雷电间接效应试验与标准解析
雷电冲击试验分析
DL/T557《高压线路绝缘子陡波冲击耐受 试验》规定了线路绝缘子陡波冲击耐受试 验的标准冲击波形 （6）Tf=100~200毫微妙的陡波冲击波。 陡度2500KV/uS，最大输出电压幅值 500KV，适用于高压线路B型绝缘子陡波 冲击耐受试验。 JB5892《高压线路用有机复合绝缘子技 术条件》规定了有机复合绝缘子陡波冲击 耐受试验的标准冲击波形 （7）陡度大于1000KV/uS的陡波冲击波 最大输出电压幅值600KV，适用于高压线 路用有机复合绝缘子陡波冲击耐受试验。 DL474.6 《变压器操作波感应耐压试验》 规定了变压器操作波感应耐压试验的标准 冲击波形。 （8） Tcr＞100微妙，Tz＞1000微妙，Td （90）＞200微妙的操作波冲击波 适用电力变压器操作波感应耐压试验。
（1）
（2）
老试验站冲击等值电路
新试验站冲击等值电路
（3）
旧试验站球心放电原理：如图 第一步：1点充电为+U0，当球隙击穿时，1点电位降到0，2 点 电位由0变为-U0，那么第二个球隙两端的电位变成+UO-（U0） =2U0，肯定会导致第二个球隙击穿。 第二步：同样第二个球隙击穿后，4点电位由0变为-2U0，那 么第三个球隙两端的电位变成+UO-（-2U0）=3U0，肯定会导 致第三个球隙击穿。所以有n个球隙击穿后，就有n个U0，它输 出电压如8点就为-nU0，可见输出电压与充电电压极性相反。 这一系列过程可被概括成为“多级电容器并联充电，而后串 联放电，形成幅值很高的冲击电压波”。 从发生器同步原理分析： （1）当C2（即球隙之间电容）为零时，Ug2=2UO，可见过电压 倍数较高。 （2）当C1、C3（即回路中对地杂散电容）为零时，Ug2≈UO， 可见过电压倍数较低，g2就不可能击穿，所以杂散电容的存在 加强了冲击发生器同步动作的有利条件。
飞机雷电防护试验的有关标准
广电计量—环境可靠性与电磁兼容试验中心/1.FAR-25和CCAR-25FAR-25《美国联邦航空条例第25部：运输类飞机适航条例》是由美国FAA（联邦航空管理局）颁布的，其中“25.581 闪电防护”、“25.954 燃油系统的闪电防护”、“25.1316 系统闪电防护”与雷电防护有关，分别对结构部分、燃油系统及机载电子设备的雷电防护能力作了要求，但没有规定防护能力的验证方法。
CCAR-25是由中国民航总局颁布的运输类飞机适航条例，与FAR-25内容基本相同。
适航条例对飞机的雷电防护能力提出了要求，飞机获取适航证前，需验证这些能力，当不能满足任一条款对飞机雷电防护的安全性要求时，适航审查当局将拒发适航证，飞机也不得进入航线。
飞机雷电防护适航审查的符合性方法通常有分析计算法、类比法和地面模拟雷电试验法。
分析计算方法主要用于飞机某些能得出准确解得局部结构和部件的计算。
类比法主要是将外形、结构和用途都基本相同的飞机或结构与部件，与已通过适航审查的飞机或结构与部件进行比对，确实相同则可认为满足要求。
地面模拟雷电试验法，主要用于新机型的研制、设计和老机型的改进或改型设计。
由于飞机外形的不规则性及机械结构与电气电子系统的多样性与复杂性，电场与磁场的精确解非常困难，故上述方法中地面模拟雷电试验方法最有效。
目前国内进行地面模拟雷电试验可参考的标准主要有两个RTCA/DO-160和GJB3567A。
2.RTCA/DO-160RTCA/DO-160《机载设备环境条件与测试规程》是由RTCA（航空无线电技术委员会）下属的SC135特别委员会起草制定的。
DO-160的适用对象包括了所有的航空飞行器，从轻型到重型，从小型到大型，它提供了一整套实验室测试方法以判定被测对象在模拟的环境条件下是否满足规定的性能指标要求。
目前，RTCA/DO-160已更新至F版本（2007年12月发布）。
RTCA/DO-160中的第22节为“雷电感应瞬变敏感度”，第23节为“雷电直接效应”。
对DO160中雷电电缆束试验方法的探讨
雷击浪涌的防护解析
雷击浪涌的防护解析1、电子设备雷击浪涌抗扰度试验标准电子设备雷击浪涌抗扰度试验的国家标准为GB/T17626.5（等同于国际标准IEC61000-4-5 ）。
标准主要是模拟间接雷击产生的各种情况：（1）雷电击中外部线路，有大量电流流入外部线路或接地电阻，因而产生的干扰电压。
（2）间接雷击（如云层间或云层内的雷击）在外部线路上感应出电压和电流。
（3）雷电击中线路邻近物体，在其周围建立的强大电磁场，在外部线路上感应出电压。
（4）雷电击中邻近地面，地电流通过公共接地系统时所引进的干扰。
标准除了模拟雷击外，还模拟变电所等场合，因开关动作而引进的干扰（开关切换时引起电压瞬变），如：（1）主电源系统切换时产生的干扰（如电容器组的切换）。
（2）同一电网，在靠近设备附近的一些较小开关跳动时的干扰。
（3）切换伴有谐振线路的晶闸管设备。
（4）各种系统性的故障，如设备接地网络或接地系统间的短路和飞弧故障。
标准描述了两种不同的波形发生器：一种是雷击在电源线上感应生产的波形；另一种是在通信线路上感应产生的波形。
这两种线路都属于空架线，但线路的阻抗各不相同：在电源线上感应产生的浪涌波形比较窄一些（50uS），前沿要陡一些（1.2uS）；而在通信线上感应产生的浪涌波形比较宽一些，但前沿要缓一些。
后面我们主要以雷击在电源线上感应生产的波形来对电路进行分析，同时也对通信线路的防雷技术进行简单介绍。
2、模拟雷击浪涌脉冲生成电路的工作原理上图是模拟雷电击到配电设备时，在输电线路中感应产生的浪涌电压，或雷电落地后雷电流通过公共地电阻产生的反击高压，的脉冲产生电路。
4kV时的单脉冲能量为100焦耳。
图中Cs是储能电容（大约为10uF，相当于雷云电容）；Us为高压电源；Rc为充电电阻；Rs为脉冲持续时间形成电阻（放电曲线形成电阻）；Rm为阻抗匹配电阻Ls为电流上升形成电感。
雷击浪涌抗扰度试验对不同产品有不同的参数要求，上图中的参数可根据产品标准要求不同，稍有改动。
雷电冲击试验
截波电压的产生
产生截波的方法从原理上讲是很简单的，在试 验回路中与被试品并联一个放电间隙(如图所示)。 在冲击电压下使该间隙击穿放电就可形成截波。 通常间隙的放电分散性是相当大的，要产生满 足国家标准要求的截波波形，且使得截断分散 性在±0.1µs是比较困难的。冲击电压试验中的 截波的产生根据具体试验的条件多用以下三种 方法取得： (1)将全波试验波形的波前拉长，然后用球间隙 来截断，截断的电压幅值由球隙来控制。此时
当变压器内部安装了用来限制内部部件上的冲击过电压的非线性元件(如:避雷 器)时。设备在运行中带的任何内部非线性元件要随设备一 起进行试验。外部非 线性元件和其他外部电压控制元件(如:电容器)在试验期间应断开。
应保持校准时与全电压试验时的冲击线路及测量接线不变。
中性点雷电冲击试验接线： 所有其他端子接地，雷电冲击直接施加在中性点端子上。
GB/T 1094.3－2017 国家标准规定对于Um≤72.5kV变压器的线端雷电冲击全波 试验为型式试验，大于72.5kV的为例行试验，而线端雷电截波冲击试验和中性 点端子雷电全波冲击试验均为型式试验。雷电冲击试验的目的是用来检验变压 器每一线端对地，对其他绕组以及被试绕组本身的冲击电压耐受强度。 1 雷电冲击电压波形 在运行的电力系统中，出现的大气过电压会有各种各样的波形，但不能用多种 波形进行试验。根据系统的运行情况，世界各国都把全波和截波作为模拟雷电 冲击的标准波形。当雷电波进入变电站而没有外绝缘放电时，电压即为全波， 而当变电站空气绝缘间隙或设备的外绝缘等发生放电时，即为截波。
设备最高电压范围
绝缘类型
全绝缘
全绝缘
分级绝缘 全绝缘和分级绝缘
线端雷电全波冲击试验 (LI)
线端雷电截波冲击试验 (LIC)
设备闪电间接效应试验指标研究
设备闪电间接效应试验指标研究作者：李钧李春芳来源：《科技创新导报》 2013年第15期李钧李春芳(上海飞机设计研究院上海 201210)摘?要：随着复合材料、全权限发动机控制技术、集成模块化航电等先进技术的大量应用，民用飞机对闪电间接效应防护的要求也越来越高。
闪电间接效应防护的关键是闪电防护需求的确定和闪电防护指标的制定。
该文从适航指标到需求确定，乃至闪电间接效应防护指标预估进行了研究，用于飞机设计初期在缺乏试验数据和分析条件下的闪电间接效应防护设计开展。
虽然此方法获得的结果不能完全与实际状态一致，但简单有效，仍不失一个好方法。
关键词：闪电间接效应试验电平防护指标中图分类号：V267 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2013)05(c)-0008-02民用飞机在飞行过程中遭遇闪电的事件时有报到。
据有关资料介绍，每架客机平均每年大约遭遇4～5次不同程度雷击现象。
根据作用机制和产生的后果，闪电效应可分为两类：闪电直接效应和闪电间接效应。
闪电间接效应是指当飞机遭到闪电后，外部闪电通过电磁耦合在设备接口上的产生的感应电流和电压，当其超过设备的敏感电平时就可能造成设备损坏或功能受扰，甚至于危及飞机的持续安全飞行和着陆。
闪电间接效应防护设计的基础之一是设备闪电防护指标的确定。
指标制定的准确与否决定了飞机设计后期更少的设计更改和更好的经济性。
1 设计需求闪电间接效应防护设计需求来自于适航条款和客户的需求。
需求的正确、完整与否是机载电子、电气设备防护指标准确确定的前提；不同安全性等级功能的系统/设备所对应防护设计要求不同，指标也不同。
基于适航要求，飞机闪电防护需求如下：a)飞机应被保护免受SAEARP 5412A[1]所述闪电环境而引起灾难性影响；b)机载关键、重要系统、设备应符合FAR25.1316[2]要求，免受闪电间接效应影响。
上述需求分解到系统/设备，分析FAR25.1316Amendment25-134[3]可知，OEM应通过合理的系统、线缆设计和安装确保关键（LevelA）系统中的关键功能在飞机遭遇闪电期间和之后不受到任何不利影响，重要/主要的功能可以受到不利影响，但应在闪电环境过后能够及时的自动恢复；重要/主要（LevelB/LevelC）系统的重要/主要功能可以受到不利影响，但应在闪电环境过后及时恢复；D、E级功能无适航要求。
雷电规范与标准前言.pptx
施工，维护，和检查） IEC61312-1999 雷电电磁脉冲的防护（一般原则；建筑物的屏蔽，等电位， 和接
地；保护器的要求） IEC60364-2002 过电压保护器
• 1、电流的热效应： w=R*∫i * i * dt， △t=Q/(m*c)， 闪电时电流强度高达几
万安培，历时约数十微秒， 通道高温可达600010000℃，在接触点所产生 的热量可使3.8毫米厚的铁 板熔化，极易引起火灾； • 2、热效应带来冲击波效应 （爆炸效应 ）； • 3、电流的电动力效应： F=1.02x(2i1xi2/d)x10-8
屏蔽的主要目的是使建筑物内的通信设备、电子计算机、精 密仪器以及自动控制系统免遭雷电电磁脉冲（LEMP)的危害。
建筑物内的这些设施，不仅在防雷装置接闪时会受到电磁干 扰，而且由于它们本身灵敏性高且耐压水平低，甚至有时附近落雷 或接闪时，也会受到雷电波的电磁辐射的影响，因此，我们应尽 量利用钢筋混凝土结构内的钢筋，即建筑物内地板、顶板、墙面、 及梁、柱内的钢筋，使其构成一个六面体的网笼，从而实现屏蔽。 良好的屏蔽不仅使等电位和分流这两个问题迎刃而解，而且对防 御雷电电磁脉冲也是最有效的措施，此外，建筑物的整体屏蔽还 能防球雷、侧击和绕击雷的袭击。
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⑵、技术水平上不去，问题在哪儿？ • 标准、规范看了几遍？解释得清楚吗？ • 基础知识具备了吗？ • 理念清晰吗？
较多存在的一现象：就是防雷人员对规 范条文较熟悉，但普遍上缺少正确的理念， 和缺少基础知识的支撑。
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飞机闪电间接效应数值仿真分析
飞机闪电间接效应数值仿真分析郭飞;周璧华;高成【摘要】为进一步提高飞机对雷电间接效应的防护能力，依据SAE—ARP5412和5416等相关标准的规定，利用基于传输线矩阵法的数值仿真技术，对某小型客机进行了大电流脉冲注入测试方法的建模仿真。
分析了闪电以不同路径击中飞机时机身表面电流密度、舱室内外的瞬变电磁场分布以及内部电缆的耦合情况。
仿真和计算分析表明，该方法可有效模拟闪电击中飞机时的闪电间接效应，给出闪电电磁脉冲（LEMP）经机身孔洞缝隙耦合而在舱体内形成的场分布特征和线缆耦合规律，为进一步研究飞机对闪电间接效应的防护提供了基础。
%The numerical modeling of the aircraft struck by high current pulse is studied based on transmission line matrix(TLM) to improve the protection performance ofthe aircraft against lightning indirect effects according to SAEARP5412 and 5416 relevant standards. Moreover, the fuselage surface current density, the transient electromagnetic field distribution inside and outside aircraft, the induced current in the onboard cable produced by the lightning stroke in different paths are discussed. Simulation results show that the method can effectively predict the lightning indirect effects of themetallic/composite aircraft, and then lighting electromagnetic pulse(LEMP) coupling mechanism of the aircraft, EM field distribution characteristicsand cable coupling rules are analyzed. The numerical methods can be used for advanced research on the protection of the lightning indirect effects and related studies.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2012(027)006【总页数】8页(P1129-1135,1264)【关键词】传输线矩阵法;闪电间接效应;数值仿真;线缆耦合【作者】郭飞;周璧华;高成【作者单位】解放军理工大学电磁环境效应与电光工程国家级重点实验室,江苏南京210007;解放军理工大学电磁环境效应与电光工程国家级重点实验室,江苏南京210007;解放军理工大学电磁环境效应与电光工程国家级重点实验室,江苏南京210007【正文语种】中文【中图分类】V242.1引言全球发生的闪电平均每天约800万次，每秒钟即百余次，其中2%的闪电电流幅值高达200kA以上。
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１ 引言
雷 电间接效应 ，是指 当直接雷击 的 电流在 导体上 流动引起结构 电阻性 电压升 高 ，以及快速 变化 的电磁
Ｌｉ ｆ ｅ ｎ ｇ Ｌｕｏ
（ Ｘｉ ’ ｔ ｉ ｎ Ａｉ ｒ ｂ ｏｒ ｎ ｅ ， Ｐ ｃ ｆ ， Ｄ 口 ｇ ８ ｆ ｆ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃｏ ． Ｌｔ ｄ ，Ｘｉ ａ ｎ ，Ｓ ｈａ ｎ ｘ ｉ ，７１ ０ ０７ ７ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｏ ｆ ＲＴ ＣＡ／ ＤＯ－ １ ６ ０ Ｇ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ２ ２ ， ａ ｎａ ｌ ｙｚ ｉ ｎｇ ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｙ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ，ａ ｎ ｄ ａ ｌ ｓ ｏ ｍａ ｋ ｅ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｔ ｅ ｇ ｏ ｒ ｉ ｅ ｓ ，ａ ｎ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｏ ｍｅ ｓ ｕ ｇ ｇ ｅ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ， ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｈ ｅ ｌ ｐ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｒ ｓ ａ ｎｄ ＥＭ Ｃ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ ｎ ｅ ｌ ｏ ｆ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｉ ｒ ｂ ｏ ｒ ｎ ｅ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ’ Ｓ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ， ｐ ｌ ａ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ，ｃ ａ ｒ ｒ ｙ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ．
瞬间变化率越高，在 回路中的产生的感应电压就越高。
电流 ，通过互连线感应 ，在设备 的接 口出现 高电压和 大电流 ，造成设备损坏或者 系统功能紊乱 。 雷 电间接效应是飞机和机载设备 的一项重要 防护
设计内容 。飞机在 空中飞行 ，尤其在穿越云层 时 ，极 易受到云层放 电的影 响 ，当放 电而产 生雷击 时 ，强大 的雷 电产 生的电场和磁场在 飞机 内部形成一个 瞬态雷
场将 电压和 电流瞬态耦合 到设备 时 ，可 能产 生的附加 效应 。即雷 电产生的瞬态强电磁场和导体 上产生 的雷
产 生危 害 。
１ ） 耦合 ：通过线路 、电容或 电感耦合到另一个 回
路上，产生一个或者一系列的瞬态高压 。 ２ ） 回路感应 ：在 回路 中以瞬态电流形式 出现 ，其
基 于安全 考虑 ，机载设备对雷 电间接效应必须进
行 防护设计和试验验证 ，以确保飞机遭到雷击后 ，机
上具有关键功能 的系统和设备能够正常工作 。而具有
重要功能的系统和设备 ，能够 自动或人工恢复正常 。 目前 ，飞机设计 单位和相关 电磁兼容实验室都是 以Ｒ Ｔ Ｃ Ａ ／ Ｄ Ｏ． １ ６ ０ 机载 设备环 境条件与 测试程 序
关 键词 ：雷 电 间接 效 应 ；试验 波 形 ；试验 方 法
中圈 分类号 ：Ｖ ２ １ ６ ． ５ ＋ １ 文 献标 识 码 ：Ａ
Ａ ｎａ ｌ ｙｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｌｉ ｇ ｈｔ ｎ ｉ ｎｇ Ｉ ｎｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ Ｔｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ Ｓｔ ａ ｎ ｄａ ｒ ｄ
点 内容做一解析 。
雷 电间接效应主要通过耦合和 回路感应两种方式
第 ０１ 期 Βιβλιοθήκη 骆 立 峰 ： 雷 电 间 接 效 应 试 验 与 标 准 解 析
磁兼容试验人员能有所借鉴。 参考文献
［ １ １ １Ｒ Ｔ Ｃ Ａ ／ Ｄ Ｏ － １ ６ ０ ＧＩ ） ｅ ｃ ｅ ｍ￣ ８ ，２ ０ １ ０ Ｅ ｎ ｖ ｋ ｏ ｎ ｎ ｍ￣
电效应环境 ，通过机体开 口的 电磁耦合或者结 构电压（ 雷 电流和结构 电阻的乘积） ，在机体 内部感应形成 电压 和 电流 ，虽然持 续时间很短（ 约几十个微秒） ，但 瞬时 的能量非常高 ，极 易对机载设备造 成干扰 或损坏 ，严
重时将危及飞机 的正常运行和人员安全 。
标 准作为机载设备 电磁兼容设计和试验 的依据 。该标 准规范 了机载设备 的电磁兼容性要求和程序 ，其 中与 雷 电相关 的试验 内容有别于常规 电磁兼容 。本文结合 Ｒ Ｔ Ｃ Ａ ／ Ｄ Ｏ． １ ６ ０ Ｇ 标准第２ ２ 节对雷 电间接效 应试验的重
第 ０１ 卷
第０ ｌ 期 ２ ０ ｌ ４ 年７ 月
电 Ｅ
ｌ ｅ ｃ
蕊。
雷电间接效应试验与标准解析
骆 立峰 （ 西安 爱邦 电磁技 术有 限责任公 司 ，陕西西安 ，７ １ ０ ０ ７ ７ ）
摘 要 ：本 ￣Ｒ Ｔ Ｃ Ａ／ ＤＯ一 １ ６ ０ Ｇ标 准 第２ ２ 节 内容进 行 了解 析 ，分 析 了重 点要 素 ，也对 试 验方 法按 类 做 了分 析 ，并 结合 一 些试验 实践情 况 给 出细 节建 议 ，有 助于 飞机 和机 载设备 设 计人 员和 电磁 兼 容试 验人 员 理 解 标准 要 求 、规划 设 计指 标 、开 展测 试 验证 。