综述IEC标准雷电流的模拟及应用

综述IEC标准雷电流的模拟及应用

【摘要】冲击电流试验是测试和评估雷电防护系统的主要途径，综合查阅我国标准、我国军用标准、欧洲IEC RTCA标准、美国SAE标准等诸多标准，列举不同标准中电力系统和飞机测试的雷电流模拟方案，并介绍了主要用途。为冲击电流测试中电流波形选择和设备设计研发提供参考。

【关键词】雷电防护；冲击测试；雷电流

1 引言

冲击电流测试是实验室模拟雷击效应的主要手段之一。在电力系统领域，有电磁兼容中瞬态电流引起的抗扰度试验，检验电气电子设备对雷电流或过电流的耐受能力，如对避雷器的雷电流冲击残压试验等。在近现代航天器发展中，为了减轻重量和增加测控系统性能而采用复合材料和微电子系统，对雷电耐受能力较弱，容易受雷击影响，因而冲击电流测试在飞机雷电防护测试中也发挥着重要作用。

2 IEC测试中雷电流的模拟

2.1 直击雷雷电流的模拟

IEC 62305中给出的对首次短时间雷击的单位能量以及长时间雷击的电荷模拟。表1给出模拟首次短时间雷击的相关测试参数（峰值电流、单位能量和电荷。）表2给出模拟长时间雷击相关测试参数（电荷和持续时间）。

首次短时间雷击雷电流使用10/350μs波形模拟，波形参数要求峰值电流为2.5kA（±10%），波头时间10 μs（±20%），波尾时间350μs（±20%）。长时间雷击雷电流使用0.25/100μs，波形参数要求峰值50kA，波头时间0.25μs，波尾时间100μs。

根据测试项目和预期损害机理，首次短时间雷击或长时间雷击可单个测试或组合测试，组合测试时，长时间雷击紧跟在首次短时间雷击之后。电弧熔化的测试宜采用正负两种极性的冲击电流。

2.2 感应雷电流的模拟

IEC 62305中对感应雷测试，使用短时间雷击波头陡度进行模拟。

表3给出了模拟电流陡度的相关测试参数。表3的模拟可以单独或与表2联合进行。短时间雷击电流的陡度定义为雷电流上升期间Δt雷电流Δi的上升率（即Δt/Δi），电流的陡度决定了安装在载有雷电流的导体附近回路中磁感应电压的大小。

3 飞机测试中雷电流的模拟

飞机测试中对雷电流的模拟有以下分量组成。

电流分量A，该波形将负极和正极首次回击的标准参数结合在一起，模拟一般发生在低空飞行的飞机遭受雷击的情况。美国标准SAE ARP 5412、MIL-STD-1757A，欧洲标准RTCA/DO-160，我国军标GJB 3567-99[21]、GJB 2639对电流分量A波形要求峰值为200kA（±10%），波头时间<45us，作用时间不超过500us，作用积分为2×106A2s。

电流分量Ah，该波形用于飞机过渡区域1C区，代表较高飞行高度下首次回击的预估形状。美国标准SAE ARP 5412中要求波形峰值为150kA（±10%），波头时间为35us，波尾时间≤500us，作用积分为0.8×106A2s。

电流分量B，该分量波形主要表示伴随着一些负极性初始回击或复击产生的中间电流。美国标准SAE ARP 5412、MIL-STD-1757A，欧洲标准RTCA/DO-160，我国军标GJB 3567-99、GJB 2639]对电流分量B波形要求波形峰值为2kA （±10%），持续时间5us，电荷转移量10C（±10%）。

电流分量C，该波形用于表示闪电环境可能由伴随着一些负极云对地闪电的复击和正极云对地闪电的回击而产生的持续时间较长的电流。美国标准SAE ARP 5412、MIL-STD-1757A，欧洲标准RTCA/DO-160，我国军标GJB 3567-99、GJB 2639规定基于分析目的的电流分量C为持续时间0.5s，幅值为400A的方波；基于直接影响试验的电流分量C持续时间为0.25-1.0s，电流幅值200-400A，电荷转移量为200C（±20%）的方波。

电流分量C*，该分量为修正分量，表示流进飞机1A区域或2A区域中附着点驻留时间超过5ms的电流分量C中的一部分。分量C*主要用于评估金属蒙皮的融穿。美国标准SAE ARP 5412中定义其波形为幅值400A，持续时间15～45ms 的方波。

3.1 直击雷雷电流的模拟

（1）飞机结构直接效应测试，用以确定飞机结构和零部件（传感器、空速管、天线、航行灯及其他位于区域1或区域2的部件）的雷电附着或雷电流传递索引起的直接效应。对于不同的雷电附着区，分别应用不同的电流分量及其组合，均以一个连续放电方式进行测试。

其中，1A区依次施加电流分量A、B；1B区依次施加电流分量A、B、C 和D，可以不连续；2A区依次施加电流分量D、B和C，总的电流作用时间应限制在50ms以内，或限定在有扫掠冲击试验或分析所确定的时间内；2B区依次应用电流分量B、C和D；3区依次应用电流分量A、C。

（2）飞机燃油蒸汽点火的直接效应测试，用以确定飞机油箱、燃油通气口、放油口、加油口盖和检查口盖等，以及可能与燃油蒸汽相接触的其他部件，当发生雷电附着或通过雷电流时，燃油蒸汽点火的可能性。其测试使用的不同区域冲击电流分量的模拟方法与（1）中相同。

3.2 感应雷电流的模拟

飞机外部电气设备间接效应的雷击模拟测试，用于确定安装于飞机外部的电气电子设备如天线、航行灯、电加热传感器和风档等在遭到雷击时的间接效应大小。其测试模拟波形为电流分量E。

参考文献：

[1]YD/T1235.2.通信局（站）低压配电系统用电涌保护器测试方法. 2002.