建筑物雷电电磁场的模拟仿真与测量研究

发布时间：2022-10-20 18:21

　　随着智能建筑物的不断建设和电子设备的广泛应用,使得雷击建筑物时产生的电磁效应问题和雷电防护工作越发受到人们的关注。现代建筑物在防雷设计中一般选用由钢筋组成的笼式防雷系统,其主要作用是将雷电流引入大地从而达到保护建筑物的目的。雷电直击建筑物时,会在建筑物防雷系统中形成强大的暂态电流,从而形成电磁干扰等问题。因此,雷击时防雷系统中暂态电磁效应的分析就成为目前雷电研究领域中一个重要的研究课题。直击雷的危害主要是由雷电流引起的,所以本文首先分析雷电流的相关参数,对常见的三种雷电流模型进行仿真,并对雷电流的频谱特性进行分析。然后根据实际的建筑物防雷系统建立简化的防雷网络框架模型,对建筑物框架上导体间的电气参数进行快速计算,与以往计算方法相比,提高了计算效率。根据传输线耦合网络模型,计算建筑物防雷系统的节点电压和导体电流。通过傅里叶变换技术,计算防雷系统时域的暂态响应,为提高过程中系统响应的计算速度,引入频域外推的方法,使得计算速度显著提高。在得到防雷系统框架上导体电流分布后,计算建筑物室内暂态磁场分布情况,同时计算室内矩形线圈产生的感应电动势,为研究雷击对建筑物内电子设备的电磁干扰提供依据。之后... 

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 雷电流模型研究进展
        1.2.2 雷击建筑物理论计算及模拟实验研究进展
        1.2.3 雷电监测与防护的研究进展
    1.3 本课题主要研究内容
第2章 雷电直击建筑物时的模型建立
    2.1 雷电流数学模型的建立
        2.1.1 雷电流参数
        2.1.2 雷电流波形的仿真模拟
    2.2 雷电流波形的频谱分析
        2.2.1 雷电流幅值的频谱分析
        2.2.2 雷电流能量的频谱分析
    2.3 建筑物防雷系统模型的建立及分析
        2.3.1 防雷网络框架的模拟
        2.3.2 传输线的二端口网络模型
    2.4 建筑物防雷系统导体电气参数的计算
        2.4.1 单位电阻矩阵R的计算
        2.4.2 电感矩阵L和电容矩阵C的快速计算
    2.5 本章小结
第3章 雷击建筑物暂态电磁现象的计算
    3.1 建筑物防雷网络节点计算方法
        3.1.1 节点电压计算方法
        3.1.2 支路电流计算方法
    3.2 建筑物防雷网络计算结果
    3.3 防雷系统电压及电流分布的快速算法
        3.3.1 频率折叠方法
        3.3.2 基于频域外推的电流分布快速算法
        3.3.3 计算实例与验证
    3.4 建筑物内磁场分布的计算方法
        3.4.1 有限长载流导体空间磁场的计算
        3.4.2 室内空间磁场的计算
        3.4.3 室内电气回路感应电动势的计算
    3.5 防雷系统内部磁场的仿真结果
    3.6 计算程序实现的说明
    3.7 本章小结
第4章 雷击建筑物暂态电磁计算软件设计
    4.1 系统软件设计概述
        4.1.1 软件开发工具的选择
        4.1.2 计算软件主要特点
        4.1.3 软件模块功能划分
    4.2 系统主要功能及实现
        4.2.1 防雷系统框架生成
        4.2.2 防雷系统电气参数计算
        4.2.3 导体及雷电流参数的设置
        4.2.4 支路电流及节点电压的计算与展示
        4.2.5 室内磁场的计算与展示
    4.3 软件验证计算分析
    4.4 本章小结
第5章 雷电流测量方法与防雷检测
    5.1 罗氏线圈测量原理及分类
        5.1.1 罗氏线圈的测量原理
        5.1.2 罗氏线圈的分类
    5.2 基于罗氏线圈的雷电流测量方法研究
        5.2.1 雷电流测量方案设计要求
        5.2.2 雷电流测量方案整体设计
    5.3 雷电的危害及建筑物防雷措施
        5.3.1 雷电危害的具体表现形式
        5.3.2 建筑物的防雷措施
    5.4 防雷装置检测分析
        5.4.1 防雷检测的必要性
        5.4.2 防雷检测的注意事项
    5.5 建筑物防雷检测项目及内容
        5.5.1 接闪器的检测
        5.5.2 引下线的检测
        5.5.3 接地装置的检测
        5.5.4 等电位连接的检测
        5.5.5 电涌保护器的检测
    5.6 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于COMSOL Multiphysics的建筑物防雷系统瞬态电流分析[J]. 赵洪翠,孙伟,韩沛.  电瓷避雷器. 2019(03)
[2]多重雷击对线路避雷器的冲击影响研究[J]. 廖民传,蔡汉生,吴小可,贾磊,胡上茂.  电瓷避雷器. 2019(03)
[3]基于罗氏线圈和微分环的雷电流在线监测综述[J]. 肖剑锋,王剑飞,何志满,万晖,唐雪峰,米彦.  电测与仪表. 2018(17)
[4]高等院校信号与系统课程教学辅助探究与实践[J]. 谭北海,彭秋明,姚小娇,胡超.  实验科学与技术. 2018(02)
[5]不同波形雷电流的频谱特性分析[J]. 马依拉古丽·赛提,余华,刘晓月.  贵州气象. 2017(06)
[6]实验室雷击建筑框架分流测量方法[J]. 蔡然,张峻,邱宗旭,郭宏博.  广东气象. 2017(06)
[7]防雷防护中雷电数学模型及其频谱的研究[J]. 李大川,刘秋实.  科学技术创新. 2017(28)
[8]防雷检测实验室仪器设备的使用与管理[J]. 田德宝,蒋焕宇,徐颖.  实验室研究与探索. 2016(11)
[9]浅析小型煤矿防雷装置检测要点[J]. 毕然.  黑龙江气象. 2016(02)
[10]基于高压输电线路电流状态的检测方法研究[J]. 赵彦平,王慧刚.  中国电业(技术版). 2015(03)

博士论文
[1]雷电对建筑物和输电线路的电磁影响研究[D]. 王平.华北电力大学 2015
[2]直击雷条件下桁架桥梁防雷系统模型的建立及相关效应研究[D]. 张岩.河北工业大学 2015
[3]高层建筑结构雷电冲击模型建立及其求解方法研究[D]. 刘荣美.河北工业大学 2015
[4]地面建筑物防雷系统中雷电效应研究[D]. 盛财旺.北京交通大学 2015
[5]基于PCB微分环的输电线路雷电流监测识别及反演研究[D]. 龙羿.重庆大学 2015

硕士论文
[1]雷电直击建筑物时瞬态电磁效应的建模与分析[D]. 王迪.北京交通大学 2019
[2]第四代雷电定位系统的应用研究[D]. 孙宇.华北电力大学(北京) 2017
[3]基于PCB型罗氏线圈的脉冲大电流测量系统研究[D]. 李雪桓.华中科技大学 2017
[4]雷电对移动通信基站的危害及其防护[D]. 徐燕霞.内蒙古大学 2017
[5]输电线路雷电流测量用电流互感器应用研究[D]. 刘璐.华北电力大学 2017
[6]分布式输电线路行波故障定位系统的研究与应用[D]. 尚亮.华北电力大学 2017
[7]PCB式罗氏线圈行波传感器的研究与设计[D]. 吕朦.东华理工大学 2016
[8]基于异构计算的电磁仿真并行算法研究[D]. 周兰花.湖南大学 2016
[9]变电站防雷接地保护的设计与研究[D]. 王刚.长春工业大学 2016
[10]基于GPRS的雷电监测管理系统的设计与实现[D]. 魏新杰.电子科技大学 2015



本文编号：3695069