浅析通信供电系统对高功率电磁脉冲的防护

丁强 李天明

【摘要】 随着电力电子技术的发展，电子电源设备对高功率电磁脉冲承受能力和耐噪声能力不断下降，电力线路或电源设备受高功率电磁脉冲冲击破坏风险加大。本文从雷暴雨、高空核爆炸、高能微波武器入手，分析了高功率电磁脉冲的产生与危害，提出了通信供电系统安全防护的措施。

【关键字】 通信供电系统 高功率电磁脉冲 防护

一、高功率电磁脉冲的产生与危害

1、高功率电磁脉冲的产生。高功率电磁脉冲产生源目前有三种：一是最常见的雷暴雨，它是带有不同电荷的雷云之间或雷云与大地凸出物之间相互接近，其电场强度超过25～30KV/cm时，空气绝缘会因被击穿而剧烈放电，出现耀眼强光，同时强大的放电电流所产生的高达2000℃高温，周围空气或其它介质急剧膨胀，强大的雷电流产生强烈的电磁效应，形成辐射场。二是高空核爆炸，它是高功率超宽带电磁式武器辐射。是利用了核裂变形成五大危害之一电磁冲击波产生的强大的电磁脉冲，可瞬间摧毁或使远方地区电子设备失灵一段时间。这在冷战时期前苏联核试验中影响到美国西部地区得到了验证。高空核爆炸电磁脉冲（HEMP）属高功率电磁脉冲。三是高功率脉冲高能微波武器。这种新式武器是利用定向发射的高功率微波去损坏电子设备的一种定向能武器，其辐射频率一般在1～100GHZ，功率可达100MW～100GW，脉冲宽度1us左右。其特征是：将高功率微波源产生的微波经高增益定向天线向空间发射出，形成功率高，能量集中且具有方向性的微波射束，能够破坏敌方电子设备的元器件，从而起到破坏其正常工作能力。

2、高功率电磁脉冲的危害。1）引起电气设备内绝缘内击穿和外绝缘闪络。高功率电磁脉冲感应过电压侵入变压器。可能引起变压器绕组间绝缘击穿。通过变压器高压侧耦合到低压侧的过电压仍有很高的数值，会引起低压电气设备，特别是测量，保护等二次设备绝缘的损坏。产生强大电磁场，使附近线缆和导电设备出现闪电的特征。2）引起保护装置误动作，造成停电、解列等事故。随着电子器件、微型计算机等微电子设备在电力系统中的广泛应用，这一危害日益严重。3）浪涌电流使地电位上升，对通信系统的造成强干扰。

二、通信供电系统对高功率电磁脉冲的防护

1、采用直埋电缆。它是实施供电系统对核武器电磁脉冲防护的一项重要措施。

2、加强绝缘和采用不平衡绝缘措施。在雷电活跃地区，加强绝缘指利用不平衡绝缘方式，在受到雷击次数较多的地段、大跨越和变电站进线段，可采用增加绝缘片数方式，提升绝缘性。另外，对于同塔双回线路，在其中一回线路加装绝缘子片数，也能减少双回线路同时闪络的概率。

3、采用屏蔽技术。通信供电系统由于大量使用电子器件，特别是智能控制技术等广泛应用。因此，二次设备的核武器电磁脉冲防护，既要限制线路上的过电压，也要使空间的电磁环境满足要求。使用屏蔽系统，如所有导线经由电缆屏蔽槽或穿屏蔽金属管引入，系统网络设备与计算机等置入屏蔽室。其中屏蔽机房中电源滤波器的选择尤其重要，必须按技术规范接入电源滤波器，否则达不到屏蔽效果。

4、安装避雷器（SPD）。防护雷电过电压和HEMP过电压。在变压器前、低压配电屏和交流直流配电柜（箱）按分断能力设三级避雷器。配合原则为：（1）供助于限压型避雷器具有的稳压限流特性，不加任何去耦元件（如电感L）。（2）是采用电感或电阻作为去耦元件（可分立或采用防雷区设备间的电缆具有的电阻和电感），电感用于电源系统，电阻用于通信系统。一般选用10KV普通阀式避雷器和氧化锌避雷器（MOA）均可防护雷电过电压和HEMP过电压，后者是作为防雷和防核电磁脉冲的电压限幅器，是防护HEMP过电压的最佳选择。10/0.4KV配电变压器作为10KV市电供电系统的关键设备，是核电磁脉冲防护的重点对象。

5、采用联合接地和等电位联结。联合接地是指将工作接地、保护接地、防雷接地等各种接地连接在一起的接地。联合接地可组成低接地电阻值的均压网，具有以下优点：（1）地电位均衡，同层各地线系统电位大体相等，消除危及设备的电位差。（2）公共接地母线为全局建立了基准零电位点。（3）消除了地线系统的干扰。（4）电磁兼容性能变好。

等电位联结主要是从人的安全角度考虑。分总等电位联结（MSN）和局部等电位联结（LEB）。高功率电磁脉冲条件下，人体接触的设备与地面间可能存在很高的电压差，给人造成伤害。总等电位联结是大范围的等电位，该电位与大地电位相等，其作用是降低建筑物内间接接触电压和不同金属部件间的电位差，并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的危险故障电压的危害。而局部等电位联结是小范围的等电位，是指在伸臂范围内的某些外露可导电部分与装置外可导电部分之间，再用导线附加连接，以7使其间的电位相等或更接近，实际上的作用就是在一个人体可触及的小范围内制造一个等电位环境，至于它是否和建筑的基础钢筋网联结并不十分重要，该电位不一定为地电位，局部等电位联结作用范围越小越安全，一般钢筋网焊成0.6×0.6网格，这样人体承受的跨步电压低。两者不应混同。

参 考 文 献

[1]周鹤良主编 电器工程师手册 北京：中国电力出版社，2011。

[2]王汝群等编著 战场电磁环境 北京：解放军出版社，2006。