雷电电磁脉冲知识

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1、雷电电磁感应讲义引言电磁兼容（EMC）是近年来发展很快并受到广泛重视的学科领域。IEC（国际电工委员会）对EMC的定义是：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物产生不允许的电磁骚扰的能力”。电磁骚扰（EMD）定义是：任何可能引起设备或系统性能降低或对有生命及无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁骚扰可能是电磁噪声，无用信号或传播媒介自身的变化。电磁噪声与EMD术语有相似的含义，指“一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可能与有用信号叠加或组合。”电磁骚扰源分为自然骚扰源和人为骚扰源。典

2、型的自然骚扰源有：1、雷击电磁脉冲LEMP，又称大气噪声；2、太阳噪声，太阳黑子活动时产生的磁暴；3、宇宙噪声，来自银河系；4、静电放电ESD；人为骚扰源较多，典型的有：1、电力网络中操作过电压SEMP；2、核致电磁脉冲NEMP；3、高压配电系统对地短路造成过电压；其它家电、高频设备、电力设备、内燃机、无线电发射和接收设备、高速数字电路设备等，通过放电噪声、接触噪声、过渡现象、反射现象、非功能性噪声和无用信号等电磁骚扰的发生机理均会造成电磁干扰。在IEC61312-1中对LEMP定义为：“作为干扰源的闪电

3、电流和闪电电磁场。”GB50057-94局部修改条文定义为：“作为干扰源的直接雷击和附近雷击所引起的效应。绝大多数是通过连接导体的干扰，如雷电流或部分雷电流，被雷电击中的装置的电位升高以及磁辐射干扰。”LEMP属由于放电而产生的噪声，由于雷云之间或雷云与大地之间产生火花放电，往往伴随着急剧的电流、电压的瞬时变化，即di/dt或du/dt很大。与NEMP相比LEMP的电磁场强度、陡度和破坏范围都弱得多，但雷电这一大气物理现象，每次释放的数百兆焦尔（MJ）能量与足可影响敏感设备的毫焦尔（mJ）能量相比相差悬殊

4、。1971年美国通用研究公司R·D希尔用仿真试验建立模式证明：由于雷电干扰，对无屏蔽的计算机当磁感应强度Bm=0.07GS时，计算机会误动作；当Bd=2.4GS时，计算机设备会永久性损坏。随着人类在1973年将1万个元件安置在1cm2面积上标志着进入信息时代，这个数值在逐渐变小。特别是电子技术从本世纪六十年代的电子管元器件发展到八十年代大型集成电路以来，元件的耐受能量已由0.1~10J降至10―8~10―6J，因而设备损坏率骤然升高。各种设备、元件摧毁能量参见图1。一位奥地利人对其所在地区自1960年~1

5、992年间雷击损失保险理赔件数进行过统计，发现在这33年中，该地区因直接雷击造成的事故（火灾、建筑物破坏等）每年都约为100起左右，而电子设备的损坏却由1960年的931起上升到1992年的23768起！[图2]图3是慕尼黑TELA保险公司的损害分析，说明雷害损失从1978年到1994年的17年中上升了400%。而德国法兰克福ELELTRA保险公司的统计说明在1994年的灾害赔偿中雷击过电压损失占33.8%，为第一位（图4）。这种雷击灾害的损失与我国近年来的情况基本相同。我国城市中的雷击电子设备损害可占雷

6、电灾害总损失的80%以上。鉴于上述原因，IEC61312-1标准中“引言”称“鉴于各种类型的电子系统，包括计算机、电信设备、控制系统等（在本标准中称之为信息系统）的应用在不断增加，使本国际标准的制定成为必需。这样的信息系统用于商业及工业的许多部门，包括高资金投入、大规模及高度复杂的工业控制系统，对这样的系统从代价和安全方面考虑非常不希望由雷电导致系统运转的停顿。”现代防雷技术是一系统工程现代防雷技术涉及到许多行业，其中有使用维护系统、设计施工系统、设备生产制造系统、防雷装置生产、检测系统等。从技术角度上看

7、也是一系统工程。系统结构愈合理，系统的各个组成部分（或要素）之间的有机结合就越合理，相互之间的作用就越协调，才能使整个系统在总体上达到最佳的运行状态。比如防雷设计首先要从被保护物所在地理、气象环境出发，要从被保护物的重要性和复杂性以及雷击的后果严重程度出发。在设计中要考虑现有的保护装置的有效利用，要与供电系统的型式、暴露程度，所有线缆的架设，设备自身的耐压水平，选用防雷装置的特性及其有机配合，以及装设后对设备的正常工作是否产生不允许的影响，雷击发生后的反应和自复能力等等复杂的因素进行综合考虑，当然，还应考

8、虑投资与效益的关系。由于现代电子设备除受雷电干扰外，尚有大量的自然干扰源和人为干扰源，整个防护系统应从EMC这一主题开始进行。EMC有三项主要因素必须认真考虑：干扰源、耦合机制和设备的EMC水平或称抗扰性（抗扰性水平）。EMC干扰源、耦合机制和抗干扰措施综合示意图可参见图5。图5EMC干扰、耦合和抗干扰措施综合示意图前面我们曾提到中国电力科学研究院许颖副院长的“三条防线”原则：（1）将绝大部分雷电流直接引入地中泄散；（2）阻塞