雷电能的接收与利用分析研究

本文首先阐述了雷电能对人类的可利用性;然后介绍了雷电能的接收技术,包括生成机制研究、传播特性分析和危险性评估;接着,结合选址和安全控制等技术要点,文中提出了雷电能的接收与有效利用策略。在利用策略部分,详细介绍了包括与闪电利用、电能储存,以及民用电的转化等内容相关的一系列设想与具体应用策略,以期为相关行业的研究与应用提供有益借鉴。

科学小常识(2):雷电能制造天然化肥

雷电的危害非常明了，建筑物被击毁、人被击毙、雷电引发的森林火灾等，但是，雷电能为土壤制造出许多天然化肥，您可知道吗？

雷电能造成哪些危害

(1)雷电流热效应的破坏作用：由于雷电产生强大电流，瞬间通过物体时产生高温，使之被雷击而引起燃烧、熔化。

雷电能从这些地方溜进家

据媒体报道,不久前,深圳宝安西乡一位中年女士在家中厨房遭遇雷击,致其四肢及面部大面积烧伤。这让很多民众表示不解,怎么在家里也会被雷击中呢,莫非是传说中的球状闪电?中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室副主任吕伟涛在接受采访时表示,严格来说,可以安全躲避雷电灾害的室内是特指具有防雷设施的封闭式现代化建筑.

雷电间接效应多重脉冲组电流产生装置的设计

针对雷电间接效应多重脉冲组电流模拟需求,完成了雷电间接效应多重脉冲组模拟源的设计,采用20个Crowbar电路支路,通过分时放电的方式实现1个脉冲串内多脉冲输出需求,每个支路可以实现最小间隔30 ms的重复频率放电,从而实现3个脉冲串的输出需求。对放电支路的参数进行了详细设计,分析了电容、波尾电路电感、波尾电路电阻参数变化对输出特性的影响。分析了采用并联大电容实现放电电容重复频率快速充电的可行性,完成了装置的初步结构设计并结合装置结构简要分析了电路模拟参数设置的合理性。该装置建成后,可为电子、电气设备等开展测试提供技术支持。

安徽地区农村雷电灾害防御研究——以马鞍山市为例

文章利用基于安徽省2010—2020年闪电定位监测数据及马鞍山市1998—2022年雷电灾情统计资料,采用闪电密度(强度)计算模型,分析地闪活动频次、密度(强度)和雷电灾害时空分布特点。研究得出:地闪活动是雷电灾害的主要致灾因子;马鞍山地闪密度为0.04~1.50次/(km~2·a^(-1)),地闪强度为0.50~0.71 kA/(m~2·a^(-1)),地闪密度(强度)较大的地区发生雷电灾害的可能性较大;实施农村建(构)筑物内外防雷系统改造、雷电区域拦截、电气设备浪涌保护等综合雷电防御措施,可有效预防和减少雷电灾害造成的损失。研究结果以期为农村防灾减灾管理提供决策参考。

超/特高压输电线路雷电绕击分析方法及其适应性

输电线路雷击已成为制约电力系统安全可靠运行的首要因素,而500 kV及以上电压等级的输电线路主要以雷电绕击导线为主。该文在回顾电气几何模型发展历史的基础上,针对电气几何模型忽略大部分雷击物理过程的问题,详细分析先导发展法,包括雷击输电线路物理过程、先导发展模型参数选择、数值方法实现及模型验证,该方法能够全面模拟雷击发展的物理过程;最后,采用先导发展法分析影响线路绕击特性的因素,并讨论不同绕击分析方法的适用范围,对于500 kV及以上的超特高压线路以及同塔多回输电线路,宜采用先导发展法分析雷电绕击。该研究可为输电线路防雷设计及运行事故分析提供关键技术支撑。

雷电冲击下土体应力及弹塑性界面时程分析

雷电作为自然界一种极端天气的表现形式,常给地基、地面、高耸建筑等造成严重破坏。工程防雷措施依赖于土体雷电冲击特性。现阶段,研究人员大多从电气工程角度探究雷电冲击土体造成的危害,但因学科间的差异与局限,雷电作用下岩土工程与电气工程的交叉融合方面的研究十分欠缺。本文构建土体雷电冲击模型,基于电弧通道能量平衡方程计算雷电放电产生的冲击波压力,将冲击波压力作为外加荷载作用在土体中,并通过修正Mohr-Coulomb屈服准则考虑动荷载下土体应变硬化,利用土体的理想锁定状态方程(Idealized Locked Equation of State)和动态扩孔方法考虑冲击波非稳态加载,探究雷电冲击下土体的弹塑性界面及应力时程变化规律。研究表明:在雷电冲击下,土体应力随时间变化呈现先陡增后迅速衰减的趋势,应力突变点表明土体此时正处于弹塑性交界面;在应力突变点之前,土体附加应力趋于0,处于弹性状态。任一时刻下,随着逐渐远离雷电冲击点,土体应力呈现迅速衰减的趋势,应力发生突变骤降表明此处土体正处于弹塑性交界面;在突变点之后土体附加应力趋于0,处于弹性状态。土体压缩系数对土体的弹塑性界面变化具有显著影响,随着压缩指标增大,土体塑性区半径逐渐减小;随着土体黏聚力逐渐增大,土体塑性区半径逐渐减小;增大土体弹性模量可以增大土体塑性区半径,但变化幅度相对较小;电流波形对土体塑性区中的应力会产生较大影响,而对土体弹性区影响较小。

论雷电防护接地电阻降低方法及应用

近年来随着我国经济的发展,国家电网布局越来越完善,与此同时,雷电防护也成为了民生建设的重要部分。雷电作为一种激烈的放电现象,如果不利用现代科技进行合理的防范,很容易对群众生命和财产安全造成严重的危害。在雷电发生的瞬间,如果降低接地电阻,就能够缩小灾害发生范围,降低雷电灾害事故发生概率。本文从我国的雷电防护工作及相关技术出发,对现今常见的降低接地电阻方式进行汇总与整理,并提出当下雷电防护工作及接地电阻降低的改进路径。

广西高速公路沿线雷电灾害风险分析

为了解广西高速公路沿线的雷电灾害风险情况,制定有效的防雷减灾措施,利用广西高速公路路网数据、2016—2022年广西地闪数据和2019年广西社会经济数据进行统计分析。结果显示,广西高速公路沿线的雷击风险度中弱雷电占比0.77%,中等雷电占比16.36%,强雷电占比45.19%,特强雷电占比36.79%。其中,崇左市、北海市和防城港市的特强雷电路段占比超过60%,其他地区的强雷电路段比重均超过40%,北海市、防城港市和钦州市为无弱雷电路段区域。闪电强度分布中,二级闪电强度占比最大,达到46.28%。三级闪电强度以上的路段主要分布在北海市、防城港市、钦州市西南部、南宁市西南部以及崇左市除北部以外的其他地区。广西高速公路沿线中89.92%的路段处于雷电灾害风险一级的区域,其中北海市、南宁市、玉林市、柳州市和桂林市的部分路段处在高风险区域。

常用雷电灾害风险防护评价方法的对比分析

随着雷电对人类生命、财产和基础设施的威胁不断增加,认识雷电灾害,并能较为客观、准确、科学地对目标对象的雷电灾害防护能力作出评价,发现目标对象现有防雷措施的不足并加以完善,从而降低雷电灾害引发的各类风险显得尤为重要。通过对比层次分析法和模糊综合评价法在雷电灾害风险评估、评价研究中的应用,得出了在雷电灾害风险评估、评价中不同方法的优劣特性及适用范围。

基于多源监测数据的短时雷电精准预警算法设计

为保证雷电预警的精准性,为气象局提供可靠的预警信息,提出基于多源监测数据的短时雷电精准预警算法。该算法利用多普勒天气雷达、闪电定位系统以及大气电场仪,采集雷电的多源监测数据;将采集的数据传送至数据管理模块中,采用联合卡尔曼滤波算法,融合多源监测数据;预警展示模块以融合后的数据为基础,通过多变量局部异常系数方法进行雷电的精准预测,并呈现雷电的预警结果。测试结果显示:该算法概率均值结果与临界成功指数结果分别在0.90与0.915以上,能够较好地完成多源监测数据融合,预警雷电发生范围,提升雷电预警精准性。

雷电预警系统在大型原油储存基地的应用

雷击是造成大型原油储存基地发生火灾爆炸事故的重要原因,如何避免雷电危害已成为各大型原油储存基地夏季安全生产工作的重中之重。本文通过描述雷电预警系统的设计原理以及在某大型原油储存基地的实际应用情况,验证了雷电预警系统在监控雷电形成、雷电场移动等方面具有的准确性、时效性和前瞻性等特点,对保障大型原油储存基地夏季安全生产具有重要作用。

“双碳”目标背景下基于“云降水物理学与雷电学基础”课程的大学生创新教育实践

“双碳”目标的提出,为大气科学专业学的科发展和专业教育带来新的机遇和挑战。本文围绕“双碳”目标,基于“云降水物理学与雷电学基础”课程,挖掘云降水物理、人工影响天气和雷电物理三方面的大学生创新教育元素,结合大学生创新创业训练项目,分析大气污染物成因及相关效应、气溶胶的间接和直接效应、云降水物理结构与机制三方面的创新训练教育案例。

基于雷电预警灵敏度和及时性提升的防雷自动报警装置研究

随着科技的发展与进步,雷电事故的风险逐渐降低,但仍然存在一定的安全隐患,尤其在雷电多发的季节,防雷措施 显得尤为重要,为了有效降低雷电事故的风险,增强人们的安全意识和防范能力,因此本文旨在研究一种防雷自动报警装置,以实 时监测雷电活动,提升及时性和灵敏度,提醒人们及时采取防护措施。

1200 kV雷电冲击电压标准测量系统

目前,冲击电压测量系统溯源所需的国家计量标准系统额定电压只有700 kV,无法满足3500 kV及以上的特高压电器的溯源需求。对研制的1200 kV电阻分压器进行结构分析,并对建立的1200 kV冲击电压测量系统进行性能测试及改进,在700 kV电压范围内与已有的700 kV冲击电压国家标准测量系统进行比对校准,在700 kV至1200 kV电压范围进行线性度实验。对1200 kV标准冲击电压测量系统进行了不确定度评定,评定结果表明研制的1200 kV雷电冲击电压标准测量系统的试验电压、波前时间、半峰值时间的测量误差均在国际标准IEC 60060及国家标准GB/T 16927允许范围内,将我国的冲击电压国家标准测量系统额定电压等级提高至1200 kV。

气象标准约束力分析与评价研究——以雷电防御领域标准为例

发挥标准的技术支撑和基础性制度作用,标准约束力是关键,具有一定约束力的标准能够助推行业领域高质量发展。以雷电防御领域(X13)标准子体系为例,分析了标准的制度属性,评价了现行气象防雷标准的约束力。结果表明:气象防雷标准具有法律效力约束力、法律后果约束力、行政主导/干预约束力、市场机制约束力、契约约束力和自我约束力等6种约束力,简述了每种约束力的后果,指出了影响约束力的因素。研究结论可为气象防雷标准的应用、复审、修订以及标准体系规划提供参考。

接闪阳极参数对雷电弧材料损伤数值分析的影响

接闪材料遭受雷电直击损伤的数值分析中尚不清楚阴极-放电电弧-阳极结构下材料参数对损伤分析的影响。为此,该文以飞机常用金属和复合蒙皮材料为研究对象,基于热等离子体电弧的磁流体动力学理论,建立雷电电弧的电-磁-热-力多场分析及其与材料的耦合模型,研究不同材料参数对雷电弧材料损伤数值分析的影响。结果表明,接闪阳极材料的电导率和热导率变化会改变电弧-材料界面的电流和能量分布及其耦合过程,影响各过程对材料致损的贡献。接闪材料表面的洛伦兹力、磁感应强度和电流密度随着电导率和热导率变化0.1~20倍时,其峰值最大可分别改变622.2%、172.5%和63.5%,峰值位置最大可分别变化-54.8%、59.4%和-53.1%。该文可为接闪材料的雷击损伤数值分析和耐受能力改进提供参考。

输电线路雷电绕击风险评估多源数据融合可视化方法

直观描述超/特高压输电线路的绕击风险分布,展现线路结构、地形地貌、雷电活动等复杂因素的交互关系具有重要的价值,相关研究亟待深化。该文开展了绕击风险评估多源数据融合可视化方法研究。基于输电通道点云数据、EGM模型参数、绕击闪络率等多源数据特征分析,借鉴“以数生智”认知过程,提出了一种数据融合3维可视化框架及关键技术。该方法采用“档距-导线-断面-计算点-暴露弧”层级数据结构,按层级关联整合不同维度表达需求的数据,基于输电通道激光雷达点云空间开展以暴露弧为载体的绕击风险机理可视化,实现绕击闪络率、屏蔽机理、雷电流幅值等多源信息的综合立体展示,通过支持对限定条件的响应,实现了绕击故障分析应用。某500 kV线路档距案例应用结果表明:融合可视化能够发挥3维视图多尺度、多视角的优势,通过暴露弧与点云数据的信息互补,从机理层面揭示避雷线、地面对导线的屏蔽作用,提升数据展示的全面性、直观性。

高建筑物雷电光谱校正对通道温度反演的影响

雷电光谱强度因受到大气衰减特性、光栅响应特性以及相机光电响应特性等影响,导致光谱定量分析中通道温度的反演存在误差。以1次高建筑物雷电回击光谱为例,考虑相机和光栅的仪器响应对其进行校正,对比校正前后的光谱结构和谱线强度,并基于多谱线法利用1次电离的氮离子(NII)和中性氧原子(OI)谱线反演通道温度,分析光谱校正对通道温度反演的影响。结果显示:光谱校正后离子和中性原子谱线强度均明显增强,尤其可见光区域的连续谱强度明显增强,导致其谱线结构变化显著,而近红外区域的谱线结构变化不显著。利用校正后可见光区域的NII谱线和近红外区域的OI谱线反演通道温度时,线性拟合的决定系数均增大,反演准确度均得到提升。NII和OI谱线反演的通道温度平均值相比校正前分别降低4660 K和上升1540 K,且由OI谱线反演的通道温度低于由NII谱线反演的温度,说明它们分别对应雷电放电通道径向的不同区域。