淺析通信供電系統(tǒng)對高功率電磁脈沖的防護

丁強 李天明

【摘要】 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電子電源設(shè)備對高功率電磁脈沖承受能力和耐噪聲能力不斷下降，電力線路或電源設(shè)備受高功率電磁脈沖沖擊破壞風(fēng)險加大。本文從雷暴雨、高空核爆炸、高能微波武器入手，分析了高功率電磁脈沖的產(chǎn)生與危害，提出了通信供電系統(tǒng)安全防護的措施。

【關(guān)鍵字】 通信供電系統(tǒng) 高功率電磁脈沖 防護

一、高功率電磁脈沖的產(chǎn)生與危害

1、高功率電磁脈沖的產(chǎn)生。高功率電磁脈沖產(chǎn)生源目前有三種：一是最常見的雷暴雨，它是帶有不同電荷的雷云之間或雷云與大地凸出物之間相互接近，其電場強度超過25～30KV/cm時，空氣絕緣會因被擊穿而劇烈放電，出現(xiàn)耀眼強光，同時強大的放電電流所產(chǎn)生的高達2000℃高溫，周圍空氣或其它介質(zhì)急劇膨脹，強大的雷電流產(chǎn)生強烈的電磁效應(yīng)，形成輻射場。二是高空核爆炸，它是高功率超寬帶電磁式武器輻射。是利用了核裂變形成五大危害之一電磁沖擊波產(chǎn)生的強大的電磁脈沖，可瞬間摧毀或使遠方地區(qū)電子設(shè)備失靈一段時間。這在冷戰(zhàn)時期前蘇聯(lián)核試驗中影響到美國西部地區(qū)得到了驗證。高空核爆炸電磁脈沖（HEMP）屬高功率電磁脈沖。三是高功率脈沖高能微波武器。這種新式武器是利用定向發(fā)射的高功率微波去損壞電子設(shè)備的一種定向能武器，其輻射頻率一般在1～100GHZ，功率可達100MW～100GW，脈沖寬度1us左右。其特征是：將高功率微波源產(chǎn)生的微波經(jīng)高增益定向天線向空間發(fā)射出，形成功率高，能量集中且具有方向性的微波射束，能夠破壞敵方電子設(shè)備的元器件，從而起到破壞其正常工作能力。

2、高功率電磁脈沖的危害。1）引起電氣設(shè)備內(nèi)絕緣內(nèi)擊穿和外絕緣閃絡(luò)。高功率電磁脈沖感應(yīng)過電壓侵入變壓器。可能引起變壓器繞組間絕緣擊穿。通過變壓器高壓側(cè)耦合到低壓側(cè)的過電壓仍有很高的數(shù)值，會引起低壓電氣設(shè)備，特別是測量，保護等二次設(shè)備絕緣的損壞。產(chǎn)生強大電磁場，使附近線纜和導(dǎo)電設(shè)備出現(xiàn)閃電的特征。2）引起保護裝置誤動作，造成停電、解列等事故。隨著電子器件、微型計算機等微電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，這一危害日益嚴重。3）浪涌電流使地電位上升，對通信系統(tǒng)的造成強干擾。

二、通信供電系統(tǒng)對高功率電磁脈沖的防護

1、采用直埋電纜。它是實施供電系統(tǒng)對核武器電磁脈沖防護的一項重要措施。

2、加強絕緣和采用不平衡絕緣措施。在雷電活躍地區(qū)，加強絕緣指利用不平衡絕緣方式，在受到雷擊次數(shù)較多的地段、大跨越和變電站進線段，可采用增加絕緣片數(shù)方式，提升絕緣性。另外，對于同塔雙回線路，在其中一回線路加裝絕緣子片數(shù)，也能減少雙回線路同時閃絡(luò)的概率。

3、采用屏蔽技術(shù)。通信供電系統(tǒng)由于大量使用電子器件，特別是智能控制技術(shù)等廣泛應(yīng)用。因此，二次設(shè)備的核武器電磁脈沖防護，既要限制線路上的過電壓，也要使空間的電磁環(huán)境滿足要求。使用屏蔽系統(tǒng)，如所有導(dǎo)線經(jīng)由電纜屏蔽槽或穿屏蔽金屬管引入，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與計算機等置入屏蔽室。其中屏蔽機房中電源濾波器的選擇尤其重要，必須按技術(shù)規(guī)范接入電源濾波器，否則達不到屏蔽效果。

4、安裝避雷器（SPD）。防護雷電過電壓和HEMP過電壓。在變壓器前、低壓配電屏和交流直流配電柜（箱）按分斷能力設(shè)三級避雷器。配合原則為：（1）供助于限壓型避雷器具有的穩(wěn)壓限流特性，不加任何去耦元件（如電感L）。（2）是采用電感或電阻作為去耦元件（可分立或采用防雷區(qū)設(shè)備間的電纜具有的電阻和電感），電感用于電源系統(tǒng)，電阻用于通信系統(tǒng)。一般選用10KV普通閥式避雷器和氧化鋅避雷器（MOA）均可防護雷電過電壓和HEMP過電壓，后者是作為防雷和防核電磁脈沖的電壓限幅器，是防護HEMP過電壓的最佳選擇。10/0.4KV配電變壓器作為10KV市電供電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，是核電磁脈沖防護的重點對象。

5、采用聯(lián)合接地和等電位聯(lián)結(jié)。聯(lián)合接地是指將工作接地、保護接地、防雷接地等各種接地連接在一起的接地。聯(lián)合接地可組成低接地電阻值的均壓網(wǎng)，具有以下優(yōu)點：（1）地電位均衡，同層各地線系統(tǒng)電位大體相等，消除危及設(shè)備的電位差。（2）公共接地母線為全局建立了基準零電位點。（3）消除了地線系統(tǒng)的干擾。（4）電磁兼容性能變好。

等電位聯(lián)結(jié)主要是從人的安全角度考慮。分總等電位聯(lián)結(jié)（MSN）和局部等電位聯(lián)結(jié)（LEB）。高功率電磁脈沖條件下，人體接觸的設(shè)備與地面間可能存在很高的電壓差，給人造成傷害?？偟入娢宦?lián)結(jié)是大范圍的等電位，該電位與大地電位相等，其作用是降低建筑物內(nèi)間接接觸電壓和不同金屬部件間的電位差，并消除自建筑物外經(jīng)電氣線路和各種金屬管道引入的危險故障電壓的危害。而局部等電位聯(lián)結(jié)是小范圍的等電位，是指在伸臂范圍內(nèi)的某些外露可導(dǎo)電部分與裝置外可導(dǎo)電部分之間，再用導(dǎo)線附加連接，以7使其間的電位相等或更接近，實際上的作用就是在一個人體可觸及的小范圍內(nèi)制造一個等電位環(huán)境，至于它是否和建筑的基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)聯(lián)結(jié)并不十分重要，該電位不一定為地電位，局部等電位聯(lián)結(jié)作用范圍越小越安全，一般鋼筋網(wǎng)焊成0.6×0.6網(wǎng)格，這樣人體承受的跨步電壓低。兩者不應(yīng)混同。

參 考 文 獻

[1]周鶴良主編 電器工程師手冊 北京：中國電力出版社，2011。

[2]王汝群等編著 戰(zhàn)場電磁環(huán)境 北京：解放軍出版社，2006。