者电压变化;作为前沿技术,正弦波跟踪浪涌抑制电路,具有普通浪涌抑制器的功能,还响应于频率的变化,即不论浪涌落在正弦波的何处,都起同样的抑制作用,EMP滤波器TYJ6200系列产品具备浪涌正弦波跟踪功能。如下图。

㈢ 电磁脉冲,浪涌相关测试标准(我司EMP滤波器均满足以下标准)

3.1: 浪涌抗扰度试验–IEC61000-4-5,IEC61643-11;

3.2: 抗扰度试验–IEC61000-4-24,EMP防护按照严酷程度分为I,II,III级,如下表:

试验等级适用对象残余峰值电流(在2Ω阻抗下测试)
I级工业领域<353A(在250VAC,50Hz条件测试)
II级关键基础设施<50A(在250VAC,50Hz条件测试)
III级军事设施(等同于MIL-STD-188-125)<10A(在250VAC,50Hz条件测试)

3.3:GJB151B-RS105 (对应美标:MIL-STD-461E)

峰值电场:大于50kV/m峰值磁场:大于130A/m
脉冲上升时间:1.8ns脉冲长度:23ns

3.4:浪涌保护器SPD试验参考标准GB50343.

雷电防护等级总配电箱分配电箱机箱、机柜端口
10/350µsI类试验8/20µsII类试验8/20µsII类试验8/20µsII类试验1.2/50&8/20µsIII类组合波试验
A级Iimp≥20kAIn≥80kAIn≥40kAIn≥5kAUoc≥10kV&Isc≥5kA
B级Iimp≥15kAIn≥60kAIn≥30kAIn≥5kAUoc≥10kV&Isc≥5kA
C级Iimp≥12.5kAIn≥50kAIn≥20kAIn≥3kAUoc≥5kV& Isc≥3kA
D级Iimp≥12.5kAIn≥50kAIn≥10kAIn≥3kAUoc≥5kV& Isc≥3kA
㈣ 电磁脉冲防护实施方案(电磁脉冲防护三要素:屏蔽,接地,滤波)

高空核电磁脉冲(HEMP)防护,分设备层面与建筑物两部分,具体实施方案如下图:

备注:

(1) 滤波器A为设施级电磁脉冲滤波器,用于配电网络,设施入口。额定电压250/440VAC, 单/三相电流16~100安培,通流量40kA(8/20us波形)。

(2) 滤波器B 为 设备级电磁脉冲滤波器,直接用于屏蔽机箱、机柜。额定电压250VAC,6~16安培,通流量40kA(8/20us波形);漏电流很小,且集成正弦波浪涌跟踪电路,特别适合敏感设备的电磁脉冲防护。

(3) 良好的电磁屏蔽,同样至关重要,我司建议:I,II级防护模块的电场屏蔽效能为40~60dB,设备端屏蔽效能不低于80dB。

㈤ 电磁脉冲滤波器介绍:

(1)电路由瞬态电路和稳态电路组成,瞬态电路具备失效热保护功能,消除了安全隐患;

(2)领先的设计,浪涌的正弦波动态跟踪抑制,浪涌残压远低于普通浪涌抑制器;

(3)泄漏电流小,符合安规标准,与航插做集成,可以取得最佳使用效果;

(4)用于通过各类高强度瞬态波形的抗扰度测试:如CS117,RS105等等。

规格型号额定电压电流工作频率温度范围泄漏电流通流量插入损耗
TYJ6200T-6Z 6A@250VAC50Hz-40℃~70℃≤2.5mA40kA(8/20µs)>25dB@10k~100kHz
>70dB@100k~18GHz
TYJ6200T-10Z 10A@250VAC50Hz-40℃~70℃≤2.5mA40kA(8/20µs)>25dB@10k~100kHz
>70dB@100k~18GHz
TYJ6200T-16Z 16A@250VAC50Hz-40℃~70℃≤2.5mA40kA(8/20µs)>25dB@10k~100kHz
>70dB@100k~18GHz
TY610W-2A-16EMP 16A@250VAC50Hz-40℃~70℃≤0.5A40kA(8/20µs)>25dB@10k~100kHz
>70dB@100k~18GHz
TY610W-2A-32EMP 32A@250VAC50Hz-40℃~70℃≤0.5A40kA(8/20µs)>25dB@10k~100kHz
>70dB@100k~18GHz
TY610W-2A-63EMP 63A@250VAC50Hz-40℃~70℃≤0.5A40kA(8/20µs)>25dB@10k~100kHz
>70dB@100k~18GHz
TY610W-2A-100EMP 100A@250VAC50Hz-40℃~70℃≤0.5A40kA(8/20µs)>25dB@10k~100kHz
>70dB@100k~18GHz
TY610W-4A-16EMP 4×16A@440VAC50Hz-40℃~70℃≤2.5mA40kA(8/20µs)>25dB@10k~100kHz
>70dB@100k~18GHz
TY610W-4A-32EMP 4×32A@440VAC50Hz-40℃~70℃≤2.5mA40kA(8/20µs)>25dB@10k~100kHz
>70dB@100k~18GHz
TY610W-4A-63EMP 4×63A@440VAC50Hz-40℃~70℃≤2.5mA40kA(8/20µs)>25dB@10k~100kHz
>70dB@100k~18GHz
TY610W-4A-100EMP 4×100A@440VAC50Hz-40℃~70℃≤2.5mA40kA(8/20µs)>25dB@10k~100kHz
>70dB@100k~18GHz

备注:

(1)TY610W系列可用于配电网络,建筑设施入口处;TYJ6200T系列用于屏蔽机箱、机柜入口处。

(2)TYJ6200T系列EMP滤波器具备浪涌正弦波跟踪功能。

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