LEMP空间表达式求解及分布规律研究

利用偶极子理论对Maxwell方程组进行了求解,得到了垂直通道与斜向通道模型的雷电电磁场解析表达式。基于此表达式分析了不同高度处雷电电磁场的空间分布规律。研究结果表明,在垂直通道与斜向通道模型中,垂直电场和磁场受观测点高度的影响随水平距离的增加而减小,但是对水平电场而言,在垂直通道模型中其初始峰值随着观测点高度增加而增加,在斜向通道模型中,当观测点在通道下方时电场峰值随着观测点高度的增加而增加,当观测点在通道上方时高度越高电场峰值越小。

LEMP模拟装置的研制

本文提出了一套雷电电磁脉冲 (LEMP)模拟装置 ,以模拟闪电时的远场电磁环境 ,用于测试电火工品和电子器件对LEMP的感度。它由冲击电压发生器和平行板横电磁室 (PPTC)组成。本文对装置的功能进行了理论分析和实验研究 ,结果表明

直流电源的LEMP效应试验研究

为了比较研究雷电浪涌对直流电源注入冲击效应和辐照效应,对开关电源和集成稳压电源2种直流电源,根据国际标准进行了雷电浪涌的注入效应试验,并采用自制的平行板传输室辐照装置进行了LEMP辐照效应试验。试验结果表明,2种方法并不相关,在评价电源的雷电效应时,不仅要考虑受直击雷的影响,还要考虑雷电电磁感应的影响。

HEMP和LEMP的实验室产生方法

分析了高空核电磁脉冲(HEMP)和雷电电磁脉冲(LEMP)的特性,介绍了实验室产生强电磁脉冲的方法。设计了一种电磁脉冲模拟装置,该装置由Marx发生器和吉赫横电磁波(GTEM)室组成。为了获得前沿小于10ns的电磁脉冲,该装置采用了前沿陡化技术。初步实验研究表明,采用这种装置能够产生波形参数满足要求的高空核电磁脉冲和雷电电磁脉冲。

固体火箭电缆线路雷电感应仿真研究

固体火箭低空飞行时很有可能遭遇雷击从而造成其内部电气设备的损坏。为了研究雷击信号下固体火箭周围的电磁环境及其内部电缆上的感应电流,建立了固体火箭的仿真模型,基于CST电缆工作室中的TLM时域求解器对固体火箭周围的电磁场及其内部线缆上的感应电流进行了仿真。结果表明,固体火箭开敞尾端的电磁环境较为恶劣,同轴线芯线较单线上的感应电流更小,对屏蔽层加厚或使用双层屏蔽则可以获得更好的屏蔽效果。所得结果对厘清雷电电磁脉冲对固体火箭内部线缆的电磁效应继而开展其雷电防护工作具有重要的实际意义。

水平分层大地电导率对倾斜通道LEMP场影响研究

为了得到水平分层条件下,放电通道倾斜角度、大地电导率以及分层土壤厚度对倾斜通道雷电电磁脉冲(LEMP)场的影响规律,在差分条件下对三维直角坐标系的倾斜放电通道加源方程进行了推导,在此基础上利用时域有限差分(FDTD)法对倾斜通道雷电电磁场进行了建模。研究结果表明,当放电通道倾斜角度改变时,雷电电磁场峰值会随着倾斜角度的增加而出现明显的上升,同时观测点与雷击点之间的距离越大倾斜角度对电磁场的影响越明显。当电导率发生改变时,上层电导率主要影响电磁场的峰值,而底层土壤电导率主要影响电磁场的下降沿陡度和波尾幅值,对电磁场峰值影响较小,基本可以忽略。此外,电场波形的下降沿陡度随土壤上层电导率的减小而增加,随下层电导率的减小而降低。当上层土壤厚度改变时,在影响深度范围内电场波尾幅值会随着上层厚度的增加而增加,但电磁场峰值基本不受影响,而且随着水平距离的增加表层土壤的影响深度在不断加大。

基于电磁屏蔽技术保障信息机房安全方面作用的研究

文章结合近年来全国雷电灾害汇编及典型案例选编统计数据,通过分析雷电电磁脉冲产生的成因及其危害,参照现行电子信息机房建设相关的防雷技术规范,以及电磁屏蔽技术的基本原理,提出了针对信息机房防护雷电电磁脉冲的具体屏蔽措施,旨在为后期的电子信息机房建设工程实践提供参考建议。

采用最优集成学习的小样本电磁脉冲信号分类

闪电与核爆电磁脉冲分类是核检测系统中的关键问题,其主要难点便是其正负样本不均衡程度可达到104,因此我们提出了一种名为SMALLBAG的集成学习分类方法。针对小样本问题,通过对少数类样本进行数据增强和多数类样本重采样的方法重新构建新的训练数据集,分别提取时域、频域、小波域的特征以表征信号。针对样本不均衡问题,提出了基于新采样数据集的集成学习方案,减少样本不均衡影响同时提高分类准确率。该模型能够在保证准确率的同时保证实时性要求,试验结果显示识别准确率可达99.99%,测试速度为每个样本0.67 ms。

基于粒子群算法的火箭抗雷电加固设计

针对雷电击中火箭时对火箭内部电气设备造成干扰和损伤等间接效应的防护问题,分析了箭内电气设备的一些共性加固方法,基于箭内典型电气设备受雷电电磁脉冲的干扰途径建立了火箭抗雷电加固设计的传导干扰模型和辐射干扰模型,在此基础上提出了基于粒子群算法的箭内电气设备抗雷电间接效应的最小质量增量设计方法。优化结果表明,所提方法在满足防护指标的前提下控制了火箭的质量增量最小,对提高火箭的总体性能具有十分重要的工程意义。

基于自适应信号分解特征集成学习的电磁脉冲识别方法

为准确高效地识别核爆电磁脉冲(nuclear electromagnetic pulse,NEMP)和闪电电磁脉冲(lightning electromagnetic pulse,LEMP),提出一种基于自适应信号分解和集成学习的识别分类方法。首先,针对样本不均衡问题,利用数据扩增方法对数据集进行预处理;然后,采用希尔伯特-黄变换对NEMP和LEMP分别进行自适应信号分解;其次,对分解信号提取其在时域、频域和小波域的特征;最后,对提取特征采用集成学习算法进行识别分类。试验结果表明,该方法在实测数据上的准确率能够达到99.99%以上,LEMP信号的误报率低于万分之一。

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。

屏蔽室线缆滤波器雷电防护性能评估

加装滤波器是抑制屏蔽室电源线和信号线传导干扰的常见方式之一。为研究屏蔽室线缆滤波器雷电冲击下的防护性能,分别进行了六种型号信号线滤波器和五种型号电源线滤波器不同等级的雷电脉冲注入试验。通过监测滤波器输出端残余电流,并测量滤波器输出线和壳体之间的绝缘电阻来评估其防护效果。试验表明:信号线和电源线滤波器雷电脉冲注入时的残余电流多数大于同等级核电磁脉冲注入时的残余电流;电源线滤波器在雷电脉冲注入时的残余电流峰值可达上千安培,传统线缆滤波器对雷电脉冲和核电磁脉冲传导干扰的防护能力有限;试验中应重点关注滤波器的非线性效应,特别是高等级电流注入时残余电流低于限定值而低等级电流注入时残余电流超出限定值的情况。

中高层电参数的昼夜差异对地闪回击电磁场传播的影响

基于麦克斯韦方程组,计入中高层大气电场对电子加热、电离、吸附的非线性效应,以标准经验模式(NRLMSISE,IRI)提供的参数及构建的大气电导率剖面作为背景值,采用二维时域有限差分算法,建立一个地闪回击电磁场在大地-电离层波导中传播模型。选取海南岛北部夏日12时为日间参数,00时为夜间参数,分别模拟220 kA峰值的强地闪回击产生的大气电场变化。结果显示:日间辐射场值在海拔60 km处开始衰减,而夜间辐射场则到海拔80 km处开始衰减,回击产生的强电磁波在晚上能穿透到更高的高度上,因而夜间高层比白天更容易产生空气击穿效应,发生电子密度短暂增强和瞬态发光事件等现象。

高层建筑物电梯综合雷电防护技术探讨

高层电梯综合防雷系统包括建筑物外部防雷措施和内部电梯防雷措施,由建筑物主体结构的接闪器、引下线、接地装置、电梯空间屏蔽、共用接地系统、设备屏蔽、安全隔离、等电位连接、合理布线、浪涌保护等措施构成。为了保障高层电梯在恶劣气象环境下仍能安全运行,减少电梯雷电灾害事故,结合福建省高层电梯雷击灾害的案例,在《建筑物防雷设计规范》、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的基础上,开展高层建筑物电梯雷击调查及防护技术研究,从源头上找出电梯可能存在的雷击风险,从电梯机房及井道的土建结构设计施工、电梯供电电源的设计施工,到电梯产品的设计、现场安装,建立一整套完善的高层建筑物电梯综合防雷设计方案,给出了雷电防护整改措施,完善电梯综合防雷系统。研究结果表明所提的高层电梯综合防雷系统更能有效提高电梯抗击雷击能力,确保了电梯在雷雨季节恶劣气象条件下仍能安全可靠运行。

白沙水电站防雷设计改进措施探微

针对广东四会白沙水电站因雷击发生频繁烧毁设备和造成机组停机等现象进行原因分析,发现该电站主要故障与事故原因是防雷措施不完善造成的。在2022年机组改造时,对该电站的防雷设计也进行改进,主要是限制中压侧雷电侵入波的陡度,抑制发电机绕组中性点侵入波的全反射过电压以及低压侧,按IEC相关LEMP的原则正确划分LPZ和分级选择设备的绝缘配合水平。经过改进,今年虽遭几次雷击,电站均未出现设备故障或损坏现象,防雷效果良好。经了解,广东省此类电站甚多,相应防雷措施可供其借鉴。

基于多阶FDTD雷电感应过电压计算新方法

传统的经验公式法估算架空线雷电感应过电压误差大且存在影响因素考虑不全面的局限性。对此提出一种基于多阶时域有限差分的数值计算新方法。该方法采用一阶时域有限差分(FDTD)法计算回击电流所引发的雷电电磁脉冲(LEMP);采用二阶时域有限差分(FDTD 2nd)法求解耦合电路的Agrawal微分方程,计算不同工况时LEMP激励下架空导线的感应过电压。该方法采用多阶FDTD技术实现了高稳定性和高精度的数值计算,与火箭引雷试验对比证明计算准确性。仿真计算表明:回击电流幅值对感应电压幅值影响明显,对波形影响小;回击电流波头陡度对感应电压波形影响较大,对幅值影响较弱;多导线之间有"屏蔽效应",该效应受导线排布方式影响明显。

电磁脉冲与连续波对数字电路的辐照效应比较

为了比较不同类型的干扰源对数字电路的辐照效应,以串行数据分配电路为研究对象,以平面连续波和雷电电磁脉冲为干扰源,研究了不同类型的干扰源对数字电路的影响,通过改变辐照场强、频率等试验条件,总结了不同干扰源对数字电路的干扰规律,分析了干扰机理,并通过电路仿真进行了验证。试验结果表明:不管是连续波还是电磁脉冲,均能对数字电路造成干扰,但二者对数字电路的干扰结果不同,连续波辐照时,主要影响多谐振荡器方波的高、低电平持续时间及占空比,而电磁脉冲辐照时,则会产生一段频率远高于方波信号的振荡,而且在信号处于低电平时比高电平时更容易受到干扰。

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.