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。

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。

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。

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。

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。

浙江省加油加气站雷电灾害特征及防护分析

根据雷电灾害资料和雷电监测数据对2000~2020年浙江省加油加气站雷电灾害特征及其防护进行统计与分析,以此为加油加气站的防雷安全和监督管理等工作提供科学参考依据:建议加油加气站在选址时避开雷电高发易发区,建设时注重电子系统设备的雷击电磁脉冲防护,日常加强雷电防护装置的维护。

新一代天气雷达站综合防雷设计探讨

根据成都新一代天气雷达站项目所处位置的地理环境、土质、气候、雷电活动规律,通过相关计算确定雷电的防雷等级。并根据国家相关规范以及相关标准,从直击雷防护、电缆与波导管的防护、雷达机房的防护、等电位连接、接地网设计、供电设施的防护、电子信息系统过电压防护等方面,概述雷达站的具体防雷工程设计,满足雷达站对防雷电入侵的基本要求。

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。

浪涌保护器SPD保护的不确定性

采用浪涌保护器(SPD)实现等电位连接并限制过电压到允许的电压等级是雷电电磁脉冲防护技术中的重要方法。由于SPD设计和施工带有多方面的不确定性,使被保护系统可能出现故障,导致SPD保护失效,因此从雷击特性的随机性、组成SPD元器件的击穿时延和分散性、多级保护盲区、雷电波在负载与SPD之间的反射振荡特性等方面进行了分析探讨,最终得出了SPD保护不确定性的必然性。

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.

飞行器雷击附着点数值仿真研究

雷击直接威胁飞行器的飞行安全,基于深入研究雷电电磁脉冲(LEMP)对飞行器的雷击特性,提高飞行器雷电防护性能的目的。文章应用一种静电场分析的方法,利用CST电磁仿真软件的EM工作室对某飞行器的等比例模型进行了雷击附着点的仿真研究,并详细讨论了放电间隙尺寸、雷击方位等相关参数的选择对飞行器闪电分区的影响,通过数值仿真的结果完成了对飞行器的闪电分区并与SAE-ARP5416标准分区进行对比,证明该方法是可行的,结论对该飞行器的雷电防护设计有重要的参考价值。

基于时域特征分布的核爆电磁脉冲识别算法

为解决近区核爆电磁脉冲(NEMP)与闪电电磁脉冲(LEMP)的识别问题,提出一种500 km内的时域自动识别算法,并详细介绍了关键环节的具体实现过程。对于多站接收到的同源电磁脉冲(EMP)信号,通过场强阈值触发和波形相关运算结合,确定各条波形时域分析的起始点;根据1000 km处各站直达波和反射波的时差估算电离层高度,以此高度计算时域分析的截止点。定义4个特征参数来表征该段时间范围内的波形特征,并通过对大量的LEMP样本进行统计,得到各个特征参数的分布特性,结合实测NEMP波形的特征参数,制定一套NEMP自动识别算法。实测数据验证结果显示,该算法可有效排除99%以上的LEMP干扰,并有效识别近区范围内的NEMP波形。

校园网防雷系统设计与应用

通过分析雷电的产生和危害形式 ,结合国家标准《电子计算机机房设计规范》和《通信局 (站 )接地设计暂行技术规定》 ,设计了西南科技大学校园网的防雷系统 ,保证了校园网安全稳定的运行。

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。