強電磁脈沖威脅與彈性電力系統發展戰略

邱愛慈， 別朝紅， 李更豐， 李俊娜

(1. 西安交通大學 電力設備電氣絕緣國家重點實驗室， 西安 710049； 2. 強脈沖輻射環境模擬與效應國家重點實驗室， 西安 710024)

1 強電磁脈沖環境

1.1 強電磁脈沖環境簡介

電磁脈沖(EMP)是多種瞬變電磁現象的統稱，描述的是以瞬變電磁場形式出現，能對電子/電力系統產生破壞性電磁效應的能量傳遞。IEC SC77C定義電場強度大于100 V·m-1的電磁輻射環境為高功率電磁環境(HPEM)。隨著技術發展，電磁兼容考慮的電磁環境電場強度已逐步提升至約200 V·m-1。區別于電磁兼容環境，本文所述強電磁脈沖環境一般指電場強度大于1 kV·m-1的瞬態電磁輻射環境。核武器爆炸、高功率微波武器攻擊及雷電放電產生各具特征的電磁脈沖。其中，由外大氣層核爆產生的高空核爆電磁脈沖(HEMP)因覆蓋范圍廣(半徑為103km量級)、攻擊強度高和破壞目標多，是威脅最嚴重的電磁脈沖。因此，本文重點關注HEMP環境。

高空核爆炸在起始瞬間釋放γ射線。因高空大氣極其稀薄，這些γ射線幾乎不受阻礙地直線傳播，其中,向下傳播的部分在離地面20～40 km高度才逐漸被大氣吸收。瞬發γ射線與空氣作用產生康普頓電流，電流在地磁場作用下偏轉，產生電磁輻射，即HEMP早期環境(E1)。在此之后，緩發γ射線，繼續形成康普頓電流，并在地磁偏轉作用下持續產生電磁輻射，構成HEMP中期環境(E2)。核爆炸形成的高溫等離子體火球向外膨脹時將排斥“擠壓”地磁場，在地面產生強度較弱的感應電場，同時核爆炸導致上層稀薄大氣電離和膨脹上升，進而在地面感應出地電場和電流，以上過程持續時間在1～100 s量級，產生的電磁場構成HEMP晚期環境(E3)，又稱為磁流體動力學電磁脈沖。……