雷击建筑物暂态电磁效应的模拟-硕士论文

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1、北京交通大学硕士学位论文雷击建筑物暂态电磁效应的模拟姓名：陈慧申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：张小青20050301北京变通丈学硕士学位论文雷击建筑物暂态电磁效应的模拟摘要随着各种先进的测量、监控、通信等电子设备广泛地使用，大量的电子设备正日益广泛的配备于各类建筑物内，这些电子设备普遍存在绝缘强度低、过电压耐受能力差、对电磁干扰敏感等致命弱点，很容易遭受雷电侵袭。当建筑物遭受雷击时，发生在建筑物防雷系统中的雷电暂态过程将直接引起冲击电位升高，也将产生快速变化的空间暂态电磁场，这种暂态电磁场能在电源线和信号数据线上感应出过电压，在金属回路中感应出电动势，轻则造成电子设备的工

2、作失灵，重则造成电子设备的永久性损坏。分析和研究建筑物防雷系统中的雷电暂态过程对于充分预计雷击引起的危害程度和防雷系统的保护效果，对于进一步完善高层建筑防雷的电磁兼容性设计，都有重要的实际意义。本文主要包括雷直击建筑物时钢筋结构体电气参数的计算，暂态响应电流、室内空间磁感应强度以及室内空间北京交通大学硕十学位论文金属回路感应电压的计算这几方面研究内容。在计算钢筋结构体的电流分布时，首先根据平均电位法，来计算钢筋分支导体的电容参数，然后再利用牛依曼公式计算钢筋分支的电感参数。由于各钢筋分支之间存在电磁耦合，这些参数分别以矩阵形式给出。在求出防雷系统电气参数的基础上，将这些电路模型暂态离散化，在

3、每一个离散时刻，整个防雷系统可以等效的表示为一个纯电阻和电流源组成的等值网络，并编制相应的程序，反复在每个离散时刻用节点电压法对该网络进行求解，可以求得各个时刻各支路暂态电流响应。并且分析了不同的雷电流源以及雷电通道对电流分布的影响。在求得电流分布的基础上，从麦克斯韦方程出发，推导出了建筑物内雷电暂态磁场的计算公式，对该公式进行空间和时间上离散化，将防雷系统钢筋结构各分支进行分段处理，利用各分段载流分支所产生的磁感应强度的矢量合成，来求取建筑物内指定空间场点的磁场和金属回路的感应电动势。建筑物防雷设计中，从估算雷电感应效果的角度出发，一般是考虑磁场的暂态行为与分布特性，因而在本文的计算中，只

4、考虑了磁场。为了校验所述计算方法的可行性，对支路电流和磁感北京交通大学硕士学位论文应强度这两部分，分别将计算结果和实验结果进行了比较两者能够较好地吻合。关键词：雷击，建筑防雷系统，电磁暂态，雷电流响应，磁场分布IlI北京交通大学硕士学位论文SimulationofElectromagneticEffectinthetallBuildingsStruckbyLightningABSTRACTThewideuseofsemi-conductorelementsandintegratedcircuitsinconstructionofelectricalandelectronicdevicesco

5、nsiderablydecreasesthedimensionsandsimultaneouslyincreaseslightningdamagepossibilityofthesedevices．Howevernewlyproduceddeviceswithoutusesofprotectiveelementsorsystems，characterizediminishedresistivetonaturalsourceofelectromagneticdisturbances．Themostimportantlightningdischargeinteractsdirectlyandin

6、directlywithelectricalanelectronicsystems．Thisdissertationincludesfourparts，whicharetheelectricalparametersofconductingbranches，lightningcurrentdistributioninasteelstructure，specialmagneticfielddistributioninsidethetallbuilding，inducedvoltageinthe!!室銮望奎兰塑主兰堡堡苎。metalloop．Duringthecomputationofcurren

7、tdistributiononasteelstructure，theelectricalparametersoftheconductingbranchesintheprotectionstructurearerepresentedbyresistance，inductanceandcapacitancematrices．Thecapacitancematrixofconductingbranchesisdet