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電磁脈沖防護理論與技術

雷電磁脈沖,以及人為的各類電磁脈沖裝置工作時,會在目標區域產生強大的電磁脈沖沖擊波,電場強度從1000V/m ~10^5V/m不等,具有高電壓、高場強、頻譜寬、范圍廣的特點,通過強大的輻射耦合效應,或者用過各類線纜進入電子、電氣設備,對設備內部的半導體組件帶來強大的毀損效應。

㈠ 電磁脈沖源的特征與分類

1.1: 靜電:是自然界常見的電磁脈沖輻射源,靜電放電(ESD)可以產生高電壓、強電場、大電流,形成寬頻帶的電磁脈沖輻射場。典型的ESD輻射場為衰減震蕩波形,持續時間在500nS,場強峰值在150V/m,中心頻率在40MHz左右。

1.2: 雷電磁脈沖(LEMP):LEMP是伴隨著雷電放電產生的電流瞬變和強電磁場輻射,屬于雷電的二次效應,是信息化時代的公害,也是EMP防護的熱點與難點。由靜電脈沖、地電流浪涌和電磁脈沖輻射場三部分組成。

1.3: 核電磁脈沖(NEMP) : 以高空核電磁脈沖(HEMP)危害最大。

核電磁脈沖分為三個階段,如下圖: 早期(E1)為高頻能量短脈沖,耦合到線纜中以后,通常具有20/500ns雙指數脈沖的特征,在線纜上感應的峰值電流最大可達2000A;中期(E2)為中頻脈沖,在線纜中感應的波形類似于1.5/400us雙指數脈沖,最大電流可達250A,該脈沖具有更高的能量;晚期(E3)為低頻長脈沖,主要是對長的電力線造成損壞,與EMP防護關系不大。

1.4: 非核電磁脈沖,主要指高功率微波,電磁炸彈等,EMP場強峰值低于NEMP,是高效的電子戰,信息戰工具。

㈡ 正弦波跟蹤浪涌抑制技術

普通浪涌抑制器,在浪涌到來時,只響應一個過電壓或者電壓變化;作為前沿技術,正弦波跟蹤浪涌抑制電路,具有普通浪涌抑制器的功能,還響應于頻率的變化,即不論浪涌落在正弦波的何處,都起同樣的抑制作用,EMP濾波器TYJ6200系列產品具備浪涌正弦波跟蹤功能。如下圖。

㈢ 電磁脈沖,浪涌相關測試標準(我司EMP濾波器均滿足以下標準)

3.1: 浪涌抗擾度試驗–IEC61000-4-5,IEC61643-11;

3.2: 抗擾度試驗–IEC61000-4-24,EMP防護按照嚴酷程度分為I,II,III級,如下表:

試驗等級適用對象殘余峰值電流(在2Ω阻抗下測試)
I級工業領域<353A(在250VAC,50Hz條件測試)
II級關鍵基礎設施<50A(在250VAC,50Hz條件測試)
III級軍事設施(等同于MIL-STD-188-125)<10A(在250VAC,50Hz條件測試)

3.3:GJB151B-RS105 (對應美標:MIL-STD-461E)

峰值電場:大于50kV/m峰值磁場:大于130A/m
脈沖上升時間:1.8ns脈沖長度:23ns

3.4:浪涌保護器SPD試驗參考標準GB50343.

雷電防護等級總配電箱分配電箱機箱、機柜端口
10/350μsI類試驗8/20μsII類試驗8/20μsII類試驗8/20μsII類試驗1.2/50&8/20μsIII類組合波試驗
A級Iimp≥20kAIn≥80kAIn≥40kAIn≥5kAUoc≥10kV&Isc≥5kA
B級Iimp≥15kAIn≥60kAIn≥30kAIn≥5kAUoc≥10kV&Isc≥5kA
C級Iimp≥12.5kAIn≥50kAIn≥20kAIn≥3kAUoc≥5kV& Isc≥3kA
D級Iimp≥12.5kAIn≥50kAIn≥10kAIn≥3kAUoc≥5kV& Isc≥3kA
㈣ 電磁脈沖防護實施方案(電磁脈沖防護三要素:屏蔽,接地,濾波)

高空核電磁脈沖(HEMP)防護,分設備層面與建筑物兩部分,具體實施方案如下圖:

備注:

(1) 濾波器A為設施級電磁脈沖濾波器,用于配電網絡,設施入口。額定電壓250/440VAC, 單/三相電流16~100安培,通流量40kA(8/20us波形)。

(2) 濾波器B 為 設備級電磁脈沖濾波器,直接用于屏蔽機箱、機柜。額定電壓250VAC,6~16安培,通流量40kA(8/20us波形);漏電流很小,且集成正弦波浪涌跟蹤電路,特別適合敏感設備的電磁脈沖防護。

(3) 良好的電磁屏蔽,同樣至關重要,我司建議:I,II級防護模塊的電場屏蔽效能為40~60dB,設備端屏蔽效能不低于80dB。

㈤ 電磁脈沖濾波器介紹:

(1)電路由瞬態電路和穩態電路組成,瞬態電路具備失效熱保護功能,消除了安全隱患;

(2)領先的設計,浪涌的正弦波動態跟蹤抑制,浪涌殘壓遠低于普通浪涌抑制器;

(3)泄漏電流小,符合安規標準,與航插做集成,可以取得最佳使用效果;

(4)用于通過各類高強度瞬態波形的抗擾度測試:如CS117,RS105等等。

規格型號額定電壓電流工作頻率溫度范圍泄漏電流通流量插入損耗
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

備注:

(1)TY610W系列可用于配電網絡,建筑設施入口處;TYJ6200T系列用于屏蔽機箱、機柜入口處。

(2)TYJ6200T系列EMP濾波器具備浪涌正弦波跟蹤功能。

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