電源濾波器核電磁脈沖防護性能測試方法研究
為充分發(fā)揮開放型、平臺型學(xué)術(shù)組織的作用，為了增強各專委會之間的相互交流與合作，進一步促進學(xué)術(shù)交流，由四川省電子學(xué)會主辦，電磁脈沖與雷電防護技術(shù)專業(yè)委員會承辦的電子版《電磁脈沖與雷電防護》論文選編將陸續(xù)推出，以供大家學(xué)習(xí)參考。同時歡迎各專委會推薦好文，協(xié)辦參與。歡迎大家多提寶貴意見。
作者:中國電子技術(shù)標準化研究院 胡景森
摘要
介紹了核電磁脈沖（NEMP，以下簡稱電磁脈沖）防護電源濾波器基本工作原理和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，重點闡述了電磁脈沖防護濾波器防護性能電流脈沖注入（PCI）測試方法，包括測試原理、測試布置、測試過程和注入方式選擇，并對 PCI 測試方法進行了驗證。
關(guān)鍵詞
電源濾波器；電磁脈沖；防護；PCI 測試方法
1電磁脈沖傳導(dǎo)環(huán)境特性
核武器爆炸時，按其形成機理、時間、波形劃分為早期電磁脈沖、中期電磁脈沖和晚期電磁脈沖。早期高空電磁脈沖峰值電場強度的典型值超過50kV/m，上升時間為幾個納秒，持續(xù)時間小于100ns，波阻抗為377Ω ；中期電磁脈沖持續(xù)時間為100ns 到幾十毫秒之間，其地面峰值電場強度在10V/m 到幾百伏/米。晚期高空電磁脈沖在地表產(chǎn)生的場強一般為幾十毫伏/米，上升時間約為幾秒，脈沖持續(xù)時間數(shù)百秒。
在早期電磁脈沖階段，電磁脈沖通過與天線和其他暴露線（如電源線、電話線等）耦合產(chǎn)生傳導(dǎo)環(huán)境，其地上電纜最大可產(chǎn)生4000A（電纜長度大于200m，波形10/100ns，源阻抗400Ω）的短路電流，地下電纜可產(chǎn)生400A（電纜長度大于10m，波形25/500ns，源阻抗50Ω）的短路電流。中期電磁脈沖只能有效耦合到長度超過1km 的導(dǎo)體，主要受耦合的外部導(dǎo)體是電源線和通信線，其地上電纜最大可產(chǎn)生800A（電纜長度大于10000m，波形25/1500ns，源阻抗400Ω）的短路電流，地下電纜可產(chǎn)生450A（電纜長度大于1000m，波形 25/1500ns，源阻抗50Ω）的短路電流。對于晚期電磁脈沖，短路電流計算復(fù)雜，在GB/T18039.8-2012《電磁兼容環(huán)境高空核電磁脈沖（HEMP）環(huán)境描述傳導(dǎo)騷擾》中給出特定條件下，10km 長度的電纜可產(chǎn)生1600A 的短路電流。
2電源濾波器電磁脈沖防護技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
電磁脈沖作用范圍廣（爆炸高度為 500km 時，可輻照整個中國大陸），峰值電流高（可達數(shù)千安培），對電子電氣設(shè)備的潛在威脅巨大。國內(nèi)外對其防護技術(shù)和防護要求的研究從未停止，并從軍事領(lǐng)域向重要民用設(shè)施擴展。國際上，最早提出并制定電磁防護要求與試驗方法的是美國軍方，代表性標準有 MIL-STD-464《 系 統(tǒng) 電 磁 環(huán) 境 效 應(yīng) 要 求 》、MIL-STD-188-125《陸基 C4I 關(guān) 鍵 設(shè) 施 高 空 電 磁 脈 沖 防 護 》 等。從 上 世 紀九十年代起，國際電工委員會（IEC）開始制定有關(guān)民用領(lǐng)域的電磁脈沖標準，包括傳導(dǎo)環(huán)境和輻射環(huán)境標準、試驗方法標準、安裝與調(diào)試指南等。國內(nèi)也對 應(yīng) 制 定了 相 關(guān) 標 準， 如 GB/T18039.8-2012、GB/T17799.5-2012《電磁兼容通用標準室內(nèi)設(shè)備高空電磁脈沖（HEMP）抗擾度》、GJB1389A-2005《系統(tǒng)電磁兼容性要求》、GJB3622-1999《通信和指揮自動化地面設(shè)施對高空核電磁脈沖的防護要求》等。
標準的發(fā)展帶動了電磁脈沖防護技術(shù)的發(fā)展。用于電磁脈沖防護的屏蔽技術(shù)日趨成熟，屏蔽設(shè)施 ( 如屏蔽室、屏蔽方艙、屏蔽機房等 ) 在軍、民領(lǐng)域應(yīng)用需求旺盛。屏蔽設(shè)施理論上應(yīng)該是一個連續(xù)的電導(dǎo)體，而實際上由于需要解決供電和信號傳輸問題，無法避免地引入“電不連續(xù)點”。隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，利用“截止波導(dǎo)”理論和光電轉(zhuǎn)換裝置，在切斷電磁脈沖傳輸通路的同時傳輸小功率信號已經(jīng)成為可能。但供電系統(tǒng)由于功率高，現(xiàn)有光電轉(zhuǎn)化技術(shù)還無法實現(xiàn)電能量的轉(zhuǎn)換與傳輸。因此，電磁脈沖防護電源濾波器是屏蔽設(shè)施設(shè)計、建造的一個關(guān)鍵器件，其防護性能對設(shè)施的整體性能至關(guān)重要。
國外廠家已經(jīng)研制多種規(guī)格、適用于不同標準和不同場合的電磁脈沖防護電源濾波器產(chǎn)品，市場規(guī)模達到數(shù)億美元；國內(nèi)相關(guān)單位、廠家也有研制，但尚未形成市場規(guī)模。
作者:中國電子技術(shù)標準化研究院 胡景森
摘要
介紹了核電磁脈沖（NEMP，以下簡稱電磁脈沖）防護電源濾波器基本工作原理和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，重點闡述了電磁脈沖防護濾波器防護性能電流脈沖注入（PCI）測試方法，包括測試原理、測試布置、測試過程和注入方式選擇，并對 PCI 測試方法進行了驗證。
關(guān)鍵詞
電源濾波器；電磁脈沖；防護；PCI 測試方法
1電磁脈沖傳導(dǎo)環(huán)境特性
核武器爆炸時，按其形成機理、時間、波形劃分為早期電磁脈沖、中期電磁脈沖和晚期電磁脈沖。早期高空電磁脈沖峰值電場強度的典型值超過50kV/m，上升時間為幾個納秒，持續(xù)時間小于100ns，波阻抗為377Ω ；中期電磁脈沖持續(xù)時間為100ns 到幾十毫秒之間，其地面峰值電場強度在10V/m 到幾百伏/米。晚期高空電磁脈沖在地表產(chǎn)生的場強一般為幾十毫伏/米，上升時間約為幾秒，脈沖持續(xù)時間數(shù)百秒。
在早期電磁脈沖階段，電磁脈沖通過與天線和其他暴露線（如電源線、電話線等）耦合產(chǎn)生傳導(dǎo)環(huán)境，其地上電纜最大可產(chǎn)生4000A（電纜長度大于200m，波形10/100ns，源阻抗400Ω）的短路電流，地下電纜可產(chǎn)生400A（電纜長度大于10m，波形25/500ns，源阻抗50Ω）的短路電流。中期電磁脈沖只能有效耦合到長度超過1km 的導(dǎo)體，主要受耦合的外部導(dǎo)體是電源線和通信線，其地上電纜最大可產(chǎn)生800A（電纜長度大于10000m，波形25/1500ns，源阻抗400Ω）的短路電流，地下電纜可產(chǎn)生450A（電纜長度大于1000m，波形 25/1500ns，源阻抗50Ω）的短路電流。對于晚期電磁脈沖，短路電流計算復(fù)雜，在GB/T18039.8-2012《電磁兼容環(huán)境高空核電磁脈沖（HEMP）環(huán)境描述傳導(dǎo)騷擾》中給出特定條件下，10km 長度的電纜可產(chǎn)生1600A 的短路電流。
2電源濾波器電磁脈沖防護技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
電磁脈沖作用范圍廣（爆炸高度為 500km 時，可輻照整個中國大陸），峰值電流高（可達數(shù)千安培），對電子電氣設(shè)備的潛在威脅巨大。國內(nèi)外對其防護技術(shù)和防護要求的研究從未停止，并從軍事領(lǐng)域向重要民用設(shè)施擴展。國際上，最早提出并制定電磁防護要求與試驗方法的是美國軍方，代表性標準有 MIL-STD-464《 系 統(tǒng) 電 磁 環(huán) 境 效 應(yīng) 要 求 》、MIL-STD-188-125《陸基 C4I 關(guān) 鍵 設(shè) 施 高 空 電 磁 脈 沖 防 護 》 等。從 上 世 紀九十年代起，國際電工委員會（IEC）開始制定有關(guān)民用領(lǐng)域的電磁脈沖標準，包括傳導(dǎo)環(huán)境和輻射環(huán)境標準、試驗方法標準、安裝與調(diào)試指南等。國內(nèi)也對 應(yīng) 制 定了 相 關(guān) 標 準， 如 GB/T18039.8-2012、GB/T17799.5-2012《電磁兼容通用標準室內(nèi)設(shè)備高空電磁脈沖（HEMP）抗擾度》、GJB1389A-2005《系統(tǒng)電磁兼容性要求》、GJB3622-1999《通信和指揮自動化地面設(shè)施對高空核電磁脈沖的防護要求》等。
標準的發(fā)展帶動了電磁脈沖防護技術(shù)的發(fā)展。用于電磁脈沖防護的屏蔽技術(shù)日趨成熟，屏蔽設(shè)施 ( 如屏蔽室、屏蔽方艙、屏蔽機房等 ) 在軍、民領(lǐng)域應(yīng)用需求旺盛。屏蔽設(shè)施理論上應(yīng)該是一個連續(xù)的電導(dǎo)體，而實際上由于需要解決供電和信號傳輸問題，無法避免地引入“電不連續(xù)點”。隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，利用“截止波導(dǎo)”理論和光電轉(zhuǎn)換裝置，在切斷電磁脈沖傳輸通路的同時傳輸小功率信號已經(jīng)成為可能。但供電系統(tǒng)由于功率高，現(xiàn)有光電轉(zhuǎn)化技術(shù)還無法實現(xiàn)電能量的轉(zhuǎn)換與傳輸。因此，電磁脈沖防護電源濾波器是屏蔽設(shè)施設(shè)計、建造的一個關(guān)鍵器件，其防護性能對設(shè)施的整體性能至關(guān)重要。
國外廠家已經(jīng)研制多種規(guī)格、適用于不同標準和不同場合的電磁脈沖防護電源濾波器產(chǎn)品，市場規(guī)模達到數(shù)億美元；國內(nèi)相關(guān)單位、廠家也有研制，但尚未形成市場規(guī)模。
