基于FDTD算法的分布式串联电感雷电回击模型特性研究

雷电通道模型被广泛用于低电离层的瞬态光学发射、雷电高能辐射、地球电磁环境以及雷电与各种对象的相互作用的研究中。介绍基于麦克斯维尔方程组的串联分布式电感模型,通过采用时域有限差分法(FDTD)对麦克斯韦方程进行数值求解以获得雷电通道的电流分布。为了获得所期望的雷电波传播速度及回击通道等效阻抗,在空气介质中的回击通道路径上加载离散化的电感。计算结果表明,在一定范围内合理选择分布式电感参数可以使雷电回击模型呈现获得所期望的电磁特性。

基于分布式串联电感雷电回击电磁模型的电流分布及辐射电磁场研究

雷电通道模型被广泛用于低电离层的瞬态光学发射、雷电高能辐射、地球电磁环境以及雷电与各种对象的相互作用的研究中,以确定电磁辐射源。雷电回击电磁模型采用麦克斯韦尔方程组进行全波求解,计算结果具有自洽性。本文对基于串联分布式电感雷电回击模型进行了研究,采用时域有限差分法(FDTD)获得通道中电流的时空分布,通过偶极子法计算相应的辐射电磁场。计算结果表明,分布电感值在2~10μH/m范围时,雷电流传播速度在c/3~2c/3范围之间;分布电感值越大,则雷电流传播速度越小,近区的辐射电场强度越高,同时其电场强度随距离的衰减也越剧烈;辐射磁场对分布电感值变化不敏感。

雷电回击DU模型等效电路仿真

从雷电对系统产生影响的实际出发,研究了国际上较通用的雷电回击模型,将其归纳为两大类,指出了雷电回击模型的共性特点及建立理想雷击模型的基本要求。以DU模型(由Deindorfer和Uman在1990年提出的一种雷电回击模型)为基础,建立雷电通道的等效电路,在PSCAD/EMTDC上进行仿真运行,重构了雷电回击电流波形曲线,将仿真得到的对地雷电流波形与原始实测电流波形特征参数比较,证明了该等效电路用于雷电研究的有效性。

雷电回击的工程模型

雷电防护的研究必须归根于雷电本身,即雷电物理学的理论研究。同时又要注重将这些理论成果转化为雷电防护工程的依据,以适用于工程的数学形式表达。本文参考国内外关于雷电放电及其回击通道模型文献,介绍了负地闪的雷电回击模型概念,主要论述了其中各常用的工程模型。工程模型是在对自然雷电观测基础上,忽略其中的次要特性,注重用数学语言来近似表达雷电一方面的特征。这就简化了模型的复杂程度,便于利用到雷电防护工程设计及其防护器件的研究中。

雷电回击参数对回击电磁场计算的影响研究

基于BG,TL,MTLL,MTLE和TCS5种模型,研究了雷电回击通道高度、回击速度和大地电容率对雷电回击电磁场的影响。计算中5种模型采用相同的通道基电流波形,通过计算总结了几种参数对回击电磁场的影响。

雷电回击通道电流影响因子仿真分析

雷电回击模型是雷电电磁场研究领域的重要环节,为了能够更深层次的研究雷电电磁场,着重介绍了雷电回击模型中的工程模型,并结合目前电磁兼容领域应用最广泛的通道电流随高度变化呈指数衰减(MTLE),选取Heidler函数为雷电回击通道底部电流波形,运用MATLAB进行仿真分析,改变模型中的参数,观察仿真波形,总结MTLE模型的特点及雷电回击通道电流的影响因子,有助于雷电防护事业的进一步探讨。

雷电电磁场空间分布模型

雷电对航天航空、国防军事等领域的设备、设施有着极大的威胁,但是,国内外的大多数研究都局限于地面建筑物与电子设备的雷电防护。针对这种情况,推导出空间任意场点处的雷电电磁场计算表达式。该表达式反映了雷电电磁场和雷电流回击速度、雷电流大小以及场点高度等多个因素的关系。数值仿真计算了地面场点附近的雷电电磁场,与实际的雷电电磁场的变化规律相吻合,验证了模型的可行性,可作为进一步研究雷电与飞行器在空间的交互作用的理论基础。

线路杆塔对雷电流分布和浪涌响应的影响

为解决现有回击模型在架空线路防雷性能计算时与实际情况分歧极大的问题,首先根据传统回击模型考虑线路杆塔与雷击通道以及杆塔与大地之间的反射,分析了杆塔对其电流分布及浪涌响应的影响,然后通过实例计算雷击电力杆塔雷击电流分布及其浪涌响应,总结出雷击通道回击模型以及杆塔电流分布的变化。分析表明,输电线路杆塔高度越高杆塔顶部浪涌响应越大,而杆塔波阻抗越小杆塔中入射雷电流越小,且最终相应地影响输电线路防雷性能。

雷电回击电磁模型

雷电回击模型是研究较低电离层暂态光发射的产生、雷电辐射能量、地球电磁环境特征和雷电与各种物体和系统的相互作用的需要。雷电回击电磁模型是基于麦克斯韦方程组的模型,这些模型相对较新且是适合雷电电磁场计算的所有模型中最精确的模型。分析了雷电回击电磁模型中使用的4种回击通道表示方法的优点和缺点,这4种回击通道是:(1)空气中的良导线或电阻线;(2)嵌入电介质(非空气)中的线;(3)空气中加载附加分布串联电感的线;(4)空气中带附加分布并联电容的线。此外,本文描述和比较了电磁回击模型中使用的不同的激励方法:(1)底部带指定阻抗(或电路)的闭合的带电垂直线;(2)三角间隙电场源;(3)集总电流源。最后回顾和比较了适用于雷电回击电磁模型的典型的数值计算方法:时域和频域矩量法(MoM)和时域有限差分(FDTD)法。

雷电脉冲对架空线干扰的高效时域数值分析

为了分析雷电脉冲对架空线的干扰,建立雷电回击通道模型,采用时域有限差分法(FDTD)计算线缆附近电场分布,并对传输线方程进行时域下的差分离散,计算架空线上的感应电压。通过与经典文献的案例比对,证明了方法的可靠性。与传统FDTD方法相比,计算速度快、内存占用少。