雷電電磁場以及架空導(dǎo)線雷電感應(yīng)過電壓計(jì)算分析.pdf

1、隨著電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，雷電災(zāi)害影響行業(yè)越來越多。研究表明，雷電產(chǎn)生的浪涌電壓和電流是造成電子設(shè)備失效甚至損壞的主要因素。因而，需要對雷電產(chǎn)生的浪涌電壓和電流進(jìn)行研究。為此，需要解決兩個(gè)問題：①建立快速而準(zhǔn)確地計(jì)算受有限電導(dǎo)大地影響的雷電電磁場的方法，②建立導(dǎo)體在雷電電磁場作用下的電報(bào)方程及其數(shù)值求解方法。目前，一般采用偶極子法計(jì)算雷電垂直電場和磁場，采用Cooray-Rubinstein方程計(jì)算雷電水平電場，但是偶極子法和Cooray

2、-Rubinstein方程是分別基于理想導(dǎo)體大地和平面波垂直入射大地的假設(shè)，與實(shí)際情況存在差別。現(xiàn)有的架空導(dǎo)線電報(bào)方程用于計(jì)算雷電感應(yīng)過電壓時(shí)，即使只需要關(guān)注多導(dǎo)線系統(tǒng)中某一根導(dǎo)線的過電壓，仍需要計(jì)算所有導(dǎo)線上的過電壓。由于計(jì)算雷電感應(yīng)過電壓所需要的時(shí)間隨著導(dǎo)線數(shù)目增加而增加，因而，當(dāng)只關(guān)注多導(dǎo)線系統(tǒng)中某一根導(dǎo)線上過電壓時(shí)，使用這些電報(bào)方程是低效的。此外，在研究導(dǎo)線過電壓時(shí)，均忽略了導(dǎo)線弧垂的影響。在頻域上，大地電參數(shù)(電導(dǎo)率和介電常數(shù)

3、)對雷電電磁場影響規(guī)律的研究非常少。針對上述問題開展研究并取得如下成果：
　　 ⑴提出一個(gè)計(jì)算水平電場的一般方程。該方程基于Norton方程，摒棄了Cooray-Rubinstein方程平面波垂直入射大地假設(shè)和Wait方程平面波平行入射大地的假設(shè)。通過對比分別用偶極子法、所提出的一般方程、Cooray-Rubinstein方程和Wait方程計(jì)算的水平電場發(fā)現(xiàn)，偶極子法計(jì)算結(jié)果誤差很大，Cooray-Rubinstein方程計(jì)算結(jié)

4、果偏低，Wait方程計(jì)算結(jié)果偏高，所提出的一般方程精度最高。把所提出的一般方程應(yīng)用于地下水平電場和架空導(dǎo)線上雷電感應(yīng)過電壓工程實(shí)例，計(jì)算結(jié)果表明，使用Cooray-Rubinstein方程將會(huì)產(chǎn)生偏低的地下水平電場以及偏高的導(dǎo)線感應(yīng)過電壓，而所提出的一般方程計(jì)算結(jié)果精度良好，驗(yàn)證了所提方程的正確性。
　　 ⑵提出一個(gè)基于改進(jìn)Agrawal模型的解耦算法，用于快速計(jì)算多導(dǎo)線系統(tǒng)中某一導(dǎo)線的雷電感應(yīng)過電壓。通過把所提出的解耦算法和原

5、來的完全求解算法應(yīng)用于計(jì)算雷電感應(yīng)過電壓，驗(yàn)證了所提出的解耦算法計(jì)算結(jié)果的正確性和高效性。
　　 ⑶目前，現(xiàn)有架空導(dǎo)線在雷電電磁場作用下的電報(bào)方程把導(dǎo)線簡化為平行于地面的直線，沒有考慮導(dǎo)線的弧垂。然而弧垂對架空導(dǎo)線上雷電感應(yīng)過電壓產(chǎn)生極大的影響。本文針對非平行于地面的架空導(dǎo)線，推導(dǎo)出非均勻傳輸線的廣義電報(bào)方程，并進(jìn)行了算例驗(yàn)證。分析了導(dǎo)線長度對導(dǎo)線電容電感參數(shù)的影響以及導(dǎo)線弧垂對過電壓的影響。
　　 ⑷通過對Norton