地表近区雷电回击电磁场的计算与特征分析

为了揭示雷电回击电磁场导数与回击通道底部电流导数之间的内在联系,基于传输线(TL)模型从理论上对地表近区雷电回击电磁场导数和回击通道底部电流导数进行了研究。用偶极子法精确计算电磁场的结果表明,在距离雷电回击通道50m范围内,电场导数的波形与回击通道底部电流导数的波形基本符合;在距离雷电回击通道200m范围内,磁场导数的波形与回击通道底部电流导数的波形基本符合。由此可得出结论:近区回击电磁场导数的波形与雷电回击通道底部电流导数的波形近似。     

基于斜向通道模型的雷电电磁场近场近似特性

为获得更加接近实际情况的近区雷电电磁脉冲场(LEMP)波形,利用偶极子理论对基于斜向放电通道模型产生的地表LEMP场进行了理论研究。通过近似处理,得到了基于TL模型的地表LEMP近场及其导数的一阶、二阶近似解析表达式。采用脉冲函数表示通道基电流,对比了精确表达式与近似表达式计算的电磁场及其导数波形,结果表明:在距回击通道50m以内,电磁场及其导数波形分别与近似电磁场及其导数波形基本符合;在相同距离内,电场与其一阶近似之间的偏差比磁场与其一阶近似之间的偏差小,电场与其二阶近似之间的偏差比磁场与其二阶近似之间的偏差大,且这些偏差都随着水平距离的增加而增加。     

人工引发闪电和自然闪电回击电流波形的对比分析

对2005年夏季在山东引雷实验中获得的一次传统人工引发闪电1μs时间分辨率的电流资料进行了分析。整个电流持续时间约1120ms,包含10次回击过程,时间间隔为18~210ms,平均为87ms;回击电流峰值的几何平均值为11.9kA,变化范围为6.6~21.0kA。通过人工引发闪电和自然闪电的对比分析,发现传统人工引发闪电的回击电流峰值(10~17kA)与自然闪电的继后回击(12~18kA)基本一致;空中人工引发闪电的首次回击(也有作者称为"小回击过程")电流峰值(24~37kA)略小于自然闪电的首次回击(30~45kA);不同地区下行自然闪电回击电流峰值存在最大约50%的差异;上行自然闪电回击电流峰值(8~10kA)小于其他类型的回击。     

近场空间LEMP波形特征研究

为了进一步探索近场区空间雷电电磁脉冲场的波形特征,对近场区空中不同高度处的雷电电磁场与回击通道底部电流之间的相互关系进行了理论研究。基于TL模型,通过理论推导得到了近场区空间LEMP和回击电流之间的关系。对比电磁场精确表达式与其两级近似表达式的波形,结果表明:在距回击通道50m以内、高度为几十米到几百米的空间内水平电场的精确波形与其两级近似波形基本重合;在距离回击通道200m以内、离地高度500m以下的空间内角向磁场的精确波形与其两级近似波形基本重合。     

几种闪电回击模型

介绍了 5种闪电回击模型 ,并在指定通道底部电流情况下对其进行了分析、比较。在这些模型的基础上 ,当设定底部电流波形时 ,可计算通道中的电流和电荷的分布以及由其产生的电磁场。     

闪电回击工程模型的有效性研究

为了分析几种常用的闪电回击工程模型的有效性,将回击通道底部电流表示为击穿电流和电晕电流的叠加,利用脉冲函数描述回击通道底部电流波形,选择了一种比较典型的回击通道底部电流波形参数,分别对Bruce-Golde(BG)模型、运动电流源(TCS)模型、Diendorfer-Uman(DU)模型、传输线(TL)模型、电流指数衰减的传输线(MTLE)模型和电流线性衰减的传输线(MTLL)模型6种回击工程模型产生的不同场区回击电磁场进行了计算,并将计算结果与实际测量得到的不同场区回击电磁场特征进行了比较。结果表明基于MTLL回击模型计算得到的不同场区回击电磁场能够符合实际测量回击电磁场所具有的4个特征:(1)电场与磁场都有1个快速上升的初始峰值,当观测距离>1km时该峰值的数值与距离接近成反比;(2)几十km距离以内的电场在起始峰值之后有1个缓慢的上升沿,其持续时间可长达100μs;(3)几十km距离以内的磁场在起始峰值后有1个隆起,其最大值在10～40μs之间;(4)50～100km距离之间的电磁场在初始峰值后几十μs内都有过零点。依据另外5种回击工程模型计算得到的回击电磁场不能与实际测量闪电回击电磁场的特征完全相符。因此,MTLL回击模型具有相对更高的精确度和有效性。     

实验室类回击电流与通道光强度的关系

利用高压实验室内的脉冲电流发生器,在间距15 mm的石墨棒电极间隙产生了具有快上升前沿的类回击电流,文中分别探究了不同电流极性及不同观测方位下的光强度波形特征.结果发现:负极性电流对应的通道光强波形下降沿总会出现一个驼峰,而正极性电流对应的光强波形下降沿较平滑,无驼峰现象;距放电间隙中心相同距离的不同方位观测电...     

火箭触发闪电的回击电流及电场特征分析

2019年夏季在广州开展了火箭引雷试验，成功地触发了14次闪电，总回击(RS)数达74次，平均回击数为5.3次，单次闪电的最大回击数为14次。该文对火箭引雷的回击电流及不同距离电场波形特征进行了分析。回击的间隔时间、峰值电流、10%～90%上升时间、半峰值宽度、1 ms转移电荷和1 ms作用积分的几何平均值分别为38.45 ms、12.38 kA、0.25μs、8.31μs、0.68C和2.12×10³A²·s，回击电流的转移电荷量和作用积分量均与回击峰值电流呈幂函数相关性。回击的先导电场强度峰值和回击电场强度峰值会随距离的增大而减小，而电场的10%～90%上升时间和半峰值宽度会随距离的增大而增大。回击电场强度峰值会随距离的增大而呈现出幂函数减小，且峰值电流与不同距离的先导电场强度峰值和回击电场峰值均呈现一定线性相关，距离越大，其线性拟合关系越好。     

基于波导反射系数的输电线路杆塔回击电流变化趋势研究

针对目前对杆塔不同位置处回击电流变化差异性研究相对较少的现状,主要采用雷击杆塔回击工程模型、双Heidler回击电流源模型,首先研究杆塔不同位置处回击电流变化特征,其次研究不同杆塔高度对塔底电流的影响,最后研究在不同波导反射系数情况下,塔底电流变化差异性。研究表明：回击电流在杆塔不同位置处的差异性较大,塔底回击电流峰值较塔顶高出33%;随着杆塔高度的增加,塔底回击电流振荡特征越显著;塔底回击电流峰值与塔底波导反射系数呈正相关,反射系数增大2倍,塔底回击电流峰值提高14.3%。     

高频大电流电抗器近场损耗分析

高频大电流电抗器要求磁路能够承受较大安匝电流而不饱和,在结构设计上往往需采用开放的空间磁路,但这会对周围元件造成电磁耦合,带来额外的近场损耗和引发局部高温问题。因此,详细分析了高频大电流电抗器的磁场分布特征,讨论了近场磁场对周围金属支撑件带来的高频附加损耗影响,并结合实际工程应用案例,进行理论分析与建模仿真,最终得出改善方案。     

基于斜向放电通道的地表雷电电磁场特性分析

为保护敏感设备免受雷电电磁脉冲场的危害并选择合适的防护措施,需要确定斜向放电通道下雷电回击电磁场的场强以及分布规律。为此,将雷电斜向放电通道的电流微元分解为垂直和平行于大地的分量。利用脉冲函数表示通道底部电流,结合回击电磁场的传输线模型,根据偶极子法求解Maxwell方程组,得到了斜向通道在空间产生电场与磁场的解析表达式。进而研究了通道倾斜程度对不同场区地表回击电磁场的影响以及回击电磁场随观测点位置的变化规律。结果表明:地表电场比磁场更易受到通道倾斜程度和观测点位置的影响,且地表电磁场强度波形峰值在近场、中间场和远场均随斜向通道与地面夹角的增大而减小,在远场和中间场随斜向通道与地面观测点之间方位夹角的增大而减小。     

A Verification of Estimation Accuracy of Lightning Current Waveform and Charge Transfer from Measured E‐Field Waveform

To establish effective countermeasures on power facilities against lightning damage, it is necessary to clarify the lightning characteristics such as current parameters at the area of interest. In order to collect lightning current parameters effectively, the authors have observed electric and magnetic field waveforms simultaneously at south Kyushu, where the lightning flash density in summer is high. Based on observed electric field waveforms, the lightning current parameters have been estimated by adopting the Diendorfer–Uman model (DU model) as the return‐stroke model. In this paper, the accuracy of the estimated return‐stroke current waveform is verified by comparison with directly measured return‐stroke current waveform, along with the accuracy of the estimated charge transfer from the electric field waveform measured with a slow antenna.     

地表LEMP及其导数的远场近似特性

用偶极子法计算了远区闪电回击电磁场及其导数 ,并与回击通道底部电流及其导数的近似性进行了比较。讨论了二者近似公式的适用范围 ,得出电磁场导数与电流导数在远区近似的条件比电磁场与电流近似的条件宽松的结论     

Negative First Return‐Stroke Current Peaks and Impulse Charge Transfer

For the effective and efficient insulation design of a power line, the return‐stroke current waveform parameters are indispensable. Charge transfer is one of the important parameters when damage to equipment on a power line due to the energy of lightning is discussed. The amount of charge transfer associated with a lightning flash or individual strokes can be estimated by using the electric field change obtained with a slow antenna. The authors observed the electric field waveforms in south Kyushu for the purpose of efficient acquisition of return‐stroke current parameters. In this paper, the authors discuss the relation between the negative first return‐stroke current peaks and the impulse charge transfer based on the observed electric field waveforms.     

闪电定位仪观测结果的修订分析

对江苏省电力部门和江苏省气象部门的两种不同闪电定位系统记录的地闪资料统计分析,发现电力部门的闪电观测记录明显比气象部门的多,而二者变化趋势基本一致,介绍了经采用剔除不可靠观测记录以及用回击、电流处理方法修正处理后的两套系统探测数据的对比分析发现,电力部门和气象部门的闪电记录相差很小,有关南京地区的闪电月分布、日分布、闪电密度空间分布大抵相符,表明这种对观测结果进行修正的方法是有效的,有利于双方资料的共享与互补。     

雷电回击模型在雷电电磁场计算中的应用分析

雷电回击模型是研究分析雷电产生电磁场特性的重要环节,介绍了雷电回击模型的假设条件、分类方法以及常用模型构建的物理思想和数学表达式,分析了两类模型的内在联系、几种雷电回击电流波形曲线和DU模型中部分参数对电磁场计算的影响,并为今后雷电回击模型的研究建立提出了建议。     

“先导－回击模型”与人工触发闪电特征参数计算

在关于地闪通道的“先导模型”和“回击模型”基础上,建立了“先导—回击模型”,并利用该模型对2005年8月2日3次人工触发闪电中观测到的12次直窜先导和继后回击过程的慢电场变化资料进行了闪电通道特征参量的计算。计算结果发现：3次人工触发闪电的高度分别在8．68、4．48和10．59km；直窜先导过程的电荷线密度范围为49．3～130．05μC/m；先导发展平均速度范围为0．23×10~7～1．48×10~7 m/s；先导平均电流范围为0．14～1．87kA；先导通道电压范围为7．94～20．33MV；继后回击中和的电荷量范围为0．16～1．21C；继后回击过程的回击平均速度范围为2．61×10~7～11．86×10~7m/s；回击平均电流范围为1．56～12．59kA。分析表明,“先导—回击模型”降低了对观测点站数和观测环境的要求,同时对通道具有较强的计算能力。