[发明专利]一种防雷产品的压敏电阻热致损毁评估方法及系统

摘要

本发明涉及防雷产品热致损毁领域，具体公开了一种防雷产品的压敏电阻热致损毁评估方法及系统。所述方法包括：S1、建立雷电流脉冲简化模型；S2、建立压敏电阻等效电路模型；S3、建立压敏电阻及电涌保护器后置保护装置的实体模型与有限元数值模型；S4、将雷电流脉冲简化模型、压敏电阻等效电路模型中的物理场量与实体模型进行耦合，以获得多场耦合模型；S5、对多场耦合模型和有限元数值模型进行求解，在获得特定时间后压敏电阻及电涌保护器后置保护装置关键节点的温度变化及其温度峰值在时间和空间上的规律的基础上，对防雷产品避免热致损毁的可靠性、安全性，以及对电涌保护器后置保护装置的灵敏性进行评估。

主权项

1.一种防雷产品的压敏电阻热致损毁评估方法，所述防雷产品具有电涌保护器与电涌保护器后置保护装置，其特征在于，所述方法包括：S1、对雷电流脉冲进行简化建模，获得雷电流脉冲简化模型；S2、对电涌保护器中的压敏电阻进行等效电路建模，获得压敏电阻等效电路模型；S3、对所述压敏电阻以及所述电涌保护器后置保护装置进行三维实体建模与有限元数值建模，获得压敏电阻及电涌保护器后置保护装置的实体模型与有限元数值模型；S4、将所述雷电流脉冲简化模型、压敏电阻等效电路模型中的物理场量与所述实体模型进行耦合，以获得压敏电阻及电涌保护器后置保护装置的感应电磁场和热力场的多场耦合模型；S5、对所述多场耦合模型和所述有限元数值模型进行求解，在获得特定时间后压敏电阻及电涌保护器后置保护装置关键节点的温度变化及其温度峰值在时间和空间上的规律的基础上，对防雷产品避免热致损毁的可靠性与安全性进行评估，和/或对电涌保护器后置保护装置的灵敏性进行评估；所述步骤S1中，在对雷电流脉冲进行简化建模时，通过选取可积的双指数函数作为雷电流函数脉冲表达式建立雷电流脉冲简化模型；所述可积的双指数函数为：式中，ω为峰值修正因子，其中，α，β为波形拟合常数，I₀为短路电流峰值；所述步骤S3中，利用CAD软件对压敏电阻以及所述电涌保护器后置保护装置进行三维实体建模，并通过CAE软件赋予所述实体模型各个部分的材料特性及相关的性能参数；所述步骤S4中，利用CAE软件导入所述雷电流脉冲简化模型、压敏电阻等效电路模型，并在CAE软件中添加电磁加热和传热这两个物理场，通过对电磁加热和传热这两个物理过程进行分析，进一步简化所述雷电流脉冲简化模型与压敏电阻等效电路模型；所述步骤S4中，在进一步简化雷电流脉冲简化模型时，根据雷电流的类型作进一步的简化建模，对于单一波形重复电流脉冲，选用以下函数作为雷电流函数脉冲表达式，建立雷电流单一波形重复多脉冲简化模型：其中，k＝0,Δt,2Δt,…,(n‑1)Δt；式中，I_m2为短路电流峰值，Δt为脉冲冲击时间间隔，n为脉冲冲击次数；对于复合波形叠加电流脉冲，选用以下函数作为雷电流函数脉冲表达式建立雷电流复合波形叠加多脉冲简化模型：其中，k₁＝0,Δt₁,2Δt₁,…,(n‑1)Δt₁，k₂＝0,Δt₂,2Δt₂,…,(n‑1)Δt₂式中，I_m1为其中一电流脉冲I₁的短路电流峰值，a为电流脉冲I₁所占百分比系数，Δt₁为电流脉冲I₁的脉冲冲击时间间隔，I_m2为另一电流脉冲I₂的短路电流峰值，Δt₂为电流脉冲I₂的脉冲冲击时间间隔，n为脉冲冲击次数；在进一步简化压敏电阻等效电路模型过程中，通过计算出压敏电阻的吸收能量，并考虑压敏电阻的热弛豫现象来分析压敏电阻的受热情况来进行简化建模；其中，在计算压敏电阻的吸收能量时，利用公式来进行计算，式中，W为吸收能量，C为波形相关常数，u(t)为施加于压敏电阻上的瞬时电压，i(t)为施加于压敏电阻上的瞬时电流。