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高速动车组强辐射场下屏蔽电缆感应电流研究

更新时间:2009-03-28

0 引言

高速动车组在运行中,由于牵引系统的工作电压高、电流大,会产生比较明显的低频电磁骚扰;牵引供电系统工作时伴有整流、逆变等非线性过程,会产生幅度很大、频带很宽的脉冲干扰;此外,牵引电流中还包含了丰富的谐波和高频成分,使得骚扰源的频率延续到射频频段。这都会对机车上的微电子系统造成干扰,其中,最重要的耦合路径是分布在机车中的电缆[1]。强辐射场在电缆上产生感应电压和感应电流,通过电缆对弱信号的传输造成干扰,会导致信号失常或失灵。因此,有必要研究电缆在强辐射场下的感应电压和电流及其消除方法,以保证弱信号正常和机车安全

1 实验原理

电缆在空间强辐射场环境中,其芯线会感应出电压,产生耦合电流。其原理是:屏蔽层的表面电流通过转移阻抗或者转移导纳在屏蔽层形成的传输回路上感应出分布电压,进而在电缆芯线上产生耦合电流[2]。利用传输线模型,将电缆分解为内外两个传输线系统对其进行分析。外传输线系统由屏蔽层与机车壳体(大地)组成,内传输线系统由屏蔽层与芯线组成。首先计算外传输线系统中屏蔽层电流及电压响应,通过转移阻抗和转移导纳计算得到内传输线系统的分布电压和激励电流,最终得到电缆芯线在外部强辐射场下的响应[3]

为了更好地促进创业型中小企业的发展,企业应该在企业核心竞争能力的基础上,及时对自己企业所具备人力资源或人才质量进行检测,并及时为企业增添新的力量,及时为企业培养有发展潜力的人才,以在企业面临问题的时候很快地提供核心人才。除此之外,企业还应该适当地在企业中建立人才招聘标准、工作人员绩效考核、后备人才的培训以及企业各岗位的职业技能培训等等。总而言之,不断地加强人力资源管理战略是促进创业型中小企业快速发展的关键部分。

1.1 强辐射场表达形式

假定强辐射场照射屏蔽电缆时的入射电磁场为平面波,其入射方向nˆ与电缆径向zˆ的夹角为α,电场E的方向为电磁波入射方向与电缆径向构成的平面内。则强辐射场可表示为:

 

式中,E0为幅度系数。

本模型即基于FlowDroid所提供的分析接口以及6.1归类的Sources点与Sinks点进行Android应用中的隐私泄露分析。

 

其中,z3=jωμ3,y33+jωε3

1.2 电缆屏蔽层耦合电流

芯线上的耦合电流是因为电缆上的分布电压E(z),是表面耦合电流的函数。引入屏蔽层外表面到内表面的转移阻抗Zb′a,其表达式为:

 
 

如图1所示,非屏蔽电缆芯线上的感应电流随着长度增加而增大。电缆中最大感应电流与辐照频率相关,较长的电缆在低频时就可感应出较大的电流。

(1)平行近距离的管线探测技术,为最大限度地节约资源和空间,采用平行近间距的铺设方式,对空间距离较小的底下管线非常有效。探测曲线容易发生异常,在单一的高峰阶段,如果对相邻的管线进行差异化的探测,注意异常曲线的峰值,如果对称性质发生变化,可以比较对应的曲线峰值,当空间和位置上发生了偏移,则可能是相邻管线间的互感使得电磁出现异常,应注意相互叠加的部分。

 

1.3 芯线耦合电流

通过屏蔽层和大气结合处的电磁场边界条件可以获得屏蔽层耦合电流。当电缆较长时,边界条件为:

介质中的相移常数k3与波阻抗η3分别为:

 

2 实验模型

试验中,采用6 m×1.5 m的金属铜板模拟机车壳体。电缆为单导体传输线,一端端接50 Ω负载,另一端端接频谱分析仪,用于观察电缆耦合的频谱成分。电缆与铜板平行,实验电缆的长度为:5 m、3 m、1 m;接地方式为:不接地、单端接地、两端接地;屏蔽方式为:裸线(不屏蔽)、屏蔽线。外部强辐射场为50 V/m。试验设备有:信号源、功率放大器、频谱仪、场强仪、场强探头。

入射电磁波在屏蔽电缆表面会发生散射,散射场与入射场的迭加场构成屏蔽层的总电磁场。其边界条件为:

3 实验结果

3.1 不同长度电缆的耦合电流

其中,Zb′b′为屏蔽层外表面阻抗;Zb′a为屏蔽层外表面到内表面转移阻抗。由于芯线的耦合电流远小于屏蔽层外表面耦合电流,计算时忽略芯线耦合电流。

  

图1 不同长度电缆的耦合电流

3.2 不同接地方式的耦合电流

如图2所示,不同的接地方式其芯线上的感应电流在两端接地时明显小于单端接地。单端接地时,接地端的耦合电流要明显小于另一端。

  

图2 不同接地方式的耦合电流

3.3 不同屏蔽材料的耦合电流

如图3所示,不同屏蔽材料的电缆其芯线上的感应电流差异较大,铁质单层87%编织和镀银屏蔽热缩管的屏蔽效能大体相当,而铝制屏蔽电缆的屏蔽效能较低。

  

图3 不同屏蔽材料的耦合电流

4 结语

本文模拟了列车上信号电缆在机车受电过程中产生的强辐射场条件下的电缆耦合效应。实验表明:屏蔽电缆可以有效减小外部强辐射场在电缆上的耦合电压和耦合电流。实际使用中,应综合考虑频率、电缆长度、信号大小选择合适的电缆。屏蔽电缆在安装时,应采取360°环接的形式,并做好两端接地,必要时应多点接地。机车中应采用屏蔽热缩管对电缆进行屏蔽,这是因为网状屏蔽层的屏蔽丝可能刺破电缆造成短路,引起安全风险。同时,屏蔽热缩管使用时两个端口需要特别处理,才能保证电缆的屏蔽效能最好。

当开关S2和S3关断时,二极管D2和D3流过电流,如图5(d)所示。此时A相电枢绕组的端电压就是C相电压,如图6(d)所示。

[参考文献]

[1]程引会,周辉,李宝忠,等.不同电磁脉冲对细导线的耦合[J].强激光与粒子束,2000,12(1):91-94.

[2]郭琳.空间电磁场对屏蔽电缆电磁干扰机理的研究[D].保定:华北电力大学,2003.

[3]衣斌,王泽忠.屏蔽电缆参数计算及屏蔽层与芯线间的串扰[J].高电压技术,2008,34(4):804-808.

 
郭树楷,吕哲,马通边
《机电信息》 2018年第15期
《机电信息》2018年第15期文献

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