典型雷电流频谱能量研究及危害分析

不同地区的雷电流具有不同的波头波尾参数,针对具体地区雷电问题的研究,采用符合当地雷电流特征的模型,所得结果将更为准确。本文通过总结Heidler函数所描述波形的一些规律,对北京地区的实际雷电流波形进行模拟,得出了用于模拟该雷电流波形的Heidler函数参数,并对此雷电流波形进行频谱分析,结果表明:北京地区的雷电电流波形振幅和能量主要集中在特低频和甚低频频段内,对远距离通信导航的影响尤为显著。     

雷电流建模方法及其对架空线路耐雷性能分析影响的研究

雷电流参数是输电线路雷电过电压分析和雷电防护分析的基础。总结了雷电流波形实测参数和雷电流模型,分别从波形和频谱两个方面对典型的雷电流模型进行了对比研究。利用PSCAD建立±800 k V特高压直流线路模型,采用不同的雷电流模型计算了线路的反击和绕击耐雷水平,结果表明:Heidler波和Concave波波头呈凹形,Concave波波头较Heidler波、双指数波和斜角波与实测雷电流波头最为接近。各雷电流模型的频谱都主要集中在0~100 k Hz以内,能量主要集中在0~50 k Hz以内,各雷电流模型频谱的区别主要在0~10 k Hz。雷电流波形对反击耐雷水平影响较大,对绕击耐雷水平影响较小。雷电流建模方法相同时,反击耐雷水平与雷电流波头斜率成反比。雷电流波形参数的实测结果分布范围较大,在输电线路防雷分析时,需要根据线路实际情况,测量和选取雷电流波形参数。     

分布式基站远端射频单元直流电源雷电浪涌防护

为了有效对分布式基站远端射频单元(RRU)直流电源进行雷电浪涌防护,需要对具体保护方式及效果进行研究。本文介绍了几种常见的塔放式RRU直流电源SPD防护模式,利用EM-TP软件搭建仿真模型,分析雷击通信铁塔时不同保护模式的防护效果,讨论铁塔高度和雷电流波形对RRU电源线泄散雷电流幅值的影响,最后计算不同雷电流波形下电缆与SPD承受能量占全部能量的比值。仿真结果表明:在-48 V、RTN线与铁塔三线间均安装SPD时防护效果最好,流经直流电缆的电流幅值最低,波形持续时间也最短。铁塔高度越低,流经电缆电流幅值越小,电流持续时间也越短。雷电流波头时间越短,流经电缆电流幅值越大。雷电流波形对电缆承受能量的百分比影响很小,但对SPD承受能量的百分比影响很大。     

10kV线路避雷器直击雷放电电流的影响因素研究

10 kV线路避雷器雷击放电电流是其试验方法、型号选择和运行寿命评估的关键问题。采用电磁暂态程序(EMTP)和电气几何模型法,分析了首次和后续雷击典型结构10 kV线路杆塔和导线的情况下,首次雷击和后续雷击的雷电流波头、波尾和幅值概率分布、杆塔接地电阻和杆塔高度等因素对避雷器放电电流的影响。结果表明:首次雷击引起的避雷器放电电流幅值、波尾、年预计雷击数比后续雷击大得多;取雷电流中值波头、中值波尾首次雷击杆塔情况下,避雷器放电电流波形能量大于标称放电电流8/20 s波形;雷电流幅值分布中值电流增大,线路避雷器放电电流波头、波尾、幅值和线路年预计雷击数都增加。     

不同雷电侵入方式下线路避雷器放电电流分析

国标中规定避雷器标称放电电流是用来划分避雷器等级的、具有波形的雷电冲击电流峰值,它关系到避雷器选择、试验考核及运行应力。然而实际运行中,避雷器(简称MOA)放电电流与8/20μs相去甚远。本文通过搭建500kV线路避雷器模型,对不同雷电侵入方式下线路MOA的放电电流进行了仿真计算,结果表明:雷击塔顶及绕击情况下MOA放电电流波头均比8/20μs短得多;相同雷电流幅值下,雷电流波头越长,MOA放电电流波头也越长且幅值越低;相同雷电流波形下,雷电流幅值越高,MOA放电电流幅值也越高且波头越长,且安装相数及雷电波波尾对MOA放电电流影响不大。本研究对避雷器的合理试验提供了一定的依据。     

配网金属氧化物避雷器额定重复转移电荷特性探讨

按照IEC 60099-4:2014标准规定,配网用金属氧化物避雷器的能量吸收能力应采用8/20μs波形的雷电冲击电流进行考核,GB/T 11032—2010标准规定采用方波冲击电流进行考核。本文分别对两个系列的金属氧化物电阻片进行方波冲击电流耐受试验和8/20μs雷电冲击电流试验,记录试验前后参考电压数值、波形及残压数值,并对数值、波形进行分析、比对,证实不同系列的金属氧化物电阻片对方波冲击电流和8/20μs雷电冲击电流的响应特性不同,提出配网用避雷器应采用8/20μs雷电冲击电流进行考核,拟修订的GB/T 11032标准应参照IEC 60099-4:2014标准对相关条款进行修订。     

基于RS-485接口的电涌保护器设计与应用研究

针对PLC、DCS、ESD、FGS等系统的RS485通讯端口,设计一款RS-485通讯的电涌保护器。主要目的是防止通道电缆、通道线引入的暂态电磁干扰(感应雷电电涌、开关操作电涌等),导致电子系统、通讯端口的损坏而造成数据丢失。对IEC标准中指定的雷电波形进行频谱函数分析,得出雷电波振幅和能量在频段的分布。详细阐述抑制电涌电路的具体设计方案以及多级防护中元器件参数匹配的选择。通过理论计算与试验表明:该SPD具有抗电涌冲击能力强、电压保护水平低、插入损耗小等特点。最后结合现场应用,提出防雷接地布局建议,提高防雷系统的整体水平。     

架空配电线路感应过电压计算方法适用性研究

针对现有雷电感应过电压数值计算模型工程适用性不强的问题,分析了雷电感应过电压产生的物理过程,基于时变电磁场理论提出了架空线路雷电回击入射场与感应场的电磁耦合关系,推导得出了架空线路雷电感应过电压时域波形的解析计算模型。计算分析了雷电流幅值、回击速度、雷电流波形对架空配电线路感应雷过电压时域波形的影响规律,结果表明:随着回击放电速度的增加,相同条件下感应过电压幅值有所降低且波头时间增加,当回击电流波前时间增加时,感应过电压幅值也显著降低。该模型解决了传统规程法忽略电磁分量且无法分析工程约束条件对感应过电压波形影响的问题。     

雷直击建筑物时内部磁场分布

雷直击建筑物时,流过结构钢筋的雷电流将对室内的电子系统产生电磁干扰。通过麦克斯韦基本方程,求出空间的矢量磁位,得出空间磁感应强度分布的表达形式。根据我国电力系统过电压保护和绝缘配合规程所用的雷电参数,采用波形为2.6/50μs的双指数波电流波形及幅值为10 kA的雷电流进行计算;并通过Matlab编程计算得到所需解。结果表明,导出的雷直击时高层建筑物内暂态磁场的计算公式,能反映出雷电流波头陡度对磁场的影响,这对采用短波头雷电流源进行磁场计算是很重要的。该计算方法在时间和空间上离散化,便于采用计算机对高层建筑物内雷电磁场的计算与分析。     

配网线路避雷器雷电放电电流和吸收能量特性分析

配网线路避雷器雷击放电电流特性是其动作负荷、残压、型号选择、试验考核和运行寿命评估的关键依据。在建立配电网输电线路防雷计算模型的基础上,用电磁暂态计算程序ATPEMTP对无避雷线的典型10 kV配电线路在不同雷击途径下流经线路避雷器的雷电放电电流和吸收的雷电放电能量进行了计算分析。研究了不同波形、幅值雷电流侵入时,不同杆塔冲击接地电阻下,线路避雷器的放电电流和吸收能量特性,分析了雷电流幅值、波形、冲击接地电阻对放电电流的幅值、波头时间、波尾时间和避雷器吸收能量的影响。研究结果表明:雷直击线路时,避雷器放电电流幅值和吸收能量均随冲击接地电阻阻值的增大而减小,而雷击塔顶时相反。     

高效雷电流H波发生器电路的仿真研究

为了雷电间接效应测试需要,提出一种能量效率较高的冲击电流发生器电路拓扑。该拓扑可以产生缩比雷电流H波。从串联RLC回路出发,运用Multisim仿真设计软件,着重研究回路参数对于冲击电流波形的影响程度,总结了电流峰值、波前时间和半峰值时间与电路参数的关系表。设计了满足标准要求的H波电流发生器电路,实际测试结果显示波形与仿真分析相吻合。该高效电流发生器拓扑可以为一般非振荡的指数波发生器设计提供借鉴。     

用于飞机闪电环境测试的连续多脉冲冲击电流发生器电路设计与仿真

随着飞机雷电防护技术的发展,需要能够产生多种大电流波形的设备来模拟雷电流进行相关测试。不同的闪电过程主要在电流幅值、转移电荷量、脉冲电流波形形状有所不同,根据这三方面因素,美国机械工程师协会航空推荐准则(SAE ARP 5412A)和美国国防部军用标准(Mil-Std-1757)等相关标准定义了飞机闪电环境测试波形参数。为了满足飞机闪电环境测试要求,本文设计了一套连续多脉冲冲击电流发生器,由产生不同波形的四部分组成,可用于雷电防护测试和特殊放电环境测试,旨在模拟闪电环境并对飞机雷电防护措施有效性做出验证,为机体设计和结构优化提供试验平台。     

基于雷电流频谱特性研究提高线路耐雷性能的方法

输电线路防雷机理和措施一直以来是国内外研究的热点,在输电线路防雷保护基础研究中,雷电流参数具有重要研究意义。针对雷电流基础参数结合雷电流频谱特性,从滤波角度探索研究提高输电线路耐雷性能的新方法。首先,基于各种雷电流模型简要分析雷电流频谱特性。其次,采用3阶巴沃特斯低通滤波器对雷电流进行滤波分析,仿真结果表明,滤波后雷电流波形发生明显变化,波头变平缓即陡度下降但幅值变化较小。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立了某110kV、220kV和500kV输电线路耐雷性能仿真模型,仿真分析了雷电流滤波前后对各电压等级输电线路反击耐雷水平的影响。仿真结果表明,雷电流滤波后各电压等级输电线路绝缘子串两端电压波形变得较平缓、光滑,其反击耐雷水平得到了大幅提高。因此,可结合雷电特点及滤波器的可实现性方面设计基于滤波器概念的新型防雷装置。     

传输线耦合雷电电磁波过程的分析方法

针对传输线耦合雷电电磁波形成过电压对电子设备造成干扰及损坏的问题,将雷电闪电通道等效为辐射线天线,建立雷电回击通道、传输线、大地一体化模型,利用传输线模型所得理论推导公式与试验相结合的方法,对传输线耦合自然界雷电与模拟雷电进行对比分析,并计算了传输线耦合雷电电磁波形成过电压波形的幅值及能量。得出:当雷电回击通道中雷电流在5 kA~45 kA范围时,传输线耦合雷电电磁波形成的过电压幅值与雷电流大小呈较好的线性关系,耦合的能量与雷电流大小呈幂函数关系;雷电过电压在传输线传输过程中激励出高频分量电压,并对其特性进行分析。试验结果和理论分析结论相吻合,研究结果对传输线雷电防护具有一定的指导意义。     

多脉冲下架空线缆耦合雷电电磁波特性分析

传输线缆在电力输送和信号传输领域中扮演着十分重要的角色,传输线耦合雷电电磁波产生的过电压、电流对整个传输线系统产生很大的影响。本文通过建立架空线缆、闪电通道一体化模型。利用模拟8/20μs单脉冲雷电流及多脉冲雷电流进行试验,得出结论如下:架空线缆耦合电压波形以阻尼振荡波形式衰减;耦合电压幅值整体随冲击电流的增大而增大,多脉冲条件下耦合电压幅值与冲击电流峰值不是对应的比例关系;单脉冲冲击下,耦合的能量随冲击电流峰值以指数形式增加,多脉冲冲击下,耦合的能量整体随冲击电流峰值的增加而增加,但是当耦合电压出现重叠、互连现象时,其会在几微秒内耦合到大量的能量,从而出现低雷电流高能量的现象。试验所得结果对架空导线在实际的防雷保护中有一定的参考意义。     

用于测量工频和雷电流罗氏线圈的研制

针对带磁芯的罗氏线圈测试大电流时候出现磁饱和现象导致线性度差以及空心罗氏线圈测量小电流时候增益不大、测试不准等问题,利用柔性罗氏线圈、积分电阻、高输入阻抗有源放大器等部件研制出了一种用于检测雷电流与工频电流的宽带有源柔性线圈。当存在雷电电流或工频大电流作用于测试通道时,将直接由采集示波器采集通道中电流的幅值以及波形;当存在微小工频电流信号作用于测试通道时,线圈与外积分电路配合使用可用于检测微弱的工频电流。做实验之前,先用multisim软件对罗氏线圈等效电路进行仿真,根据仿真结果来制作、测试线圈。线圈研制完成之后,分别使用短路电流波以及不同大小的工频电流来测试线圈测量的误差率,柔性罗氏线圈对工频小电流和雷电流的测量起到一定的工程应用价值。     

避雷器耐受输电线路雷电绕击的能力分析

对雷电绕击输电线路时 ,线路避雷器的雷电放电电流及吸收的雷电放电能量进行了分析计算。分析表明 ,绕击时避雷器能够耐受雷电作用时的放电电流和吸收的雷电放电能量。     

金属管内同轴线耦合雷电电磁波特性的分析

针对雷电电磁波对具有金属管保护的架空同轴线造成传输信号干扰、设备损坏等问题，通过对同轴线耦合理论的分析，利用理论与试验相结合的方法，采用大型雷电冲击发生器模拟雷电流进行冲击试验，得到以下结论：随着冲击电流的增大，线缆上的耦合电压也越大，金属管内的同轴线耦合的电压总比管外的同轴线耦合电压更小，管径越大耦合电压更小，当管径达到一定尺寸时，可以将管内的同轴线耦合电压降低在1 V以下，有效保护线缆终端的电子设备不受到过电压而有损坏；由频谱图可知，耦合的最大振幅均集中在10 kHz;同轴线在终端屏蔽层接地时能有效减小耦合雷电电磁波产生的过电压，最后通过曲线拟合，反推出当冲击电流为35 kA时，长度为30 m的同轴线耦合的峰值电压为69 V,所得的结论对同轴线在进行雷电防护中有一定的参考价值。     

配电变压器雷害绝缘故障影响因素及其防护措施研究

配电变压器的安全运行面临着严重的雷害威胁,需要合理分析其雷害绝缘故障影响因素。通过EMTP软件计算配电变压器遭受的雷电直击过电压和感应过电压,根据雷电过电压和绝缘故障出现的随机特性,利用区间组合统计法考虑雷电流幅值、雷电流波头陡度、雷击方位等因素的影响,计算配电变压器雷害绝缘故障概率。讨论线路安装避雷器、变压器高压侧安装避雷器对于降低配电变压器雷害绝缘故障的防护效果。分析结果表明:配电变压器雷电过电压波形均存在一定程度振荡,感应过电压波形振荡更为剧烈,但雷电直击过电压对变压器绝缘危害更大;配电变压器过电压概率密度分布曲线随着雷电流波头时间的减小、雷击点距线路水平距离的减小而整体右移,出现高幅值过电压的概率增大,导致变压器绝缘故障概率随着波头时间的减小、雷击点距线路水平距离的减小而增大。配电线路和变压器高压侧安装避雷器能够有效减少变压器雷害绝缘故障,但防护效果受接地电阻影响非常大,因此需要尽可能降低避雷器接地电阻以减少绝缘故障。     

双绞线耦合雷电电磁脉冲特性的分析

针对双绞线耦合雷电电磁脉冲的问题,利用试验和理论相结合的方法,建立了双绞线接收雷电电磁脉冲的试验模型,得到了双绞线耦合雷电电磁脉冲电压及频谱特征,试验结果得出:1)双绞线间接入100Ω匹配电阻的情况:双绞线的耦合电压随着冲击电流的增大而增大,可是增加线缆高度对双绞线的耦合电压并没有太大影响。2)双绞线对地接入负载电阻的情况:在相同高度下,双绞线的耦合电压与负载电阻值呈正相关关系;在电阻不变的情况下,高度越高,耦合电压值越大。3)耦合电压的频谱特性:频率主要集中在8 k Hz和2.3 MHz这两个频点周围且耦合电压的幅值与负载电阻和冲击电流皆成正比例关系。试验结果与理论分析基本吻合。研究结果对双绞线耦合雷电电磁脉冲的抑制有一定的指导意义。