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。

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。

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.

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。

电源电缆雷电感应电压特征分析

通过开展自动气象站雷电防护试验,测量并量化分析了自然闪电条件下电源电缆的感应电压,探讨和分析了闪电事件中不同埋设条件下电源电缆感应电压的特点和规律。结果表明:土壤对闪电事件回击阶段的雷电电磁脉冲具有明显的屏蔽作用。对同一次自然闪电,相对于埋设在地面的电源电缆,埋设在地下0.5m处的电源电缆上感应电压脉冲波形峰峰值为52.2%。在选取的起始脉冲时间段内,感应电压均呈衰减振荡波形。通过频谱分析,相对于地面电源电缆,埋地电源电缆感应电压频谱在50kHz^5 MHz的频段范围内频率分量的幅值始终较低,且保持了适当的比例,其中在905.5kHz^1.535 MHz的频段幅值降低得尤为明显。

地闪电磁脉冲对近地电缆外导体的耦合研究

采用时域有限差分法计算得出地闪回击电流近场在地面附近的分布,将场值代入离散化后的传输线方程后,计算了近地电缆外导体上的感应电流,分析了大地电参数、导线架高、长度以及与雷击通道距离等因素对感应电流的影响。计算结果显示,距雷击通道200m以内的近场对敏感设备及系统构成的威胁最为严重,应作为地闪电磁脉冲环境预测研究的重点。

电磁脉冲对数字电路的辐照法与注入法比较

为了研究电磁脉冲注入法在评价设备或系统中电子器件受电磁脉冲辐照作用的有效性,准确评价电子器件在工作时的抗电磁脉冲能力,选取了某导弹装备上信息处理模块的串行数据分配电路为研究对象,研究了2种雷电电磁脉冲对电路的辐照效应与注入效应,总结了耦合规律与作用机理,讨论了直接注入与辐射耦合的相关性,探讨了电磁脉冲抗扰度的实验方法.研究结果表明,电磁脉冲的注入法与辐照法是不相关的,注入法不能替代辐照法.

实验室精密仪器设备防雷电及过压保护系统研究与实施

雷电及过电压对实验室精密仪器设备的危害很大,轻则造成数据损失、控制设备误操作,重则毁坏设备。雷电危害实验室精密仪器设备主要通过电源线路和各种数据线缆以及地电位反击。因此,防止雷电危害应采取综合措施,做好各种线路的防护和等电位处理,给出了防雷的具体方案。

站房防雷接地的设计思考

研究目的:铁路站房有大量的旅客滞留,同时站房内设有供配电系统、建筑智能化以及客运服务、通信、信号等运输调度系统,为了保证人员、设备和运输生产的安全,必须做好站房的直击雷和雷击电磁脉冲防护,本文对站房的防雷接地进行系统研究,指出设计中的关键点。研究结论:通过分析得出:(1)铁路综合站房的雷电防护应采用外部防雷和内部防雷相结合的手段;(2)等电位联结是所有防雷措施中最为关键的一条;(3)综合接地1Ω的要求并不是每座建筑物都应满足。

水产养殖自动化系统的防雷保护技术

雷电引发脉冲电磁场对微电子器件设备造成侵害已成为水产养殖自动化系统损坏的主要原因之一。经对系统的现场实际情况和雷电入侵途径分析,提出了直击雷、雷电感应和雷电波的防护措施。对控制房和DCS柜采用避雷针、独立针的直接雷防护;系统电源分别采用箱式电源避雷器、电源避雷器、模块式电源避雷器作为三级电源保护,减少LEMP雷电电磁脉冲辐射;计算机网络与等电位地网间设置低压避雷器或火花隙,防止信号干扰和避免地电压反击;根据传输速率、工作电平、特性阻抗等,选择通信线路的信号防雷保护器的参数和型号。

浅谈如何利用法拉第笼原理防护雷电电磁脉冲

介绍如何利用建筑物钢筋结构形成法拉第笼式钢筋网,以屏蔽和防护雷电电磁脉冲。