【《铁路多级防雷电路仿真及分析案例》2300字】

铁路多级防雷电路仿真及分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u19929铁路多级防雷电路仿真及分析案例 [2]给出了铁路信号电源防雷保护器要求，下面截取了其中有关铁路电源防雷的标准。用于电源电路的防雷保安器，应单独设置；必须具有阻断续流的性能；安装在分线盘（柜）处、电源防雷箱内及工.作电压在110V以上的防雷保安器应有劣化指示。外电网引入机房建筑物应采用多级雷电防护。第Ⅰ级设在户外交流电源馈线引入处（配电盘)(电力部门未做雷电防护时，第Ⅰ级设在电力开关箱后)；第I级设在电源屏电源引入侧；第Ⅲ级设在微电子设备(指计算机终端电源稳压器或UPS电源前)。第Ⅰ级电源防雷应有故障声光报警、雷电计数和状态显示（三相电源每一相线均应有状态显示）等功能。电源防雷应采用信号电源防雷箱方式，信号防雷箱设置地点应符合防火要求。信号设备机房的电源应采用TN-S系统。三相电源供电的机房，应采用L(相线)—L、L一PE（保护地线）和N(中性线）一-PE全模防护的并联三相电源防雷箱；单相电源供电的机房，应采用E一N、L—PE和N一PE的单相电源防雷箱。室内电源防雷保安器应按表4-1选取冲击通流容量和限制电压。室外架空线路应在架空线两端引入处设置防雷保安器。架空线供电的交流电源防雷保安器，冲击通流容量不小于20kA，限制电压不大于700V，在中雷区以上的地区，限制电压可不大于1000V。表4-1为信号设备机房的电源防雷保安器冲击通流容量和限制电压表。表4-1信号设备机房的电源防雷保安器冲击通流容量和限制电压表多级防雷电路明确了铁路信号电源标准之后，接下来进行多级防雷电路的仿真分析。图4-1为防雷电路典型接线图。图4-1多级防雷电路典型接线图Ig为浪涌冲击信号；SPD1和SPD2分别表示两个防雷器件；L为去耦元件，可以是电阻或电感；负载阻抗用Z表示。其中负载阻抗Z根据GB17626.5中规定，一般为40~250Ω，为方便计算，接下来仿真中选取100Ω。由于铁路信号电源大部分为直流电源，气体放电管有续流现象，容易老化，不宜使用，所以接下来主要针对压敏电阻(MOV)、瞬态过电压抑制器(TVS)、晶闸管浪涌保护器件（TSPD）进行多级防雷电路分析。退耦元件电阻退耦为了验证退耦元件的效果，使用图4-2所示电路图进行仿真。图4-2多级防雷电路仿真首先使用电阻作为退耦元件，使用一个TSPD和一个TVS管并联组成二级防雷电路，示波器1显示有无电阻退耦波形的区别。R6和R7为两个0.1Ω的电阻，对电路影响可以忽略，示波器2测量R6和R7两端的电压，可以显示通过前级TSPD和后级TVS管的电流大小以及先后顺序。图4-3为示波器1的显示结果图4-3增加退耦电阻后波形变化峰值高的曲线为没有退耦电阻的波形，峰值低的曲线为有退耦电阻的波形，可以看到增加退耦电阻后，浪涌电压降低了70V左右，浪涌抑制效果更好。图4-4为示波器2的显示结果图4-4通过前后级防雷电路的电流变化上方曲线为通过后级TVS管的电流，下方曲线为通过前级TSPD的电流。从图中可以看出电流主要集中在后级TVS管上。接下来使用不同阻值的退耦电阻来观察效果，表4-1为对不同退耦电阻电压的影响。表4-1不同退耦电阻对浪涌电压的影响退耦电阻(Ω)电压V1(无退耦电阻）电压V2(有退耦电阻）V1-V2（v）0.1199.4200.2188.911.31202.0183.118.95205.9151.154.810207.2135.771.520208.8123.984.9从表中可以看出退耦电阻主要影响后级防雷电路，并且随着退耦电阻的增大，降压效果越来越好。表4-2为不同退耦电阻前后级防雷电路电流关系。表4-2不同退耦电阻前后级防雷电路电流关系退耦电阻(Ω)前级TSPD电流（A）后级TVS管电流（A）0.1164.4168.40.5164.6188.91165.0206.55168.2557.610169.2720.820170.6853.3从表中同样可以看出退耦电阻主要影响后级防雷电路，随着退耦电阻的增大，电流越来越集中到后级防雷电路上，这会导致后级防雷电路容易损坏。除此之外，退耦电阻越大，在退耦电阻上消耗的能量越多，这多铁路信号电源来说是不合适的，所以退耦电阻不宜过大，1Ω以下比较合适。电感退耦仍然使用图4-2所示电路，将其中的退耦电阻换为电感，根据GB17626.5中规定，退耦电感不应该超过150μH，高速通信线路中不应该超过20μH。铁路信号电源对延时要求不高，我们首先使用100μH进行测试。根据第二章对浪涌发生器的频谱分析，雷电浪涌主要集中在10KHz以下，100μH的电感特效阻抗约为6.4Ω。图4-5为增加退耦电感后波形变化。图4-5增加退耦电感后波形变化峰值高的曲线为没有退耦电感的波形，峰值低的曲线为有退耦电感的波形，可以看到增加退耦电感后，浪涌电压降低了64V左右，浪涌抑制效果更好。图4-6为通过前后级防雷电路的电流变化。图4-4通过前后级防雷电路的电流变化上方曲线为通过后级TVS管的电流，下方曲线为通过前级TSPD的电流。从图中可以看出电流主要集中在后级TVS管上。接下来使用不同值的退耦电感来观察效果，表4-3为不同退耦电感对浪涌的影响。表4-3不同退耦电感对浪涌的影响退耦电感(μH)电压V1(无退耦电感）电压V2(有退耦电感）V1-V2（v）1199.8197.72.15200.4196.53.910201.9194.37.650207.1160.946.2100208.1144.064.1150209.0135.573.5从表中可以看出退耦电感主要影响后级防雷电路，并且随着退耦电阻的增大，降压效果越来越好。表4-4为不同退耦电感前后级防雷电路电流关系。表4-4不同退耦电感前后级防雷电路电流关系退耦电感(μH)前级TSPD电流（A）后级TVS管电流（A）延时（us）1157.9332.41.685158.8355.42.1810160.5361.33.1250165.0716.58.24100168.882