Die Analyse der Verwendung von Überspannungsprüfgeräten und Überspannungsprüfgeräten

I. Überspannungstestgeräte Normen
Der nationale Standard für Überspannungsprüfer ist GB/T17626.5 (entspricht dem internationalen Standard IEC61000-4-5).
Die Norm simuliert hauptsächlich verschiedene Fälle aufgrund indirekter Blitzeinschläge, wie zum Beispiel:
(1) Blitzeinschläge in Außenleitungen, die dazu führen, dass ein großer Strom in die Außenleitungen oder den Erdungswiderstand fließt und so Störspannungen erzeugen;
(2) Indirekte Blitzeinschläge (z. B. Blitzeinschläge zwischen Wolkenschichten oder innerhalb von Wolkenschichten), die Spannungen und Ströme in externen Leitungen induzieren;
(3) Blitzeinschläge in der Nähe von Objekten, wobei um sie herum ein starkes elektrisches und magnetisches Feld entsteht, das Spannungen an externen Leitungen induziert;
(4) Blitzeinschläge in Bodennähe führen zu Störungen aufgrund des Erdstroms, der durch das öffentliche Erdungssystem fließt.
Neben der Simulation von Blitzeinschlägen simuliert der Standard auch Störungen, die durch Schalterbetätigungen in Fällen wie einem Umspannwerk verursacht werden, wie zum Beispiel:
(1) Störungen durch das Umschalten des Hauptstromnetzes (z. B. das Umschalten der Kondensatorbank);
(2) Störungen durch das Springen kleiner Schalter in der Nähe des Geräts;
(3) Störungen durch das Schalten von Silizium-Thyristor-Bauelementen mit Resonanzkreisen;
(4) verschiedene systematische Fehler, wie etwa Kurzschlüsse und Lichtbögen zwischen den Erdungsnetzen oder Erdungssystemen der Geräte.

Überspannungsgenerator SG61000 5 

Der Standard beschreibt zwei verschiedene Wellenformgeneratoren: Einer ist die Wellenform, die durch Blitzeinschläge in der Stromleitung induziert wird; das andere ist die auf der Kommunikationsleitung induzierte Wellenform. Bei beiden Leitungen handelt es sich um Freileitungen, aber die Impedanz der Leitung ist unterschiedlich: Die auf der Stromleitung induzierte Stoßwellenform ist schmaler (50 µS) und die Vorderkante ist steiler (1.2 µS). Während die auf der Kommunikationsleitung induzierte Stoßwellenform breiter ist, ist die Vorderflanke jedoch langsamer. Im Folgenden analysieren wir hauptsächlich die Schaltung mit der durch Blitzeinschläge auf der Stromleitung induzierten Wellenform und geben außerdem eine kurze Einführung in die Blitzschutztechnologie der Kommunikationsleitung.

Beim Entwurf einer Gleichtakt-Überspannungsschutzschaltung zur Vermeidung von Überspannungen wird davon ausgegangen, dass Gleichtakt- und Differenzialmodus unabhängig voneinander sind. Diese beiden Teile sind jedoch nicht wirklich unabhängig, da die Gleichtaktdrosselung zu einer erheblichen Gegentaktinduktivität führen kann. Diese Gegentaktinduktivität kann durch eine separate Gegentaktinduktivität nachgebildet werden. Um die Differenzmodusinduktivität zu nutzen, sollten Gleichtakt- und Differenzmodus im Entwurfsprozess nicht gleichzeitig, sondern in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt werden. Zunächst sollte das Gleichtaktrauschen gemessen und eliminiert werden. Durch die Verwendung des Differential Mode Rejection Network (DMRN) kann die Differenzmoduskomponente eliminiert werden, sodass das Gleichtaktrauschen direkt gemessen werden kann. Wenn der entworfene Gleichtaktfilter dafür sorgen soll, dass das Gegentaktrauschen nicht gleichzeitig den zulässigen Bereich überschreitet, sollte das gemischte Rauschen von Gleichtakt- und Gegentaktmodus gemessen werden. Da bekannt ist, dass die Gleichtaktkomponente unterhalb der Rauschtoleranz liegt, überschreitet nur die Differenzmoduskomponente den Standard, und die Differenzmodus-Streuinduktivität des Gleichtaktfilters kann zur Dämpfung verwendet werden. Bei Niederspannungsversorgungen reicht die Gegentaktinduktivität der Gleichtaktdrossel aus, um das Problem der Gegentaktstrahlung zu lösen, da die Quellenimpedanz der Gegentaktstrahlung klein ist und daher nur eine geringe Induktivität wirksam ist. Bei Stoßspannungen unter 4000 Vp müssen im Allgemeinen nur LC-Schaltkreise zur Strombegrenzung und Glättungsfilterung verwendet werden, um das Impulssignal auf das 2- bis 3-fache des durchschnittlichen Pegels des Impulssignals zu reduzieren. Da in L1 und L2 ein 50-wöchiger Netzstrom fließt, geraten die Induktivitäten leicht in die Sättigung, sodass L1 und L2 normalerweise eine Gleichtaktinduktivität mit sehr hoher Streuinduktivität verwenden.

Durch das Hinzufügen einer Gleichtaktinduktivität sollen Gleichtaktstörungen auf der Parallelleitung (sowohl Zweidraht- als auch Mehrdrahtleitung) beseitigt werden. Aufgrund des Widerstandsungleichgewichts im Stromkreis spiegeln sich Gleichtaktstörungen letztendlich im Differenzmodus wider. Es ist schwierig, mit Differenzialmodus-Filtermethoden zu filtern.

Wo genau muss die Gleichtaktinduktivität eingesetzt werden? Bei Gleichtaktstörungen handelt es sich in der Regel um elektromagnetische Strahlung oder räumliche Kopplung. In diesem Fall müssen Sie, egal ob Wechselstrom oder Gleichstrom, bei einer langen Übertragungsleitung die Gleichtaktinduktivität für die Gleichtaktfilterung hinzufügen. Beispielsweise verfügen viele USB-Kabel über einen Ringmagneten. Am Eingang des Schaltnetzteils wird der Wechselstrom aus großer Entfernung übertragen und muss dann hinzugefügt werden. Im Allgemeinen muss die DC-Seite nicht aus großer Entfernung übertragen werden und muss daher nicht hinzugefügt werden. Ohne Gleichtaktstörungen ist das Hinzufügen eine Verschwendung und bringt keine Verstärkung für die Schaltung.

Das Design eines Leistungsfilters kann normalerweise im Gleichtakt- und Differenzmodus betrachtet werden. Der wichtigste Teil des Gleichtaktfilters ist die Gleichtaktdrossel. Im Vergleich zu Gegentaktdrosseln besteht der bemerkenswerteste Vorteil der Gleichtaktdrossel darin, dass ihr Induktivitätswert extrem hoch und das Volumen klein ist. Beim Entwurf der Gleichtaktdrossel ist die Streuinduktivität, also die Gegentaktinduktivität, zu berücksichtigen. Normalerweise geht man zur Berechnung der Streuinduktivität davon aus, dass sie 1 % der Gleichtaktinduktivität beträgt. Tatsächlich liegt die Streuinduktivität zwischen 0.5 % und 4 % der Gleichtaktinduktivität. Bei der Entwicklung des Chokes mit der besten Leistung dürfen die Auswirkungen dieses Fehlers nicht ignoriert werden.

II. Die Bedeutung der Leckageempfindlichkeit von Überspannungsprüfer
Wie entsteht Leckageempfindlichkeit? Eng gewickelt und um die Ringspule gewunden, konzentriert sich der gesamte Magnetstrom auch ohne Kern im Inneren des Spulen-„Kerns“. Wenn die Ringspule jedoch eine Woche lang nicht oder nicht fest gewickelt wird, fließt der magnetische Strom aus dem Kern. Dieser Effekt ist proportional zum relativen Abstand zwischen den Drahtwindungen und der magnetischen Permeabilität des Spiralrohrkerns. Die Gleichtaktdrossel verfügt über zwei Wicklungen, die dafür ausgelegt sind, den durch den Spulenkern fließenden Strom in entgegengesetzte Richtungen zu leiten, sodass das Magnetfeld 0 ist. Wenn die Spule auf dem Kern aus Sicherheitsgründen nicht mit zwei Leitungen gewickelt ist, besteht zwischen den beiden Wicklungen ein erheblicher Spalt, der natürlich zu einem „Leckstrom“ des magnetischen Stroms führt, d. h. das Magnetfeld ist an den betreffenden Punkten nicht wirklich 0. Die Leckempfindlichkeit der Gleichtaktdrossel ist die Gegentaktinduktivität. Tatsächlich muss der mit dem Differentialmodus verbundene magnetische Fluss den Kern irgendwann verlassen, das heißt, der magnetische Fluss bildet außerhalb des Kerns eine geschlossene Schleife und ist nicht nur innerhalb des ringförmigen Kerns begrenzt.

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