GB/T 18039.8-2012 电磁兼容 环境 高空核电磁脉冲(HEMP)环境描述 传导骚扰
GB/T 18039.8-2012 Electromagnetic compatibility—Environment—Description of HEMP environment—Conducted disturbance
基本信息
发布历史
-
2012年11月
研制信息
- 起草单位:
- 解放军理工大学工程兵工程学院
- 起草人:
- 高成、周璧华、苏丽媛、石立华、李炎新、陈彬
- 出版信息:
- 页数:30页 | 字数:56 千字 | 开本: 大16开
内容描述
ICS33.100.01
L06
中华人民共和国国家标准
/—/:
GBT18039.82012IEC61000-2-101998
电磁兼容环境
高空核电磁脉冲()环境描述
HEMP
国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页
传导骚扰
——
ElectromaneticcomatibilitEnvironment
gpy
—
DescritionofHEMPenvironment
p
Conducteddisturbance
(:,)
IEC61000-2-101998IDT
2012-11-05发布2013-02-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
发布
中国国家标准化管理委员会
/—/:
GBT18039.82012IEC61000-2-101998
目次
前言…………………………Ⅰ
1范围和目的………………1
2规范性引用文件…………………………1
3总论………………………1
4术语和定义………………2
、
5HEMP环境描述传导参数……………4
5.1引言…………………4
5.2早期HEMP外部传导环境………………………5
5.3中期HEMP外部传导环境………………………6
5.4晚期HEMP外部传导环境………………………7
5.5天线电流……………8
5.6HEMP内部传导环境……………11
()
附录A资料性附录关于早期HEMP对长线耦合的讨论…………13
A.1架空线……………13
A.2埋地线的耦合……………………14
国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页
A.3参考文献…………………………15
()
附录B资料性附录关于中期HEMP对长线耦合的讨论…………16
B.1架空线……………16
B.2埋地线……………16
()
附录C资料性附录简单线性天线对IEC早期HEMP环境的响应………………17
C.1引言………………17
C.2IEC早期HEMP环境……………17
C.3天线响应的计算…………………19
C.4计算结果…………………………20
C.5小结………………21
C.6参考文献…………………………26
()…………
附录资料性附录电话交换间内电缆的感应电流测量值7
D2
D.1参考文献…………………………27
/—/:
GBT18039.82012IEC61000-2-101998
前言
/《》:
电磁兼容环境分为以下几个部分
GBT18039
/—电磁兼容环境电磁环境的分类
GBZ18039.12000
/—电磁兼容环境工业设备电源低频传导骚扰发射水平的评估
GBZ18039.22000
/—电磁兼容环境公用低压供电系统低频传导骚扰及信号传输的兼容
GBT18039.32003
水平
/—电磁兼容环境工厂低频传导骚扰的兼容水平
GBT18039.42003
/—电磁兼容环境公用供电系统低频传导骚扰及信号传输的电磁环境
GBZ18039.52003
/—电磁兼容环境各种环境中的低频磁场
GBZ18039.62005
/—、
电磁兼容环境公用供电系统中的电压暂降短时中断及其测量统计
GBZ18039.72011
结果
/—电磁兼容环境高空核电磁脉冲()环境描述传导骚扰
GBT18039.82012HEMP
本部分为/的第部分。
GBT180398
本部分按照/—给出的规则起草。
GBT1.12009
:《电磁兼容():
本部分等同采用国际标准第部分环境高空核电
IEC61000-2-101998EMC2-10
磁脉冲()环境描述传导骚扰》。
HEMP
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Ⅰ
/—/:
GBT18039.82012IEC61000-2-101998
电磁兼容环境
高空核电磁脉冲()环境描述
HEMP
传导骚扰
1范围和目的
/的本部分规定了高空核电磁脉冲()传导环境,是高空核爆炸的系列效
GBT18039HEMPHEMP
。:
应之一研究这类课题要考虑两种情况
———高空核爆炸;
———低空核爆炸。
,。,、、
对民用系统来说两种情况之中最重要的是高空核爆炸高空核爆炸的特点是冲击波大地震动
,、
热辐射和核辐射等核爆炸的其他效应在地面上都不存在但是由核爆炸产生的电磁脉冲会造成通信电
,。
子和电力系统工作中断和损坏从而扰乱现代社会的稳定性
,,
本部分的目的是建立一个关于HEMP环境的共同标准以便从中确定真实的电磁骚扰环境用于
评估受影响设备的性能。
2规范性引用文件
国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页
。,
下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文
。,()。
件凡是不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于本文件
/—电工术语电磁兼容(():,)
GBT43652003IEC600501611990IDT
:电磁兼容():()
IEC61000-2-91996第部分环境高空核电磁脉冲环境描
EMC2-9HEMP
述辐射骚扰(()—:—
ElectromaneticcomatibilitEMCPart2-9DescritionofHEMPenviroment
gpyp
)
Radiateddisturbance
:():
电磁兼容第部分试验和测量技术传导骚扰保护
IEC61000-4-241997EMC4-24HEMP
装置的试验方法(()—:
ElectromaneticcomatibilitEMCPart4-24Testinandmeasurementtech
gpyg-
—)
niuesTestmethodsforrotectivedevicesforHEMPconducteddisturbance
qp
3总论
,球表面观察到的有三种类型:
距地面30km以上高空核爆炸产生的电磁脉冲在地
———();
早期HEMP快
———();
中期HEMP中
———()。
晚期HEMP慢
,,“”。“”
过去人们把注意力集中在早期HEMP上将其简称为HEMP但是本部分中所用高空EMP
“”,。(),
或HEMP一词则包括上述三种类型核电磁脉冲NEMP一词则涵盖了各类核电磁脉冲其中包括
地面爆炸产生的源区电磁脉冲(—)和空间产生的系统电磁脉冲(—
SREMPSourceReionEMPSGEMP
g
SstemGeneratedEMP)。
y
1
/—/:
GBT18039.82012IEC61000-2-101998
,、、
因为是由高空核爆炸产生的所以在地面上观测不到诸如射线热辐射冲击波等其他核
HEMPγ
。
武器效应关于的报道是由于世纪年代初美国在南太平洋进行的高空核爆试验对远离
HEMP2060
爆点的电子设备产生了效应。
(、)、
本部分阐述了在金属导线诸如电缆输电线上设备内部和外部的线路以及外部天线上感应出的
传导型HEMP环境。
4术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
4.1
垂直面上的仰角anleofelevationintheverticallane
gp
Ψ
()。
Ψ角是在垂直面上地平面和传播矢量方向之间的夹角见图1
国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页
、
图仰角方位角和极化方向的几何关系
1ΨΦ
4.2
方位角azimuthanle
g
Φ
()。
传播矢量在地平面上的投影与受作用系统主轴的夹角图中传输线的轴
HEMP1z
4.3
合成波comositewaveform
p
从一批波形中将重要参数各取其最大值合成得到的波形。
4.4
耦合coulin
pg
。
HEMP场作用于系统时在系统表面和电缆上产生电流和电压的过程而由感应电荷产生电压仅
在低频即波长大于系统表面或缝隙尺寸时才有定义。
4.5
电磁波的传播方向directionofroaationoftheelectromaneticwave
ppgg
,()。
传播矢量k的方向垂直于由电场矢量和磁场矢量构成的平面见图2
2
/—/:
GBT18039.82012IEC61000-2-101998
图平面波定义中的几何关系
2
4.6
、、
EEE
123
、、。
早期中期晚期HEMP电场的专用术语
4.7
EMP
电磁脉冲的统称。
4.8
地磁倾角eomaneticdianle国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页
ggpg
θ
di
p
地磁场磁通量密度矢量,。
Be的倾角是测得的地磁场磁通量密度方向与当地水平面之间的夹角
,;,()。
在地磁北极θ=90°在地磁南极θ=-90°见图3
didi
pp
图地磁倾角
3
4.9
HEMP
高空核爆炸产生的电磁脉冲。
4.10
高空核爆炸hih-altitude()
gnuclearexlosion
p
爆高超过30km的核爆炸。
3
/—/:
GBT18039.82012IEC61000-2-101998
4.11
水平极化horizontalolarization
p
,(),
当电磁波的磁场矢量位于入射面内电场矢量垂直于入射面因而平行于地面时称为水平极化
()。()。
见图1这种极化也称正交极化或称这种电磁波为横电TE波
4.12
入射面incidencelane
p
传播矢量k和入射点的地面法向所组成的平面。
4.13
低空核爆炸()
low-altitudenuclearexlosion
p
爆高在1km以下的核爆炸。
4.14
NEMP
;。
核电磁脉冲所有核爆炸产生的电磁脉冲
4.15
进入点()
oint-of-entrPoE
py
,。
在尚未提供足够防护装置的情况下电磁阻挡层上电磁能量进出的实体位置一个进入点并不限
。。,、
于一个几何点按照进入的类型可分为孔缝进入点或传导进入点也可按照它们的功能分为建筑机
、。
械结构或电气进入点
4.16
脉冲宽度ulsewidth
p
,。
除非另有规定系指脉冲前沿和后沿上瞬时值为其峰值一半的两个点之间的时间间隔
4.17国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页
整流冲击量()
rectifiedimulseRI
p
时域波形幅度的绝对值在指定时间间隔内的积分。
4.18
脉冲上升时间()
risetimeulse
p
,,
除非另有规定系指脉冲瞬时幅度首次达到指定的低值和高值即峰值的和的两个点之
10%90%
间的时间间隔。
4.19
短路电流short-circuitcurrent
。。
当电路输出端被短路时的电流值通常是在检验浪涌抑制器的性能时关注这种电流
4.20
源阻抗sourceimedance
p
能源对设备或网络的输入端呈现的阻抗。
4.21
垂直极化
(),
当电磁波的电场矢量位于入射面内而磁场矢量与入射面垂直因而平行于地面时称为垂直极化
()。()。
见图1这种极化也称平行极化或称这种电磁波为横磁TM波
、
5HEMP环境描述传导参数
5.1引言
IEC61000-2-9中的描述的由高空核爆炸产生的电磁场能够在所有的金属结构上感应出电流和电
4
/—/:
GBT18039.82012IEC61000-2-101998
。,。,,
压这些在导体内传播的电流和电压称为传导环境这就是说传导环境是二次现象是伴随辐射场
产生的后果。
(、、、)。,
所有的金属结构即电线导体管道导管等都要受到HEMP的影响传导环境应当引起重视
、。
因为它能通过信号线电源线和接地线将HEMP能量引至敏感电子器件上对于建筑物或任何其他包
,:。,
壳导体必须区分为性质各异的两类外导体和内导体这种分类看上去简单但根据本部分中所提供
,。
的资料具有关键意义
。,,
这两类导体的不同之处在于其所在处的电磁环境大相径庭一般来说外导体是位于建筑物外完
。、、。
全暴露在HEMP环境中这类导体包括输电线金属通信线天线电缆以及输送水和气的金属管道
,。
在本部分涉及的场合它们或架设在地面上方或埋设于地下内导体则是指位于部分或完全屏蔽的建
,。,
筑物内的导体建筑物内的HEMP场已被衰减这是一种非常复杂的情况虽然可从HEMP模拟试验
,,,
中得到一些测量数据但由于建筑物的屏蔽HEMP场的波形将被显著改变因此对于建筑物内导体和
电缆的耦合问题很难计算。
,、、
本部分中外部传导环境的通用模式是用简化的导体形状和早中晚期HEMP标准波形进行计算
。,
的这些传导型外部环境一般被用来评估建筑物外面的防护装置的性能由于电信和电源系统的多样
,。,,
性这里对变压器和电话分线盒的作用不做考虑这样处理得到的波形虽是近似的但完全是确定的
。,,
是以标准化方法对外导体上的防护元件进行检测所需要的波形对于内部导体也确定了一种方法用
。,。
来评估适用于设备检测的传导环境对于非屏蔽多芯电线我们假定线到地的电流等于共模电流
5.2早期HEMP外部传导环境
,、
对于早期的HEMP其高幅值的电场能有效地耦合进天线以及诸如输电线电话线一类暴露的任
国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页
。,。,
何导线天线耦合机制极具多样性它取决于天线设计的细节在许多场合下适合于采用连续波对天
,。算细天
线进行测试并用卷积方法将天线响应函数与入射HEMP环境结合起来我们也提供了一些计
()。,,
线响应的简单方程式见5.5对于长线有可能完成一组综合性通用模式的计算其计算结果是可靠
,。、()(
的而且只依赖少量几个参数这些参数包括导体的长度暴露的状况地上或埋于地下和地表深度
)。,(),
在5m以内电导率此外因为HEMP耦合取决于仰角和极化方式见图1所以有可能从统计的角
度来分析产生特定大小电流的概率。
()
表给出了导线上耦合的共模短路电流的计算值和戴维南等效源阻抗用来确定开路电压随严重
1
、。、
程度导体长度和大地电导率变化的函数关系这些结果适用于裸导线架空绝缘电线和屏蔽电缆或同
。,
轴传输线的外导体上的共模电流对于屏蔽电缆应当用实测的或规定的电缆传递阻抗来确定其内导
。,
体上的电流和电压虽然由于暴露部分的形状大小不同会使波形产生不同的变化但是仍然规定了一
。()(),
个时域波形用于对线缆的评估该波形是用上升时间10%~90%和脉宽半峰值宽度来规定的若
,/。
把上升时间和脉宽放在一起表达常写为ΔtΔt
rpw
,,。
在表中的严重程度是指所产生的电流都将小于这个值埋地导线电流计算值随入
199%99%
,,(,),
射角变化很小这意味着一个很宽的概率分布严重程度从到其差别都很小因而没采用
10%90%
。,,
严重程度而以不同的大地电导率来展现的变化关于表的适用范围凡架空导线高于者埋
Ik15m
p
(),。()
地导线略高于地表者和低于地面时是准确的对于高度低于的
h<30cmIk5m0.3m<h<5m
p
,。,
导线可用表中的值通过线性内插求得对于从架空线以绝缘状态转入地下的情况电流波形初始段
1
,,,。。
与波形相似并随埋深而减小直至埋深增加到约变为波形这些波形的推导详见附录
120m2A
5
/—/:
GBT18039.82012IEC61000-2-101998
()
表1早期HEMP传导共模短路电流包括时间特性和峰值电流Ik
p
、、的变化
随严重程度导体长度大地电导率
Lσ
g
表)架空长导体
1a
/
IA
严重程度pk
*
()
%L>200m100m≤L≤200mL<100m
505005005.0×L
9015007.5×L7.5×L
99400020×L20×L
*
电流小于表中数值的百分比。
:/;:。
波形110100ns源阻抗Zs=400Ω
表)埋地长导体
1b
/
IA
pk
/(/)
σSm
g
所有长度>10m
-2
10200
-3300
10
-4
10国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页400
:/;:。
波形225500ns源阻抗Z=50Ω
S
5.3中期HEMP外部传导环境
。
中期HEMP环境只能对长度超过1km的长导体产生有效的耦合因而这里主要关注输电线和
。,
通信线之类的外导体因为这种环境的脉冲宽度远远大于早期的HEMP环境所以仰角对耦合影响很
。。,
小这意味着统计变化规律没有在早期HEMP耦合中那么重要另一方面除对埋地线外大地电导率
。。
对架空线的影响也很重要详见附录B
()。
表给出了外部传导环境随线路长度和大地电导率至深度的变化关系
21km
()
表2中期HEMP传导共模短路传导电流包括时间特性和峰值电流Ik
p
、
随导体长度大地电导率的变化
Lσ
g
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