加油加气站雷电电磁脉冲防护计算分析

基于浙江省ADTD数据和雷电灾害资料,文章对受灾加油加气站周边地闪和损坏情况进行了数理统计分析,并进行了案例计算分析。结果表明:2000—2020年受灾加油加气站周边大部分地闪强度在15~50 kA,雷灾主要造成电子电气系统设备损坏。当在加油加气站25.47 m附近发生>30.55 kA的地闪或在25.47~47.60 m的区域范围发生>57.1 kA的地闪时,电子设备均会受到永久性损坏。当雷电直接击在加油加气站时,相对于罩棚部分,站房更容易通过自身结构和增设的防雷措施实现对雷电电磁脉冲防护。文章建议加油加气站尽量选址在雷电低发区,重要电子电气设备安装在雷电环境暴露度低的位置,并设置屏蔽等措施防护雷电电磁脉冲。

光纤供能雷电电磁脉冲测量系统的设计与试验

人工引雷试验对前端测量装置的电源稳定供应和恶劣环境下的工作可靠性要求较高.为了解决传统电池供电电场传感器持续工作能力不足以及强雷暴环境下的试验安全等问题,研制了一套基于光纤供能的雷电电磁脉冲电场测量系统.系统电源供给、信号测量和数据监控传输均通过光纤连接,采用STM32微处理器进行监控,具有电源管理、传输比在线校准和温度在线监测功能.介绍了系统的主电路设计,并对系统的功能和性能进行了试验测试.结果表明:在夏季环境温度26~40℃的情况下,通过光纤供能的光伏电池能够持续稳定工作,测量系统-3dB带宽达到33MHz;通过3组不同灵敏度天线切换,可用量程范围为0.18~117kV/m,满足人工引雷通道近区电场的测量需求.

基于亚网格时域有限差分法的改进雷电电磁脉冲计算模型

在利用均匀网格时域有限差分法(finite-difference time domain,FDTD)计算地闪回击电磁脉冲时,空间步长选取较大会导致计算结果中后期出现震荡,所以为了计算结果的准确必须采用较小的空间步长,导致计算效率低、内存需求大。为了解决这一问题,提出利用惠更斯亚网格技术改进计算模型,改进后的模型可以实现在距离雷电通道近、高频分量多的区域采用较小的空间步长,其余区域仍采用较大的空间步长,从而以较高的计算效率消除计算结果中后期的震荡。首先,分析了空间步长对均匀网格FDTD法的各个场分量计算结果的影响;其次,通过与均匀网格FDTD计算结果对比,深入研究了改进模型对水平电场中后期震荡的消除作用。结果表明:随着步长的增大,水平电场中后期震荡剧烈;在不同地面电导率、地闪回击速度下,改进后的计算模型均能以较高的计算效率得到准确的、无震荡的计算结果。

通信基站雷电电磁脉冲的防护

分析了雷电电磁脉冲特性和频谱,讨论了雷电流的峰值比率以及雷电电磁脉冲的能量比率积累的频率分布范围,尝试采用高通滤波器来实现通信基站信号避雷的方法,2002年起应用于广东强雷区清新县八片山的通信基站取得了较好的效果.

雷电电磁脉冲对架空电力线的耦合效应

从传输线模型出发,通过建立雷电回击通道、大地和电力线系统一体化模型,采用时域有限差分法计算得出雷电回击电流的近场分布,将场值代入离散的传输线方程后,计算了架空电力线终端的感应过电压.通过对多导体架空线和单导体线终端感应过电压的分析,发现由于其它导体的存在,多导体系统中单根导体两端的感应电压峰值比相同高度处单一导体两端的感应电压峰值低10%～20%;并且对于垂直导体结构,最小感应电压产生在距离地面最近的导体上;而对于水平导体结构,最小感应电压产生在中间导体上.

雷电电磁脉冲对电火工品的发火危险性研究

根据电点火装置与雷电电磁脉冲电磁能量耦合的不同方式 (传导耦合和辐射耦合 ) ,分析了雷电电磁脉冲 (LEMP)对电点火装置 (EED)的损伤机理。并用 LEMP模拟装置对典型 EED进行了实验研究。

连续波多普勒引信雷电电磁脉冲辐照效应

为了研究雷电电磁脉冲场对连续波多普勒引信安全性能的影响,确定引信的能量耦合通道和效应规律,构建了引信雷电电磁脉冲辐照试验系统,并开展了该引信雷电电磁脉冲辐照效应试验。试验结果表明:受试引信最佳能量耦合姿态为引信竖直向上,弹体轴线与辐射场传播方向垂直,三角环天线平面垂直于辐射场传播方向;主要能量耦合通道为弹体;不同辐照波形下引信的临界干扰场强不同,在配用152 mm弹体时,1.2/50,5.4/70,0.25/100和10/350μs波形的临界干扰场强分别约为74,60,65和75kV/m。雷电电磁脉冲对受试引信的作用机理为:辐射能量通过弹体耦合到执行电路输入端,由于感应信号脉冲宽度满足触发脉冲宽度的最低要求,从而推动引信执行电路误动作。

雷电电磁脉冲三维磁场测量系统研究

为测量雷电放电通道电流产生的三维磁场分量,设计制作了雷电电磁脉冲(Lightning Electromagnetic Pulse,LEMP)三维磁场测量系统,并对该系统进行了时域标定、波形矫正和数据修正研究.对自然雷的实测结果进行了数据处理、统计和分析.根据所测三维磁场峰值的大小可判断云闪和地闪;利用所测数据,结合磁定向法和声光差定距法,可确定雷击点的方位和距离,从而实现对地闪雷电流的间接测量;采用由实测数据间接获得的雷电流波形、测点与放电通道的距离,经数值模拟得出的LEMP磁场时间特性与实测结果一致性较好.

基于多重分形分析的核爆与雷电电磁脉冲识别

据核爆与雷电电磁脉冲信号非平稳、非线性特点,对NMEP与LEMP信号进行多重分形分析,计算二者多重分形广义维数D2～D8及广义维数变化率。分析发现广义维数变化率能反映核爆、雷电不同的产生机理,与广义维数相比,用广义维数变化率作为特征,对NEMP与LEMP识别率更高、更稳定、更有效。

核爆与雷电电磁脉冲识别

用经验模态分解和分形分析相结合的方法对核爆和雷电电磁脉冲信号进行了识别研究。计算了核爆和雷电电磁脉冲原始信号的盒维数,以及原始信号经验模态分解后前4阶固有模态分量(IMF)的盒维数。用最近邻法对核爆和雷电进行了识别,实验结果表明:原始信号经验模态分解后一阶、二阶IMF盒维数的识别率要略高于三阶、四阶IMF盒维数的识别率;原始信号盒维数的识别率高于经验模态分解后各阶IMF盒维数的识别率;二维和三维特征的识别率要高于一维特征的识别率,另外二维和三维特征的识别率更加趋于稳定,并且三维特征的识别率都在90%以上。

基于Hilbert谱区域能量比的核爆与雷电电磁脉冲识别

根据核爆和雷电电磁脉冲信号非平稳、非线性特点,采用Hilbert-Huang变换(HHT)方法对NEMP和LEMP信号进行时频分析,发现二者Hilbert谱中的能量集中于一定时间和频率范围内。基于以上分析,提出基于Hilbert谱区域能量比特征,采用最近邻法则对二者进行识别研究。实验结果表明,在Hilbert谱中适当选择两个区域,以该区域能量比为特征对核爆和雷电电磁脉冲信号进行识别,平均识别率达到90%以上。

基于时频图像分析的核爆与雷电电磁脉冲识别

根据核爆和雷电电磁脉冲信号非平稳、非线性特点,对核爆电磁脉冲(NEMP)和雷电电磁脉冲(LEMP)信号进行了Hilbert谱分析,计算了二者Hilbert谱的图像区域特征,对二者进行了识别研究,并且从NEMP和LEMP不同的产生机理上对识别结果进行了分析。实验结果表明:以Hilbert谱的面积和重心,以及六维图像区域特征作为特征,对NEMP和LEMP的识别率达到了90%以上,可以对二者进行有效识别。

雷电电磁脉冲场对双绞线的耦合研究

为研究双绞线短线缆在雷电电磁脉冲场辐照下终端负载的感应电压,利用WU-800型MARX源和有界波模拟器来模拟雷电电磁脉冲场,对双绞线进行辐照耦合试验。试验中改变雷电电磁脉冲场波形、双绞线长度、辐射场与线缆夹角、双绞线终端负载(线性及非线性),观测双绞线终端负载处的响应电压,分析响应规律。结果表明:雷电电磁脉冲场的上升沿对线缆耦合电压幅值影响较大,脉宽对耦合电压影响较小;辐照试验中线缆长度具有选频特性,随着短线缆长度的增加,终端负载响应电压的主频点逐步降低,但幅值逐步增大;电场极化方向对线缆终端响应幅值有较大影响,但并不改变响应波形;线缆在辐照情况下对终端负载可等效为一电压源,受测端负载电压满足电压源分压原理,非受测端负载改变等效电压源的内部参数,但影响较小;双绞线连接二极管,会显著影响耦合电压的频谱分布,同时幅值也会改变。

雷电电磁脉冲三维磁场测量系统初探

为了接收雷电放电通道电流产生的磁场分量,搭建了二维和三维雷电电磁脉冲磁场测量系统,系统主要由磁场信号测量装置和磁场信号传输系统等构成.磁场信号测量装置由内外导体双层结构且面积相同的正交正方形环天线组成,经仿真确定了环天线的实际参数.磁场信号传输系统分为光纤传输系统和屏蔽电缆传输系统,对应基于光隔离技术的和不采用光电转换的两套信号处理电路.经实验检验,各系统运行良好,为判定雷击点和雷电流波形反演等提供了手段.

雷电电磁脉冲场对双绞线网络的耦合规律

为研究双绞线网络在雷电电磁脉冲场辐照下终端负载的感应电压,对树形双绞线网络进行辐照耦合试验。通过改变雷电电磁脉冲场波形、组成线缆网络的线缆夹角、线缆网络终端负载等条件,获得终端负载上的感应电压并分析响应规律。结果表明:雷电电磁脉冲场波形上升沿越快,双绞线网络终端负载的感应电压越大,而场波形的脉宽对终端负载感应电压基本无影响;线缆网络受测端负载感应电压随着线缆间夹角的增大而线性变小,但并不改变响应波形;线缆网络受测端负载感应电压随着受测端负载阻值的增加首先呈现线性增大的趋势,而后趋于平稳。

雷电电磁脉冲场对多芯线的耦合效应研究

为研究多芯线短线缆在雷电电磁脉冲场辐照下终端负载的感应电压,利用WU-800型MARX源和有界波模拟器来模拟雷电电磁脉冲场,对多芯线进行辐照耦合试验。试验中通过改变试验条件,得到了不同雷电电磁脉冲波形、多芯线长度、辐射场与线缆夹角、线缆终端负载条件下多芯线终端负载的感应电压的变化规律。试验发现:雷电电磁脉冲的上升沿对线缆耦合电压幅值影响较大,脉宽对耦合电压影响较小;线缆长度对感应电压的幅值及响应频点有重要影响;电场极化方向对线缆终端响应幅值有较大影响,但并不改变响应波形;随着受测端负载阻值的增加,线缆感应电压也逐步增大,非受测端负载对线缆感应电压无影响。

雷电电磁脉冲电场仪的标定研究

为了给出雷电电磁脉冲电场仪测试结果的实际量值,拟采用实验室已有的有界波模拟器,以雷击浪涌发生器产生的1.2/50μs脉冲电压作为激励源,对电场仪进行标定。为此,通过实验和数值仿真分析了有界波模拟器的有关性能。实验结果表明:在标定时可去除模拟器的终端匹配器。从计算结果可见:电场仪屏蔽壳体会扰动被测电场,使周围电场有所增大,这样的扰动可模拟实测时的情况,标定时可不予考虑;而当电场仪的高度超过有界波模拟器工作空间高度的1/3时,会对工作空间场分布产生较大影响,故在标定中要设法避免。

雷电电磁脉冲对双绞线耦合的仿真研究

为得到雷电电磁脉冲对双绞线的耦合规律,基于软件CST仿真研究了双绞线长度、电场极化方向、终端负载对线缆终端响应电压的影响。结果表明,随着线缆长度的增加,双绞线受测端负载感应电压波形脉宽会增大,但感应电压幅值变化规律受辐射场波形频谱分布的影响;线缆受测端负载感应电压幅值随着线缆与电场方向的夹角的增大而变小,当电场与线缆垂直时,感应电压为0;随着终端负载阻值的增加,双绞线受测端负载感应电压也逐步增大,且增大趋势减缓。

800kV雷电电磁脉冲场模拟器的研制

为了模拟雷电放电过程中产生的电磁脉冲场,建立了雷电模拟系统的等效电路模型,分析了各种电路参数对模拟器输出波形的影响;根据等效电路各参数,利用Marx发生器作为雷电电磁脉冲源,使用有界波模拟器作为场传输装置,研制了雷电电磁脉冲模拟系统,在有界波传输线内产生上升时间和半波宽度可变的双指数电场波,用来模拟雷雷击过程中产生的雷电电磁脉冲辐射场。测量结果表明,合理选择参数可以在有界波传输线内模拟1.2/50μs的雷电电磁脉冲远场电磁波;输出波形的峰值场强、波前时间和半峰值时间的变异系数表明该模拟器具有良好的重复性;并且传输线内峰值场强和Marx发生器充电电压有比较好的线性关系。

浅谈如何利用法拉第笼原理防护雷电电磁脉冲

介绍如何利用建筑物钢筋结构形成法拉第笼式钢筋网,以屏蔽和防护雷电电磁脉冲。