强电磁脉冲环境中电力传输线缆的耦合效应研究
发布时间：2021-09-06 00:23
电子电力系统是国家重要基础设施,线缆作为系统中传输信息及能量的媒质,大部分暴露在外界自然环境中,极易受到强电磁脉冲干扰产生强大的瞬态感应电流,并通过耦合进入电子电力系统内部造成设备损害。因此,研究强电磁脉冲环境与各类传输线缆的耦合效应对当前电子电力系统的电磁防护具有重要意义。针对强电磁脉冲环境下有耗半空间中的线缆,提出了一种将反射系数法与时域积分方程（TDIE）方法结合求解强电磁脉冲与各类传输线缆耦合效应的时域方法。首先采用反射系数法,获取有耗地面反射波到达线缆的时域响应,然后把这部分的反射波作为入射波激励源的一部分,加入到TDIE方法的求解中,建立单根架空线缆的时域电场积分方程;进而扩展得到不同媒质情况下多线缆、分层地面上方线缆以及埋地线缆的积分方程,通过时域矩量法（TD-MOM）快速求解;最后利用混合算法为架空线天线精确建模,计算了线天线受时变电压源激励后的瞬态响应。在此基础上,分析了不同线缆长度、架设高度及入射波极化状态条件下架空线缆的感应电流变化规律,讨论了影响细线天线中点瞬态电流的因素。考虑实际的电力传输线长度很长且在一定程度上可以看成是周期结构,采用基于无限-周期结构理论的...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
HEMP电磁脉冲形成示意图
为了更直观的分析三种不同标准下的HEMP电磁脉冲,将每种参数标准所对应的时域波形变化趋势图进行对比,如图2.2所示。从图2.2不难看出,虽然三种不同标准下的HEMP电磁脉冲波形参数变化较大,但其峰值场强多为50kV/m左右,大致趋势都为脉冲上升时间短,脉冲下降时间长。另一方面,对于所有总能量不为零的有限信号来说,其包含的总能量值由脉冲波形信号所表示的能量与波形持续时间的微积分值来计算。因此,图2.2展示的三种定义标准下的HEMP电磁脉冲波形中,1976年文献出版物给出的HEMP电磁脉冲波形下降趋势最缓慢,求得的微积分面积最大,其包含的能量比另外两种HEMP电磁脉冲更高。IEC民用标准定义的脉冲信号波形下降速度最快,波形当中包含最多的高频成分,与电子设备产生的耦合效应更强,产生的危害更大,在研究过程中更能代表最为恶劣的电磁环境,多在实验研究中使用。
其中,HEMP电磁脉冲波形参数的典型值为:脉冲峰值场强分别代表脉冲前、后沿参数,且修正系数k=1.3。HEMP电磁脉冲的时频域波形如图2.3所示。从图2.3(a)中的HEMP电磁脉冲时域波形图可知,HEMP波形是一个双指数脉冲函数,其中,HEMP电磁脉冲信号的前沿上升时间(10%-90%)约为2.5ns,后沿下降时间(90%-10%)约为55ns,脉冲半高宽(50%-50%)约为23ns,达到峰值的时间仅仅只需0.01-0.03s,这与IEC民用标准定义的HEMP波形参数相符。从图2.3(b)中的HEMP频谱分布情况可知,HEMP电磁脉冲能量主要集中在30MHz以内,其覆盖了较宽的频带范围。
【参考文献】：
期刊论文
[1]典型通信装备复杂电磁环境电磁防护技术研究[J]. 路延,贾翠霞,唐晓斌,武剑. 中国电子科学研究院学报. 2019(07)
[2]国家关键基础设施电磁恢复力[J]. 谢彦召,刘民周,陈宇浩. 强激光与粒子束. 2019(07)
[3]架空及埋地多导体线缆对HEMP辐照的瞬态响应[J]. 杜子韦华,谢彦召. 强激光与粒子束. 2019(07)
[4]高空电磁脉冲作用下电力系统主要效应模式分析[J]. 陈宇浩,谢彦召,刘民周,高冲,李萌,巩少岩,周建辉. 强激光与粒子束. 2019(07)
[5]大规模有限周期结构电磁特性的快速算法研究进展[J]. 陆卫兵,相伟,吴为军,杨武. 电波科学学报. 2020(01)
[6]矩量法-物理光学混合算法计算多尺度复合目标电磁散射场[J]. 吴安雯,吴语茂,杨杨,张楠. 电波科学学报. 2019(01)
[7]基于物理光学方法的舰船天线辐射特性研究[J]. 曹霞,吴玲,张红剑. 舰船科学技术. 2018(20)
[8]不均匀媒质近地面HEMP电磁环境特性研究[J]. 胡佩,慕晓冬,易昭湘,王殿海. 电光与控制. 2019(01)
[9]地面雷达系统强电磁脉冲防护分析[J]. 冀鑫炜,田锦,孙珊珊,曹原. 现代雷达. 2018(07)
[10]多导体传输线高频场线耦合渐近法分析[J]. 张馨丹,赵春莹,刘强,闫丽萍,赵翔,周海京. 强激光与粒子束. 2018(08)
博士论文
[1]基于无限—周期结构理论的车轨耦合及隧道—地层振动响应分析模型研究[D]. 马龙祥.北京交通大学 2015
硕士论文
[1]高空核爆电磁脉冲对输电线缆的耦合效应研究[D]. 余丹阳.电子科技大学 2019
[2]电子设备的强电磁脉冲屏蔽防护研究[D]. 林厦.哈尔滨工业大学 2018
[3]有耗半空间线天线的MPIE-MOM方法分析[D]. 丁寒.合肥工业大学 2013
本文编号：3386358
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
HEMP电磁脉冲形成示意图
为了更直观的分析三种不同标准下的HEMP电磁脉冲,将每种参数标准所对应的时域波形变化趋势图进行对比,如图2.2所示。从图2.2不难看出,虽然三种不同标准下的HEMP电磁脉冲波形参数变化较大,但其峰值场强多为50kV/m左右,大致趋势都为脉冲上升时间短,脉冲下降时间长。另一方面,对于所有总能量不为零的有限信号来说,其包含的总能量值由脉冲波形信号所表示的能量与波形持续时间的微积分值来计算。因此,图2.2展示的三种定义标准下的HEMP电磁脉冲波形中,1976年文献出版物给出的HEMP电磁脉冲波形下降趋势最缓慢,求得的微积分面积最大,其包含的能量比另外两种HEMP电磁脉冲更高。IEC民用标准定义的脉冲信号波形下降速度最快,波形当中包含最多的高频成分,与电子设备产生的耦合效应更强,产生的危害更大,在研究过程中更能代表最为恶劣的电磁环境,多在实验研究中使用。
其中,HEMP电磁脉冲波形参数的典型值为:脉冲峰值场强分别代表脉冲前、后沿参数,且修正系数k=1.3。HEMP电磁脉冲的时频域波形如图2.3所示。从图2.3(a)中的HEMP电磁脉冲时域波形图可知,HEMP波形是一个双指数脉冲函数,其中,HEMP电磁脉冲信号的前沿上升时间(10%-90%)约为2.5ns,后沿下降时间(90%-10%)约为55ns,脉冲半高宽(50%-50%)约为23ns,达到峰值的时间仅仅只需0.01-0.03s,这与IEC民用标准定义的HEMP波形参数相符。从图2.3(b)中的HEMP频谱分布情况可知,HEMP电磁脉冲能量主要集中在30MHz以内,其覆盖了较宽的频带范围。
【参考文献】：
期刊论文
[1]典型通信装备复杂电磁环境电磁防护技术研究[J]. 路延,贾翠霞,唐晓斌,武剑. 中国电子科学研究院学报. 2019(07)
[2]国家关键基础设施电磁恢复力[J]. 谢彦召,刘民周,陈宇浩. 强激光与粒子束. 2019(07)
[3]架空及埋地多导体线缆对HEMP辐照的瞬态响应[J]. 杜子韦华,谢彦召. 强激光与粒子束. 2019(07)
[4]高空电磁脉冲作用下电力系统主要效应模式分析[J]. 陈宇浩,谢彦召,刘民周,高冲,李萌,巩少岩,周建辉. 强激光与粒子束. 2019(07)
[5]大规模有限周期结构电磁特性的快速算法研究进展[J]. 陆卫兵,相伟,吴为军,杨武. 电波科学学报. 2020(01)
[6]矩量法-物理光学混合算法计算多尺度复合目标电磁散射场[J]. 吴安雯,吴语茂,杨杨,张楠. 电波科学学报. 2019(01)
[7]基于物理光学方法的舰船天线辐射特性研究[J]. 曹霞,吴玲,张红剑. 舰船科学技术. 2018(20)
[8]不均匀媒质近地面HEMP电磁环境特性研究[J]. 胡佩,慕晓冬,易昭湘,王殿海. 电光与控制. 2019(01)
[9]地面雷达系统强电磁脉冲防护分析[J]. 冀鑫炜,田锦,孙珊珊,曹原. 现代雷达. 2018(07)
[10]多导体传输线高频场线耦合渐近法分析[J]. 张馨丹,赵春莹,刘强,闫丽萍,赵翔,周海京. 强激光与粒子束. 2018(08)
博士论文
[1]基于无限—周期结构理论的车轨耦合及隧道—地层振动响应分析模型研究[D]. 马龙祥.北京交通大学 2015
硕士论文
[1]高空核爆电磁脉冲对输电线缆的耦合效应研究[D]. 余丹阳.电子科技大学 2019
[2]电子设备的强电磁脉冲屏蔽防护研究[D]. 林厦.哈尔滨工业大学 2018
[3]有耗半空间线天线的MPIE-MOM方法分析[D]. 丁寒.合肥工业大学 2013
本文编号：3386358
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