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。     

闪电连接高度对地面电场波形的影响

传统回击模型认为回击从地面始发往云层发展,最新针对闪电连接过程的观测事实表明,闪电的先导连接过程发生在地面以上高度,先导连接后闪电连接高度处会产生上行回击电流和下行回击电流,并沿通道分别向云层和地面发展.该文提出考虑闪电连接高度的回击发展模型,计及在连接高度处的回击电流双向传输模式,利用该模型计算分析距闪电通道不同距离...     

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。     

用偶极子法对闪电电磁场的计算

为研究闪电回击产生的电磁场 ,建立了一种简单的闪电回击电流模型。由电流密度的时空分布 ,用偶极子法计算了电流源产生的电磁场 ,给出了不同距离处电磁场的值。     

闪电定位资料与人工引雷观测结果的对比分析

闪电定位系统(LLS)是目前最主要的雷电监测手段,在雷电预警以及雷电防护等工作中起着重要的作用,但其性能指标大多基于理论分析,实际检验工作一直比较缺乏。为了对闪电定位结果的精确性进行检验,利用2007/2008年广州从化人工触发闪电的近距离光电观测数据,分析了广东电网闪电定位系统对人工触发闪电事件及其回击过程的探测效率和探测精度。结果表明:对于14次包含有回击过程的人工触发闪电事件,闪电定位系统共探测到13次探测效率约为93%(即13/14);对于能够利用观测资料确认的62次回击过程,闪电定位系统共探测到26次,探测效率约为42%(即26/62);参与定位的站数≥3个的回击记录有24次,其中有21次回击过程属于接地点已知的地面触发闪电事件,闪电定位系统对这些回击过程接地点位置的平均定位误差约为760m;对于其中9次有雷电流直接测量结果的回击过程,闪电定位系统雷电流峰值反演结果的相对误差约为14%。     

负地闪先导-回击过程的光学观测和分析

为了解闪电先导传输的过程以及雷电灾害产生的机理,利用高速摄像观测自然闪电的资料,结合地面电场变化观测,分析了27次自然负地闪先导-回击发展过程的特征。结果表明:>90%的负地闪首次回击前下行梯级先导具有明显的多级分叉现象,随其下行发展,接近地面时分叉逐渐增多,先导的发展速度为104~105m/s量级;约30%(8/27)的地闪具有多个接地点;约44%(12/27)的地闪具有多次回击,其中回击次数最大值为13,回击次数>10的地闪有4次;多接地闪电中有62%(5/8)具有多次回击,但发生多次回击的接地点均只有1个,其余的接地点均只发生1次回击。     

地表近场LEMP与回击电流的近似性

由于闪电近区电磁场的瞬时性和高强度的特点,致使其不易测试,其波形也难以捕捉。为了对闪电近场电磁波进行模拟,从理论上对雷电电磁脉冲(LEMP)的地表近区波形和回击通道底部电流的波形进行了探索。用解析方法近似推导近区LEMP的表达式得出,近区LEMP波形与回击通道底部电流波形近似;用偶极子法精确计算近区LEMP的结果表明,在100 m以内磁场波形与近似计算结果基本吻合,在50 m以内,电场波形与近似计算结果基本吻合。计算结果验证了解析推导近似的可行性,证明<50 m的地表近区,LEMP场波形与回击通道底部电流波形相似。这为闪电地表近场电磁波的模拟提供了理论依据。     

回击参数对闪电电磁场的影响

基于 MTL L 闪电回击模型研究了不同回击速度和回击通道高度对不同场区的回击电磁场的影响。结果表明 ,通道高度在 (1～几十 ) km的范围内时对地面电磁场影响比较小 ,而回击速度对电磁场的影响比较明显。     

回击过程中具有多个接地通道闪电的研究

根据广东顺德与青海大通地区2002年夏季多次雷暴过程中地闪的电场和光学资料,研究了一次回击过程中具有多个接地点的闪电(MGPF)和产生、影响MGPF的因素。结果表明:1)广东371次地闪中MGPF有62次(约16.7%);青海119次地闪中MGPF有21次(约17.6%)。2)广东与青海MGPF的相邻接地点间的时间间隔分布分别为20~342μs和8~172μs。3)随着回击次数的增加,闪电在回击过程中具有多个接地点的几率降低。4)广东与青海MGPF的回击前梯级先导速度无量级差异。闪电在一次回击过程具有多个接地通道,因而对地面设施将产生更大的危害,这对雷电防护设计和改进提出了更高的要求。     

10 kV配电线路火箭引雷试验及雷电流波形特征分析

为了研究引雷至配电线路雷电流波形特征,开展了国内首次10 kV配电线路火箭引雷试验,成功触发26次闪电,其中包含回击闪电20次,总回击数120次,每次闪电平均包含6次回击,一次雷击过程回击次数最多高达13次。一次典型雷电流波形可分为3个阶段：初始阶段(IS)、回击(RS)和M分量。IS的平均电流、转移电荷、持续时间的几何平均值分别是56.2 A、15.0 C、267.1 ms; RS的峰值电流、10%～90%上升时间、1 ms转移电荷、回击间隔时间的几何平均值分别是16.4 kA、0.6μs、1.1 C、41.9 ms; M分量的峰值电流、10%～90%上升时间、转移电荷的几何平均值分别是0.4 kA、119.8μs、0.08 C。IS转移的电荷远大于单个RS转移的电荷,甚至大于IS后续所有回击转移电荷之和。每次回击平均包含1.5个M分量,一次闪电事件中M分量转移的电荷约为回击转移电荷的11%。雷电流波形数据对电力系统尤其是配电系统的雷电防护设计有帮助。