地面建筑物防雷系統(tǒng)中雷電效應(yīng)研究.pdf

1、近年來，由于現(xiàn)代建筑物的高度不斷增加因此更容易受到雷擊的侵害。當(dāng)建筑物遭受直接雷擊時(shí)，強(qiáng)大的雷電流自雷擊點(diǎn)注入防雷系統(tǒng)，沿各分支導(dǎo)體傳播，經(jīng)接地體最終散入大地。在此暫態(tài)過程中，各分支導(dǎo)體上傳播的雷電流將在建筑物內(nèi)產(chǎn)生脈沖電磁場(chǎng)，危害電子設(shè)備的安全可靠運(yùn)行;同時(shí)還會(huì)在各分支導(dǎo)體上產(chǎn)生熱效應(yīng)，影響建筑物鋼筋框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且在接地體周圍的地面上產(chǎn)生電位抬高，危及地面活動(dòng)人員的人身安全。因此，本文旨在對(duì)高層建筑物遭受雷擊情況下的電磁效應(yīng)和

2、熱效應(yīng)進(jìn)行仿真分析和計(jì)算，為建筑物的防雷設(shè)計(jì)提供可信的依據(jù)，從而降低建筑物的雷害損失。
　　針對(duì)建筑物多導(dǎo)體系統(tǒng)構(gòu)成的大規(guī)模電網(wǎng)絡(luò)的雷電暫態(tài)求解，本文提出了一種降階模型。該模型基于Arnoldi算法，計(jì)算該電網(wǎng)絡(luò)的全等變換矩陣。通過建立多導(dǎo)體系統(tǒng)的狀態(tài)方程，求出等效網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。最后運(yùn)用拉普拉斯反變換和卷積定理，求出多導(dǎo)體系統(tǒng)在時(shí)域下的暫態(tài)響應(yīng)。根據(jù)以上算法，本文計(jì)算了實(shí)際建筑物的雷電暫態(tài)響應(yīng)，并且將計(jì)算結(jié)果與運(yùn)用未降階電路法和

3、有限差分法得出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)還考察了雷電流波形、電磁耦合、計(jì)算步長(zhǎng)、分段長(zhǎng)度等因素對(duì)暫態(tài)響應(yīng)的影響，并進(jìn)行了縮減尺寸鋼筋框架模型的雷擊模擬試驗(yàn)。
　　從計(jì)算得出的防雷系統(tǒng)中各分支導(dǎo)體的暫態(tài)電流響應(yīng)入手，推導(dǎo)出在計(jì)及和不計(jì)集膚效應(yīng)這兩種情況下導(dǎo)體溫升的計(jì)算公式;分析了不同雷電流幅值和波形、導(dǎo)體橫截面積、不同金屬材料對(duì)導(dǎo)體溫升的影響;開展了導(dǎo)體在沖擊電流作用下的溫升測(cè)量試驗(yàn)。
　　基于麥克斯韋方程組，本文采用混合法，推導(dǎo)出

4、建筑物室內(nèi)空間任意一點(diǎn)處的暫態(tài)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的時(shí)域計(jì)算公式，通過對(duì)時(shí)間和空間的離散化處理，得出了電場(chǎng)和磁場(chǎng)的數(shù)值解法。在求得室內(nèi)電磁場(chǎng)分布的基礎(chǔ)上，運(yùn)用兩線傳輸線模型求出線路電涌感應(yīng)過電壓。通過確定室內(nèi)電源線路電涌過電壓水平，并設(shè)計(jì)出了配套的電涌保護(hù)器電路。
　　本文根據(jù)接地體等效電路，建立了接地網(wǎng)暫態(tài)計(jì)算模型，求出各接地體暫態(tài)響應(yīng)，并運(yùn)用積分法計(jì)算地面電位分布。其次，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)分割法建立人體集總參數(shù)等效電路模型，并且給出了人體各主要部