航空电磁超材料雷电冲击放电特性

随着航空电磁超材料在飞行器雷达天线罩的推广使用,其雷电防护问题亟待解决。针对方框型电磁超材料,使用冲击电压发生器、高速摄像机、普通摄像机,针对电磁超材料板的U50%冲击电压及放电路径开展试验,研究不同接地方式、不同电压极性的组合间隙及沿面放电特性。试验结果表明:方框型超材料沿面放电形貌受正、负极性电压的影响不大,表现为不规则的折线形放电路径,放电主通道并不唯一,同时存在流向另一接地位置的次级放电通道,越靠近放电附着点区域,次级放电通道越多,整个沿面放电形貌呈网状分布;雷电冲击电压下存在多条沿面主放电通路,组合间隙击穿前电磁超材料表面会产生沿面自放电通路,其沿面自放电通路为最终沿面主放电通路之一;组合间隙冲击放电流注发展过程的放电特性主要与电压极性相关,正极性冲击电压下由高压棒电极产生向下发展的下行流注,电磁超材料表面只有较弱的起晕;负极性冲击电压下分别产生对向发展的上、下行流注;雷电冲击电压下电磁超材料表面大量金属微结构单元阵列会产生上行流注和沿面自放电通路,其容易将雷电主放电通道引向超材料天线罩,导致分流条屏蔽失效。

电抗器类低电感负载雷电冲击耐压试验研究

为确保电抗器类低电感负载的雷电冲击耐压试验的有效进行,需要建立精确等值电路模型,从而产生标准的雷电冲击电压波形。分析了负载电感对雷电冲击的电压波形的影响。利用矢量匹配法结合小脑神经网络对电抗器等值电路参数进行了拟合预测,从而建立了考虑不同频段阻抗特性的电抗器模型。利用电磁瞬态计算程序(EMTP)仿真软件产生雷电冲击电压仿真波形,并讨论了仿真波形特征参数的有效性。传统的Marx冲击回路接入电抗器类低电感负载时会导致冲击电压波形波尾时间严重缩短。采用Glaninger冲击发生回路可以减轻受低电感负载影响的程度。利用矢量匹配法结合小脑模型连接控制器(CMAC)网络预测出电抗器电路参数值。由该值仿真得到的冲击阻抗特性曲线与实测曲线较为一致。仿真得到的冲击电压波形特征参数均符合标准规定要求。

雷电冲击作用下土体的变形特性分析

为研究雷电冲击作用下土体的变形特性,应用冲击波理论描述雷电冲击压力,基于麦克斯韦方程推导雷电在土中产生的电磁力表达式,采用Drucker-Prager弹塑性准则,建立雷电冲击压力和电磁力作用下的土体动态变形特性有限元模型,通过瞬态计算深入探究雷击过程中土体的变形特性,并结合土中应力分布特征对变形进行动力分析,采用正交分析法研究土体力学参数对模型结果的影响以及主次因素排序,分析主要因素和雷电流峰值对模型结果的影响规律。结果表明:一定雷电冲击作用下,土体变形呈先急剧增加而后变形速率逐渐减缓,经过部分回弹后再趋于稳定,在此过程中,土中应力变化动态规律与应力波传播规律类似;土体内摩擦角和弹性模量对土体变形的影响相对较为显著,参数较小时将造成明显的变形增加,且内摩擦角的改变将影响表面土体竖向变形曲线分布规律;此外,随着雷电流峰值的增大,电磁力对土体变形的影响程度显著提升。

雷电冲击对一二次融合成套开关电磁干扰研究

配电开关一二次设备标准化、集成化发展对长期处于复杂电磁环境下的二次设备可靠运行提出了更高要求。搭建雷电冲击电压试验平台,采集电压互感器二次侧、馈线终端输入及输出电压信号,分析得到冲击电压引起的二次设备端口电磁干扰频谱分布,并设计滤波方式对其进行有效抑制。结果表明:雷电冲击对电压互感器、馈线终端均会产生瞬态高频电磁干扰,辐射耦合引起的干扰电压峰值约为3 kV,频带为3.6~16.4 MHz。传导耦合引起的干扰电压峰值约为4.5 kV,频带主要分布在1.2~6.7 MHz、12.5~20 MHz。加入滤波装置后正负向干扰电压峰值降低均超过23%,且未发生故障现象。该试验结果为一二次融合配电开关二次设备电磁兼容研究提供参考。

输电杆塔雷电冲击全波电磁扩散响应数值模拟方法

输电杆塔遭雷电冲击会形成故障电流,容易在其附近形成跨步电压,造成严重危害,因此需要对输电杆塔雷电冲击全波的电磁扩散响应数值进行模拟,构建线路-杆塔-接地网的一体化模型,研究土壤电阻率、雷电幅值、波前时间对输电杆塔雷电冲击全波电磁扩散的影响。研究结果表明:电磁扩散响应速度随土壤电阻率与波前时间的增加而降低;雷电幅值的增大会导致电流密度与电磁扩散速度的增加,其对电磁扩散响应有积极作用。实验时间内,在雷电幅值影响下,电磁密度与电磁扩散速度均未出现峰值;而在土壤电阻率与波前时间的影响下,电磁密度与电磁扩散速度均存在峰值。

雷电电磁脉冲(LEMP)的特性分析及屏蔽

本文讨论了雷电电磁脉冲的危害,包括传导浪涌、辐射电磁场、感应电压,分析雷电电磁脉冲的特性;并以磁屏蔽为主介绍雷电电磁脉冲的防护,以及磁屏蔽材料的选择。

防雷电电磁脉冲(LEMP)的基本原则和方法

中华人民共和国国家标准<建筑物防雷设计规范>(GB50057-94)在2000年8月24日作了修订 ,增加了防雷电电磁脉冲(LEMP)的篇章(第六章),使我国的防雷工作从过去注重防直击雷阶段(含部分的防雷电波侵入内容)转入到综合防雷阶段,也使建筑物的防雷措施从单纯的外部防雷阶段进入到建筑物内部的LEMP防护措施与外部防雷并举的阶段.因此,<规范> 第六章防LEMP的内容的增加,对我国的防雷工作具有重要的意义. ……

变压器雷电冲击试验空间磁场对智能组件影响的计算分析

变压器智能组件在雷电冲击试验考核时,其电源模块、通讯模块等频繁发生故障,迫切需要掌握雷电冲击试验过程的空间磁场特性,以有效指导电磁干扰防护。通过试验测量获得了雷电冲击试验回路的电流波形,然后基于电磁场的三维有限差分（finite-difference time-domain,FDTD）算法进行空间磁场计算,最后由电磁兼容抗扰度试验标准评估雷电冲击试验时智能组件的受干扰程度。计算得到100%全波试验时,在距变压器1~6m典型智能组件位置处的磁场幅值均小于100A/m;而100%截波试验时可达160A/m。通过比较磁场变化率,可以发现,由5级脉冲磁场和5级阻尼振荡磁场抗扰度试验来考核智能组件承受雷电全波试验骚扰的能力是严格的,但考核雷电截波试验骚扰则不够严格。

导线雷电冲击电晕特性试验研究

雷电侵入波的特性对变电站内设备的绝缘裕度设计有较大的影响,而目前中国进行变电站设备雷电绝缘裕度设计中,忽略了输电线路的电晕会引起雷电侵入波衰减畸变,导致设计结果通常较为保守,因此有必要对雷电冲击电晕进行系统研究。在中国特高压交流试验基地开展了冲击电晕试验,对输电线路中常用的导线进行了雷电冲击电晕试验研究,总结了不同导线的雷电冲击电晕伏库特性曲线。试验结果表明:在雷电冲击下导线起晕较为明显,不同导线的伏库特性曲线表现出一定的规律性,且在正极性雷电冲击下导线表现出明显的起晕延时现象。基于试验结果可建立相应的线路冲击电晕模型,应用于电磁暂态软件中仿真计算线路冲击电晕对线路雷电侵入波的影响。

雷电冲击电流测试系统研究

目的 研究雷电冲击电流测试系统 .方法 用无感电阻网络分流器测量雷电冲击电流 ,并进行测量重复性、线性度试验和阶跃波响应试验 .结果与结论 所研制的无感电阻网络分流器符合国家标准 GB/T1 76 2 6 .5 -1 999和国际电工委员会标准 IEC6 1 0 0 0 -4 -5的要求 ,且可用于 k V级脉冲大电流的测量和雷电浪涌 (冲击 )模拟器短路电流的波形校准 .

雷电冲击电压下GIS瞬时绝缘数值分析方法

为描述雷电冲击电压下气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal-enclosed switchgear,GIS)绝缘被破坏过程的内在机理,提出一种瞬时绝缘数值分析新方法,采用电磁暂态分析与优化模拟电荷法相结合的方法,以某550kV GIS为研究对象,对雷电冲击电压下550kV GIS的瞬时绝缘特性进行仿真计算与分析。结果表明:新方法计算所得GIS场强峰值比传统绝缘分析方法高约8%左右;在0-15μs时间段内,GIS内电压虽未达到峰值,但由于电压变化剧烈,导致电场畸变严重,此时GIS绝缘被击穿的概率增大;在进行绝缘结构优化设计时,应抑制场强幅值变化率,以降低绝缘被击穿概率。

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。

雷电电磁脉冲的模拟研究

在分析雷电电磁脉冲特性的基础上,根据雷电辐射场在远场具有平面波的特性,组建了由脉冲发生器和平行板传输室构成的雷电电磁脉冲的模拟装置,实现了对雷电电磁脉冲远场的模拟。并对模拟器内部空间的场的均匀性进行了分析,对系统的重复性进行了验证。

地闪雷电电磁脉冲防护研究中的几个问题

发生在云地之间的地闪对地面物体和人类构成的威胁是不言而喻的,其回击过程对地面输送大量电荷,产生极强的电流,因而也伴随产生了极强的电磁辐射,这就是本文所要涉及的雷电电磁脉冲(LEMP). ……

雷电电磁场理论计算与模拟技术研究

为研究雷电电磁脉冲场对电子设备的电磁损伤机理和防护加固技术,在雷电电磁脉冲场理论计算的基础上,采用冲击电压发生器与GTEM室相结合,研制了雷电电磁环境模拟系统,其电场强度可高达400kV/m。通过改变模拟器的波头和波尾电阻,可方便地改变电磁脉冲场的前沿时间和半值时间,满足对各种雷电电磁环境模拟的需要。

雷电冲击电压对配电一二次融合成套设备测量准确度的影响

为解决一二次融合成套开关设备中二次设备受电磁干扰影响所导致的准确度问题,设计了一套抗干扰测量系统,并基于雷电冲击电压试验电路和抗干扰测量系统对配电网一二次融合成套开关设备测量准确度进行雷电冲击电压干扰测试,采集电压波形并进行时频域分析,得到导致其测量准确度下降的原因。提出在馈线终端采集单元基准端加保护器件和互感器二次输出端加滤波装置这2种防护方案,并对方案的效果进行理论分析和试验验证。结果表明,雷电冲击电压将通过互感器传至二次设备,使得互感器二次侧产生较高的耦合电压,其试验实测幅值达几千伏,频率在几MHz至30 MHz之间,对互感器的准确度影响较大;通过在互感器二次出线端口增加高频滤波装置能有效降低耦合电压,干扰信号强度降低为原来的20%左右,比差和相差降低为原来的40%左右。

雷电防护中的电磁兼容设计

本文阐述了电磁兼容设计的原理和防护措施,及雷击引起的空间电磁场效应和产生的电磁干扰,运用简化的数学模型分析了雷击电磁场变化,论述了电子信息系统对雷击电磁脉冲的防护原理,结合雷电冲击试验平台,介绍了电子信息系统的电磁兼容设计。

雷电电磁脉冲防护及SPD选择

根据雷电流的分量特征,分析雷电电磁脉冲的防护要点。结合IEC各委员会的相关文件,讨论建筑物电源引入处SPD的选择,并介绍IEC雷电防护委员会(TC81委员会)技术进展和工作方向。