专利名称：一种真空断路器控制电路板的电磁屏蔽箱体设计方法
技术领域：
本发明属于开闭所高压电器设备二次回路的电磁兼容领域，特别涉及强电磁干扰下电磁屏蔽箱体的设计。
背景技术：
电力系统中，在电网容量增大、输电电压增高的同时，以微电子技术为基础的继电保护、电网控制、通信设备等得到广泛采用，使得电力系统电磁兼容问题变得十分突出。电力自动化设备通常安装在变电站高压设备的附近，这类设备能正常工作的先决条件就是它能够承受变电站可能存在的电磁干扰。电力系统发展到今天，容量和电压等级都大大提高，并且出现了直流高压输电。二次设备也向着微型化、数字化、电子化发展，由于二次设备对暂态骚扰具有敏感性和脆弱性，使暂态骚扰和高频辐射骚扰问题日益突出。真空断路器在工作过程中会有一些瞬态的电压电流变化，因此对其附近的控制电路会产生较大的电磁干扰，所以对控制电路必须加以一定的金属壳体进行屏蔽。由于在接缝处难免存在缝隙，有时还要在壳体上特意开口，如通风散热窗孔、电源线和信号线的出入口等，因此严格来讲封闭系统的金属壳体并不是一个完全封闭的屏蔽体，各种不连续的结构都会造成电磁能量的泄漏，降低其屏蔽效能。
发明内容
有鉴于此，本 发明的目的在于提供一种真空断路器控制电路板的电磁屏蔽箱体设计方法，采用该方法设计的电磁屏蔽箱体能够实现电磁屏蔽，保证控制电路板在外界电磁干扰下仍然正常稳定运行。为达到上述目的，本发明提供如下技术方案—种真空断路器控制电路板的电磁屏蔽箱体设计方法，包括以下步骤步骤一，分析真空断路器操作瞬间触头产生的瞬变电磁脉冲群，并结合现场实测数据确定瞬态电压波形，对该瞬态电压波形进行滤波、拟合，得到瞬态电压波形曲线U(t);步骤二，对步骤一中的瞬态电压波形曲线U(t)离散化，得到η个有序点对(Ui, \)，其中i=l，2…n，并将离散化后得到的有序点对作离散傅里叶变换(FFT)，绘制该电压波形的频谱图；步骤三，根据步骤二中绘制的频谱图，找出强干扰幅值对应的频率点A(j=l，2…m)，确定强电磁干扰的频率范围为 ;步骤四，根据步骤三中确定的强电磁干扰的频率范围选择屏蔽箱体的材料，并进行箱体厚度和孔缝设计。进一步，在步骤一中，真空断路器操作瞬间的触头电压波形一方面通过软件仿真的方法获得，一方面在现场实测，将两种方法的测试结果结合起来对照补偿，得到瞬态电压波形曲线。进一步，在步骤二中，对U(t)离散化时，采样频率是U(t)波形中最高振荡频率的两倍；在对离散点对(Ui, ti)作频谱分析时，FFT点数N为N=n。
进一步，在步骤三中，对经过FFT后的频谱图，确定最大幅值所对应的频率点，并将所有幅值大于最大幅值一半的频率点记录下来，最终确定A(min) A(max)。进一步，步骤四中屏蔽箱体材料的选择采用以下步骤a.根据步骤三中确定的强电磁干扰的频率范围和各种屏蔽材料适用的频率范围，筛选出至少三种适宜的材料；b.在主要干扰频率范围fj(min) fj(max)之间，测试不同材料所表现出来的屏蔽效能与干扰频率间的特性曲线结合特性曲线，综合比较不同材料的成本、密度、机械特性及屏蔽效能等方面，确定最终的屏蔽材料。进一步，步骤四中屏蔽箱体的厚度采用以下方法确定在考虑机械特性及箱体自身重量两个因素前提下确定一个箱体厚度的大致范围=Cl1-Cl2，然后以选定值d为公差,Clpd2为首末项，根据步骤三中确定的强电磁干扰的频率范围，依次分析不同厚度下的屏蔽效能随频率变化的关系，由此获得不同厚度下屏蔽效能与辐射频率间的多条曲线，在上述关系曲线中选择曲线位置最高时所对应的厚度。进一步，步骤四中箱体的孔缝设计采用以下步骤a.根据屏蔽箱体的实际引线孔和散热孔初步设计箱体的孔缝；b.改变孔缝的形状及在屏蔽箱体表面的位置，并测量相应的屏蔽效能，得出屏蔽效能关系曲线；c.根据获得的屏蔽效能关系曲线，进行屏蔽箱体表面孔缝的设计。本发明的有益效果在于本发明提供的设计屏蔽箱体的方法具有很强的普遍适用性，该方法简单、高效，可以很方便地使用在多种屏蔽箱体的设计上，并且，依据该方法设计的电磁屏蔽箱体具有很好的电磁屏蔽功能，能够有效的对箱体内装置进行保护。
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明图1为本发明所述方法的`流程图。
具体实施例方式下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。图1为本发明所述的屏蔽箱体设计方法的流程图，包括4个步骤，具体为步骤一，分析真空断路器操作瞬间触头产生的瞬变电磁脉冲群，并结合现场实测数据确定瞬态电压波形，对该瞬态电压波形进行滤波、拟合，得到瞬态电压波形曲线u(t);步骤二，对步骤一中的瞬态电压波形曲线U(t)离散化，得到η个有序点对(Ui, ti)，其中i=l，2…n，并将离散化后得到的有序点对作离散傅里叶变换(FFT)，绘制该电压波形的频谱图；步骤三，根据步骤二中绘制的频谱图，找出强干扰幅值对应的频率点A(j=l，2…m)，确定强电磁干扰的频率范围为A(min) ;步骤四，根据步骤三中确定的强电磁干扰的频率范围选择屏蔽箱体的材料，并进行箱体厚度和孔缝设计。在本实施例中，步骤一中，真空断路器操作瞬间的触头电压波形一方面通过软件仿真的方法获得，一方面在现场实测，将两种方法的测试结果结合起来对照补偿，得到瞬态电压波形曲线。在步骤二中，对U(t)离散化时，采样频率是U(t)波形中最高振荡频率的两倍；在对离散点对(Ui, ti)作频谱分析时，FFT点数N为N=n。在步骤三中，对经过FFT后的频谱图，确定最大幅值所对应的频率点，并将所有幅值大于最大幅值一半的频率点记录下来,最终确定A0nin) 4(_)。步骤四中屏蔽箱体材料的选择采用以下步骤a.根据步骤三中确定的强电磁干扰的频率范围和各种屏蔽材料适用的频率范围，筛选出至少三种适宜的材料；b.在主要干扰频率范围f^(min) 之间，测试不同材料所表现出来的屏蔽效能与干扰频率间的特性曲线；c.结合特性曲线,综合比较不同材料的成本、密度、机械特性及屏蔽效能等方面,确定最终的屏蔽材料。步骤四中屏蔽箱体的厚度采用以下方法确定在考虑机械特性及箱体自身重量两个因素前提下确定一个箱体厚度的大致范围=Cl1-Cl2,然后以选定值d为公差，屯、d2为首末项，根据步骤三中确定的强电磁干扰的频率范围，依次分析不同厚度下的屏蔽效能随频率变化的关系，由此获得不同厚度下屏蔽效能与辐射频率间的多条曲线，在上述关系曲线中选择曲线位置最高时所对应的厚度。步骤四中箱体的孔缝设计采用以下步骤a.根据屏蔽箱体的实际引线孔和散热孔初步设计箱体的孔缝；b.改变孔缝的形状及在屏蔽箱体表面的位置，并测量相应的屏蔽效能，得出屏蔽效能关系曲线；c.根据获得的屏蔽效能关系曲线，进行屏蔽箱体表面孔缝的设计。为了进一步验证由本方法设计出的屏蔽箱体的性能，可以在步骤二所述的强电磁干扰辐射下对设计的屏蔽箱体进行屏蔽效能测试，运用GB9254-2008的屏蔽效能等级测试方法对所设计的屏蔽箱体作测试；GB9254-2008屏蔽效能等级如表一所示；
权利要求
1.一种真空断路器控制电路板的电磁屏蔽箱体设计方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一分析真空断路器操作瞬间触头产生的瞬变电磁脉冲群，并结合现场实测数据确定瞬态电压波形，对该瞬态电压波形进行滤波、拟合，得到瞬态电压波形曲线U(t)； 步骤二 对步骤一中的瞬态电压波形曲线U(t)离散化，得到η个有序点对(Ui, ti)，其中i=l，2…n，并将离散化后得到的有序点对作离散傅里叶变换(FFT)，绘制该电压波形的频谱图； 步骤三根据步骤二中绘制的频谱图，找出强干扰幅值对应的频率点A(j=l，2…m)，确定强电磁干扰的频率范围为f j (min)f j (max)步骤四根据步骤三中确定的强电磁干扰的频率范围选择屏蔽箱体的材料，并进行箱体厚度和孔缝设计。
2.根据权利要求1所述的真空断路器控制电路板的电磁屏蔽箱体设计方法，其特征在于在步骤一中，真空断路器操作瞬间的触头电压波形一方面通过软件仿真的方法获得，一方面在现场实测，将两种方法的测试结果结合起来对照补偿，得到瞬态电压波形曲线。
3.根据权利要求1所述的真空断路器控制电路板的电磁屏蔽箱体设计方法，其特征在于在步骤二中，对U(t)离散化时，采样频率是U(t)波形中最高振荡频率的两倍；在对离散点对(Ui, ti)作频谱分析时，FFT点数N为N=n。
4.根据权利要求1所述的真空断路器控制电路板的电磁屏蔽箱体设计方法，其特征在于在步骤三中，对经过FFT后的频谱图，确定最大幅值所对应的频率点，并将所有幅值大于最大幅值一半的频率点记录下来，最终确定fjimin)
5.根据权利要求1至4中任一项所述的真空断路器控制电路板的电磁屏蔽箱体设计方法，其特征在于步骤四中屏蔽箱体材料的选择采用以下步骤a.根据步骤三中确定的强电磁干扰的频率范围和各种屏蔽材料适用的频率范围，筛选出至少三种适宜的材料；b.在主要干扰频率范围fj(min) fj(max)之间，测试不同材料所表现出来的屏蔽效能与干扰频率间的特性曲线结合特性曲线，综合比较不同材料的成本、密度、机械特性及屏蔽效能等方面，确定最终的屏蔽材料。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的真空断路器控制电路板的电磁屏蔽箱体设计方法，其特征在于步骤四中屏蔽箱体的厚度采用以下方法确定在考虑机械特性及箱体自身重量两个因素前提下确定一个箱体厚度的大致范围=Cl1-Cl2，然后以选定值d为公差,Clpd2为首末项，根据步骤三中确定的强电磁干扰的频率范围，依次分析不同厚度下的屏蔽效能随频率变化的关系，由此获得不同厚度下屏蔽效能与辐射频率间的多条曲线，在上述关系曲线中选择曲线位置最高时所对应的厚度。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的真空断路器控制电路板的电磁屏蔽箱体设计方法，其特征在于步骤四中箱体的孔缝设计采用以下步骤a.根据屏蔽箱体的实际引线孔和散热孔初步设计箱体的孔缝;b.改变孔缝的形状及在屏蔽箱体表面的位置，并测量相应的屏蔽效能，得出屏蔽效能关系曲线；c.根据获得的屏蔽效能关系曲线，进行屏蔽箱体表面孔缝的设计。
全文摘要
本发明公开了一种真空断路器控制电路板的电磁屏蔽箱体设计方法，属于开闭所高压电器设备电磁兼容领域；本方法包括以下步骤步骤一，现场实测结合软件仿真得出真空断路器触头瞬态电压波形曲线；步骤二，对瞬态电压波形曲线离散化，并将离散化后得到的有序点对作离散傅里叶变换，绘制该电压波形的频谱图；步骤三，确定强电磁干扰的频率范围；步骤四，选择屏蔽箱体的材料，并进行箱体厚度和孔缝设计；本发明提供的设计屏蔽箱体的方法具有很强的普遍适用性，该方法简单、高效，可以很方便地使用在多种屏蔽箱体的设计上，并且，依据该方法设计的电磁屏蔽箱体具有很好的电磁屏蔽功能，能够有效的对箱体内装置进行保护。
文档编号H05K9/00GK103068215SQ201310004808
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月7日 优先权日2013年1月7日
发明者周为, 王微波, 熊兰, 陈加鹏, 谢子杰 申请人:重庆市电力公司市区供电局, 国家电网公司