GJB8848雷電傳導耦合注入試驗淺析

劉凱 郝娜娜 趙偉龍

摘 要：目前國內沒有針對艦船的雷電試驗標準，國外可借鑒的標準有MIL-STD-461G、MIL-STD-464C、NATO AECTP-250：2009以及RTCA-DO/160 section 22，國內可參考的有GJB1389A-2005《系統電磁兼容要求》及GJB8848-2016《系統電磁環境效應試驗方法》。本文介紹了GJB 8848中方法402地面系統雷電試驗方法，主要對方法402中的雷電傳導耦合注入試驗方法進行了解析，有助于推動技術人員對艦船設備進行雷電防護設計和開展試驗驗證。

關鍵詞：GJB8848-2016;GJB1389A-2005;艦船雷電

中圖分類號：V216.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）06-0182-02

1 概述

MIL-STD-461G中新增的CS117主要采用耦合注入方法進行電纜束雷電敏感度試驗;MIL-STD-464C系統級標準中給出了脈沖電磁場變化率的要求以及雷電試驗波形要求，并未給出具體的試驗方法;AECTP-250給出了艦船和地面軍械系統的雷電傳導耦合注入等級，并未給出具體的實施方法。解放軍總裝備部2005年頒布的GJB1389A僅規定了包含雷電的14項試驗要求，而隨著GJB8848-2016的頒布，GJB1389A的所有試驗項目均具備了實施考核的方法，且在GJB1389A的基礎上新增了MIL-STD-464C中的高功率微波試驗方法并提升了頻譜兼容性的要求。為了滿足軍用設備在復雜電磁環境下能夠正常工作，可以將GJB8848中22個試驗項目可以分為以下五大類，（1）自兼容要求;（2）電磁環境干擾要求;（3）適應自然環境要求;（4）毀傷環境要求;（5）持續實戰能力要求。

GJB8848中給出了具體試驗方法與實施細則，具有較強的可操作性。本文主要探討方法402中的雷電傳導耦合注入試驗原理、試驗波形及試驗要求。

2 試驗原理及波形

2.1 試驗原理

雷電未直接接觸艦載設備的電氣線路，仍然會對其線路上產生感應電壓和浪涌電流，將感應電壓和電流對系統造成的擾動或損壞定義為雷電間接效應，這些效應的起因與流入艦身中的雷電流相關的電磁場和結構電壓的升高有關。盡管設備的金屬殼體提供了高的電磁屏蔽，但有些電磁場仍可以穿透孔縫在艦載設備線路上產生瞬態浪涌電壓，結構材料和接頭的電阻使得兩個設備間產生結構電壓差。試驗模擬感應電壓、電流在回路上引起設備的響應。

2.2 試驗波形

雷擊發生時，在艦載設備連接電纜和結構部件之間存在的回路中產生感應電壓和浪涌電流，該電壓是電纜的端點間的結構電壓和結構材料中分散的電場產生的電壓之和。短脈沖（SP）波形即存在于電阻性部件中的雷電沖擊電流分量A（見圖1）導數相似的雙指數電壓波形（見圖2），該波形主要存在于高阻抗的線纜上;另一種情況是在雷電流流經機體結構時在互聯設備接地基準點之間產生的較慢的雙指數波形，該波形是雷電沖擊電流分量A相應的另一種電壓波形，即中等寬度脈沖（IP）（見圖3），主要存在于利用艦載機身作為回路的高阻機體結構之間。

連接兩端結構部件的低阻性電纜的電流包含一種再分配機制，產生的電流存在于相對結構部件具有高電感的電纜中。如鋁等良導體制成的結構體間，電流長時間存在但幅值不高。對于內部含有如碳纖維復合材料（CFC）制成的高阻性電感回路，其電流將是一個加長的雙指數波且幅值較高。這兩種波形分別為40μs/120μs以及50μs/500μs雙指數電流波形，定義為長脈沖（LP）（見圖4）。長脈沖40/120us波形適用于鋁等材質的結構，50/500us的長脈沖適用于屏蔽性能較差的復材結構。

3 試驗要求

雷電傳導耦合注入試驗僅適用于系統級設備的互連電纜束，脈沖信號源連接在艦載設備和接地平板之間，電纜束距離接地平板不小于50mm，互連電纜束不短于3.3米，不長于15m。電源線可單獨試驗，長度不大于1m。艦載設備在每種工作狀態下進行試驗，試驗過程中陪試件應具備相應等級的防護能力。具體試驗布置圖見圖5。

GJB8848中規定了三種類型四個試驗波形，具體試驗等級要求見表1。目前國內艦船防雷的研究剛剛起步，針對艦船的防雷等級尚不能提出確切的試驗要求。目前主要參照AECTP-250，該標準中對設備及其互聯電纜束所處的電磁環境進行了5個層級的定性劃分，其中A類設備和其布線安裝在受保護的電磁環境中，如金屬材料中的一個完全封閉的環境。B類設備和其電纜敷設在部分暴露的電磁環境中，例如絕緣金屬結構的電介質罩。C類設備和其電纜連著相同材料結構的一部分，并安裝在暴露的電磁環境中，大部分的結構是由不良導體或CFC（復合材料）構成的。D類設備和電纜連接到材料結構的不同部分，并安裝在一個暴露的電磁環境中，大部分的結構都是由性能不佳的材料或CFC構成的。E類設備不受雷電干擾的影響。

4 結語

隨著近些年我國船舶工業的迅速崛起，艦船對于維護國家海域安全的重要性越來越高，海上作業環境的復雜性與嚴酷性對艦載設備的安全性要求不斷提高，但在安全方面的雷電防護技術我們與歐美國家還有很大差距，GJB8848的頒布是我國首個對艦船提出雷電試驗要求的標準，且給出了具體試驗方法，為我國艦船防雷奠定了基礎，因而需要我們在此基礎上不斷地實踐標準，改進標準、提升標準，加強在測試技術上的研究為艦船的安全防護保駕護航。

參考文獻

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[3] RTCA/DO-160G Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment， Section 22 lightning induced transient susceptibility，8 December 2010：22-1-22-42.

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