雷电电磁脉冲(LEMP)的特性分析及屏蔽

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1、雷电电磁脉冲（LEMP）的特性分析及屏蔽王庆祥1姚烨1崔喆1孙冬迪1薛文安2（1．天津市中力防雷技术有限公司，天津300384；2．中国民航大学，天津300384）摘要本文讨论了雷电电磁脉冲的危害，包括传导浪涌、辐射电磁场、感应电压，分析雷电电磁脉冲的特性；并以磁屏蔽为主介绍雷电电磁脉冲的防护，以及磁屏蔽的材料选择。关键词雷电流；雷电电磁脉冲（LEMP）；电磁屏蔽电流波形：电流波形：电流波电流波引言10/350μs8/20μs形：8/20形：8/20(kA)(kA)μs(kA）μs(kA)雷电是由带电的云在空中对地放电导致的一III-IV52.50.15II7.53.750.157.5种

2、特殊的天气现象，其具有选择性、随机性、不可I1050.210预测性以及破坏性。雷电存在的形式除了可以直观表2雷击通信系统浪涌过电流的预期值感受到的发光、发热、发声的雷电流以外，在雷电通信系统流形成的同时由于电磁效应还会产生雷电电磁脉直接和间接雷击服务设雷击建筑雷击建筑施物附近物冲。在当今信息化的时代，强大的雷电电磁脉冲是损害源损害源损害源损害源造成电子设备损坏的重要原因，可导致各种微电子LPLS3(直接雷S4(间接雷S2(感应S1(感应电击)击)电流)流)设备的运行失效甚至损坏，成为威胁航空航天、国电流波形：电流波形电流波形电流波形：防军事、铁路运输、计算机与通信等领域的一大公10/35

3、0μs8/20μs8/20μs8/20μs(kA)(kA)(kA)(kA)害。本文以磁屏蔽内容为主，介绍雷电电磁脉冲的III-IV10.0350.15防护。II1.50.0850.157.5I20.1600.2101、雷电电磁脉冲（LEMP）的特性表1和表2是雷击低压系统、通信系统的浪涌雷电电磁脉冲（LEMP）是由雷电流的电磁效过电流预期值，其中S3（直接雷击）是雷电直接击应产生，它包括传导浪涌和辐射脉冲电磁场辐射作在了连接建筑物的线路上，在线路的两个方向上均用。传导浪涌又会在附近回路中产生感应电压；辐有分流，与此同时，强大的直接雷击电流会产生强射脉冲磁场干扰附近电气电子设备正常工作。大

4、的电磁场，在线路上再次产生浪涌，造成叠加性的伤害。1.1传导浪涌1.2辐射电磁场雷电流是雷电造成各种损害的损害源，它表现为以下四种情况：S1：雷击建筑物；S2：雷击建筑1.2.1附近雷击时LPZ1格栅形空间屏蔽物附近；S3：雷击连接到建筑物的线路；S4：雷击如图1所示为附近雷击时的情况。LPZ1屏蔽连接到建筑物的线路附近。雷电流通过这四种形式空间周围的入射场可以近似地当作平面波。在线路中产生传导浪涌。表1雷击低压系统浪涌过电流的预期值低压系统雷击建筑雷击建筑直接和间接雷击服务设施LPL物附近物损害源损害源损害源损害源S3(直接雷S4(间接雷S2(感应S1(感应电击)击)电流)流)注：距离

5、dr和dw取决于所确定的点位置。图2雷闪击时磁场值估算在LPZ1内部任意点上的磁场强度H1为：H1=kh×I0×wm/(dw×√dr)（A/m）1.4式式中：图1附近雷击时磁场值的估算dr（m）——所确定的点与LPZ1屏蔽中屋顶的已知栅格型空间屏蔽对平面波的屏蔽系数SF最短距离；由下式计算：dw（m）——所确定的点与LPZ1屏蔽中墙的最短距离；20×log(8.5/wm)（dB）1.1式I0（A）——LPZ0A的雷电流；式中wm为格栅型空间屏蔽的网格宽度（m）kh（1/√m）——结构系数，典型值kh=0.01；初始入射的磁场H0可用下式计算：wm(m)——LPZ1屏蔽的网格宽度。H0=I

6、0/(2·π·sa)（A/m）1.2式示例：式中：同样给出一个L×W×H=10×10×10的铜质格栅I0（A）——LPZ0A的雷击电流；屏蔽体，其平均网格宽度wm=2m，取I0/max=100kA，sa（m）——从雷击点到屏蔽空间中心的距离。且取离屋顶距离为高度的一半：dr=H/2。离墙的距图1在LPZ1内部的磁场从H0减小到H1可以离为长度的一半：dw=L/2（安全空间的中心）或等用1.1式计算得到的屏蔽系数SF来进行推导：于：dw=ds/1（安全距离2m），计算得：SF/20H1/max=H0/max/10（A/m）1.3式H1/max（中心）=179A/m式中：H1/max（dw=

7、ds/1）=447A/mSF(dB)——由1.1式计算的屏蔽系数；1.2.3分析H0/max(A/m)——LPZ0内的磁场。示例：当磁场强度到达191A/m时，其对于计算机等给出一个L×W×H=10×10×10的铜质格栅屏蔽微电子设备的危害即是永久性的。由1.2.2计算示体，其平均网格宽度wm=2m，由1.1式计算屏蔽系例和下图3可知，屏蔽体内越靠近中心位置磁场强数SF=12.6dB，当I0/max=100kA时，可得计算结果：度越