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《雷电电磁脉冲对架空电力线耦合效应》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第17卷第10期强激光与粒子束Vol.17,No.102005年10月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSOct.,2005文章编号:100124322(2005)10215392053雷电电磁脉冲对架空电力线的耦合效应1112任合明,周璧华,余同彬,王钊(1.解放军理工大学工程兵工程学院电磁脉冲研究所,江苏南京210007;2.解放军理工大学工程兵工程学院,江苏南京210007)摘要:从传输线模型出发,通过建立雷电回击通道、大地和电力线系统一体化模型,采用时域有限差分法计算得出
2、雷电回击电流的近场分布,将场值代入离散的传输线方程后,计算了架空电力线终端的感应过电压。通过对多导体架空线和单导体线终端感应过电压的分析,发现由于其它导体的存在,多导体系统中单根导体两端的感应电压峰值比相同高度处单一导体两端的感应电压峰值低10%～20%;并且对于垂直导体结构,最小感应电压产生在距离地面最近的导体上;而对于水平导体结构,最小感应电压产生在中间导体上。关键词:雷电电磁脉冲;架空电力线;水平电场;耦合;时域有限差分法中图分类号:TM865文献标识码:A随着信息时代的到来,信息设备的微电子化、
3、高度集成化使之对雷电电磁脉冲的干扰与损伤越来越敏感,由雷电放电而产生的电磁脉冲效应导致设备与系统蒙受损失的事件大量增加,且危及范围越来越大。通过电线、电缆的耦合作用在其终端产生的感应过电压往往高达几十甚至上百kV,对中等电压等级的电力系统构成严重威胁。关于雷电电磁脉冲对架空线耦合研究的文献很[1～5]多,但不适合雷电回击通道距离架空线很近的情况。本文通过建立回击通道、大地和电缆系统一体化模型,采用FDTD法计算得出雷击通道附近LEMP(雷电电磁脉冲)场的各分量,将LEMP场的计算结果代入离散后的传输线耦
4、合差分方程,计算了架空电力线终端的感应过电压。由于用FDTD法在2维空间中计算的电磁场值已通过插值法转Fig.1CalculationmodelinFDTD化为1维传输线差分方程中的激励源项,使得用FDTD法(i(h,t):lightningreturncurrent)研究LEMP对较长架空线的耦合成为可能。图1FDTD计算模型[6]1采用FDTD法计算LEMP场[7]对如图1所示的回击模型,将其看作轴对称情况下的2维问题,采用柱坐标下的差分方程n+112ε-σΔtn1Eri+,j=Eri+,j-22ε
5、+σΔt22Δtn+1/211n+1/211Hφi+,j+-Hφi+,j-(1)(2ε+σΔt)Δz2222n+112ε-σΔtn1Ezi,j+=Ezi,j++22ε+σΔt22Δtn+1/211n+1/211ri+1/2Hφi+,j+-ri-1/2Hφi-,j+(2)(2ε+σΔt)rΔir2222n+1/211n-1/211Hφi+,j+=Hφi+,j++2222Δtn1n1Δtn1n1Ezi+1,j+-Ezi,j+-Eri+,j+1-Eri+,j(3)μ0Δr22μ0Δz22为了保证时域迭代的稳定
6、性,选取的时间步长Δt应满足Courant条件:Δt≤min(Δr/2c,Δz/2c),Δr和Δz3收稿日期:2005202225;修订日期:2005206206基金项目:国家自然科学基金重点资助课题(50237040);国家自然科学基金资助课题(60471013)作者简介:任合明(1979—),男,博士研究生,研究方向为雷电电磁场数值计算及防护;E2mail:rhm0412@126.com。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsre
7、served.1540强激光与粒子束第17卷分别为沿r方向和z方向的空间步长,c为真空中的光速。为了减少计算量,可只计算包含回击通道在内的半个剖面的场,因此对于轴线上的Ez需要特别处理。根据安培环路定律可得其差分格式n+112ε-σΔtn18Δtn+1/211无源区:Ezi,j+=Ezi,j++Hφ,j+(4)22ε+σΔt2(2ε+σΔt)Δr22n+112ε-σΔtn1有源区:Ezi,j+=Ezi,j++22ε+σΔt28Δtn+1/2114Δt1Hφ,j+-2I0,j+(5)(2ε+σΔt)Δr2
8、2πε0Δr2式中:I(0,j+1/2)为距地面高度为(j+1/2)Δz处的电流元;空气的电容率εa=ε0,电导率σ=0,大地的电容率εg=ε0εrg,电导率σ=σg。在空气与大地的交界面,电容率和电导率分别取两者的平均值。在计算中采用文献[6]提出的改进Mur一阶吸收边界条件,沿z方向:n+1/211n-1/211Hφi+,jmax+=Hφi+,jmax-+2222vΔt-Δzn+1/211n-1/211Hφi+,jmax--Hφi+,j
