雷电时域水平电场与感应过电压近似算法研究

发布时间：2024-05-17 16:40

　　在现代社会中,雷电电磁脉冲对电力、通讯、航空等领域的危害非常严重。雷电水平电场是研究雷电电磁耦合及其破坏效应的关键参量之一。不过,现有的电磁仿真算法在计算精度和耗时等方面还存在一系列问题。因此,提出一套更快速、更高效的近似算法是十分必要的。 本论文主要围绕地闪回击水平电场的时域算法和感应过电压峰值估算等问题开展工作。首先,基于二维时域有限差分算法(2-D FDTD),本文对雷电水平电场时域方程(B-P方程)的精度进行了全面检验,并对不同土壤电参数和地闪放电模型下的水平场形成机制进行了探讨。其次,考虑到土壤电参数的水平分层特点,对现有的架空线感应过电压峰值估算公式进行了推广,并利用二维时域有限差分算法(2-D FDTD)与Agrwal耦合模型算法对其精度进行检验。具体结论如下： 1)在土壤水平分层情况下,在距离闪电通道50-1000m范围内,B-P时域方程的计算误差小于10%。在距离闪电通道的更近距离范围,例如30m,B-P方程能较好的模拟出水平电场波形的上升沿部分,但波形的下降沿部分衰减更快,存在误差。通过对比发现,B-P时域算法和C-R频域算法在土壤水平分层情况下的计算精度基本一致,...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图3.7传输线等效模型示意图

分界面反射回来的电场波可以忽略不计。在传输线模型中，角向磁场在时域中可以被模拟为一个理想电流源，图3.7所示的电路可通过PSpice软件建模求解。3.2水平分层土壤结构下的C-R算法介绍频域Cooray-Rubinstein(C-R)算法是目前雷电水平电场研究中最常用到的方法之一....

图3.8FDTD方法计算雷电通道周围电磁场的模型

图3.8FDTD方法计算雷电通道周围电磁场的模型Maxwell旋度方程的时域表达式为：—dE)-VxH=—+J (3.dt-dB-VxE=-^-J? (3.dt将式(3.20)、式(3.21)按照旋度公式展幵后，每一个电场分量应被四个磁分量环绕，同理每一个磁场分量....

图4.3Agrawal稱合模型中电压和电流的差分离散网格

第四章水平分g土壤条件下感应过111压峰值近似公式 厂+1一厂A/r/:+,-/；_.)a/2fEhl,-Ehl,v:+,+V；.,-2v；)k'C2AxJ2LC\2Ax Ax'J/"+1= -Eh,"1+卜’+。-'-....

图4.6水平分层土壤条件下的感应过电压波形(a)土壤结构1>y}5}mr})土壤结构1,}}m;(e)土坡结构2,X50m;(d)土壤结构2,y}400m

击速度v=1.2X108m/s。图4.5给出了两种结果的水平电场波形图。从图中可以看出，我们模拟的结果与Paulino等的结果只在波尾部分稍有差异，这表明我们的程序是正确的。

本文编号：3975841