基于斜向放电通道的地表雷电电磁场特性分析

为保护敏感设备免受雷电电磁脉冲场的危害并选择合适的防护措施,需要确定斜向放电通道下雷电回击电磁场的场强以及分布规律。为此,将雷电斜向放电通道的电流微元分解为垂直和平行于大地的分量。利用脉冲函数表示通道底部电流,结合回击电磁场的传输线模型,根据偶极子法求解Maxwell方程组,得到了斜向通道在空间产生电场与磁场的解析表达式。进而研究了通道倾斜程度对不同场区地表回击电磁场的影响以及回击电磁场随观测点位置的变化规律。结果表明:地表电场比磁场更易受到通道倾斜程度和观测点位置的影响,且地表电磁场强度波形峰值在近场、中间场和远场均随斜向通道与地面夹角的增大而减小,在远场和中间场随斜向通道与地面观测点之间方位夹角的增大而减小。

弯曲通道长度及倾斜角度对雷电电磁场影响研究

为了得到弯曲通道雷电电磁脉冲场的分布特性,将电流微源偶极子进行水平分解和垂直分解,利用偶极子法对弯曲通道产生电磁场的表达式进行了推导.在此基础上就底部回击通道长度以及上部回击通道倾斜角度对地表电磁场的影响规律进行了相关研究.研究结果表明,弯曲通道的电磁场峰值主要取决于底部放电通道的长度,在中间场和远场区底部通道越长对应的电磁场幅值越小;而倾斜角度对近场区电磁场影响极小,在中间场和远场区电磁场幅值会随着倾斜角度的增加而降低,且距离越远倾斜角度对电磁场幅值的影响越明显.

通道高度对斜向通道雷电电磁场影响研究

由于雷电的突发性和瞬时性,导致其产生的强电磁脉冲场难以直接测量,给雷电电磁场的研究带来了很大的难度。将斜向通道电流微元分解为垂直和平行于大地的分量,利用脉冲函数表示通道底部电流并结合雷电电磁场的TL模型,根据偶极子法求解Maxwell方程组,得到斜向通道电磁场的解析表达式;基于斜向通道模型,研究了雷电通道高度对不同场区地表回击电磁场的影响。结果表明,通道高度对电磁场的影响随着水平距离的增加而增加,在回击电流达到通道顶部之前,电磁场波形基本完全重合。

基于垂直放电通道的地面雷电电磁场的计算与特征分析

为保护敏感设备免受雷电电磁脉冲场的危害并选择合适的防护措施,需分析垂直放电通道下雷电回击电磁场的场强及分布规律,为此,利用脉冲函数表示通道底部电流,结合回击电磁场的传输线回击电磁场的传输线(modified transmission line exponential model,MTLE)模型,根据偶极子法求解Maxwell方程组,推导垂直通道在空间产生电场与磁场的解析表达式,借助Cooray-Rubinstein公式计算在考虑大地电导率的情况下的水平电场分量,得出通道周围任意场点P(r,φ,z)的水平电场分量Er、垂直电场分量Ez与横向磁场分量Hφ的计算表达式,进而研究雷电通道周围任意场点在不同水平距离、高度以及大地电导率的电磁场变化规律。结果表明,电场与磁场的波形及其幅值受水平距离、高度和大地电导率的影响显著,为选择合适的防护措施提供了可靠的依据。

斜向通道地表雷电电磁脉冲场分布规律研究

通过分解电流微元偶极子并求解Maxwell方程组,得到了斜向通道雷电电磁脉冲(Lightning Electromagnetic Pulse,LMEP)场解析表达式;基于此斜向通道模型,研究了不同方位角和回击速度时的雷电电磁场分布规律.结果显示:近场区电场分量随方位角的变化规律要受到放电通道倾斜程度的影响,但是其他场区的电场分量和任意场区的磁场分量初始峰值均会随方位角的增加而减小;当回击速度改变时近场区电磁场分布规律保持不变,但在中间场和远场区电磁场初始峰值将随回击速度的增大而增大.