雷击作用下通信杆塔电气参数的仿真计算与验证
发布时间：2021-11-10 21:34
雷电脉冲威胁着通信基站的稳定运行,雷击作用下通信基站杆塔的精确电气参数,是针对通信基站设备抵御雷击能力分析研究中的重要电气参数依据,对精细化基站设备防护规格的制定具有重要意义。基于电磁场有限元原理,使用实际通信基站铁塔参数建立了模型,仿真计算了通信基站铁塔的电气参数。根据铁塔部件连接特点,考虑不同规格和位置,对角钢塔外自感和部件间互感进行了有限元仿真分析,并对仿真结果进行了实验测试验证。获得了角钢部件的材料、规格、位置等影响因素与其自感值、互感值的变化关系,以及不同铁塔内部结构连接情况与铁塔总电感值的变化关系。应用已被验证的仿真计算结果,建立了雷电流电路模型、基站铁塔电路模型和基站铁塔与电源线缆的耦合电路模型,进一步对铁塔内部以及铁塔接地系统的分流特性进行了仿真分析研究。有限元仿真结合实验验证结果表明,在雷电流频率为10kHz-50kHz范围内,角钢部件电感值变化微弱;在固定雷电流频率、材料电导率、磁导率下,铁塔角钢部件的自感值与长度成正比,两平行角钢部件的互感值与间距成反比;单层铁塔中横杆结构对铁塔自感参数影响微弱,而省去斜杆结构后,铁塔自感值明显增大,由此针对不同塔型可省去斜杆建模...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
角钢塔示意图
西安建筑科技大学硕士学位论文6置相关仿真条件进行仿真。3)得到各个部件各自的电感与部件长度、边宽、边厚、金属材料等参数之间的关系，仿真计算各角钢部件的电阻。4)将各个部件结合起来进行雷击状况下通信接地系统的建模和仿真计算。5)获得通信基站铁塔系统各部件之间的互感与位置、长度等参数以及三角塔的电气参数与角钢部件的几何结构位置之间的关系。图2.2研究流程图6)使用部件电气参数的实验验证平台，评估建模计算的准确性。7)分析实验结果与仿真结果差异的原因，优化仿真计算模型，最终获得三角塔通信接地系统各部件电气参数的准确仿真方法和仿真结果。8)应用通信基站铁塔系统各部件电气参数电磁场仿真的结果，建立MATLAB环境的等
西安建筑科技大学硕士学位论文11本节根据对角钢部件自感值影响的各种因素，建立了角钢电感计算模型，以各种影响因素作为变量，探究电感值随各影响因素变化的具体规律。2.3.2角钢材料磁导率对自感的影响根据电感定义，电感值大小与铁磁材料本身属性有关，在仿真计算中，通过改变角铁的相对磁导率的设置，仿真计算得出角钢自感值与相对磁导率的关系如图2.3所示。图2.3角钢自感与相对磁导率关系仿真结果角钢部件电感随材料的相对磁导率的增大近似呈线性增大关系，当钢材料相对磁导率从μ0增大至5μ0时，角钢的自感值增大为原来的5倍。这类变化关系类似于电感线圈有无铁芯对其电感值的影响，用电感线圈举例来说：在电感线圈中加入铁芯后，该线圈电感变化非常明显，这是由于铁芯增强了整个线圈内的磁感应强度B[43]。同理，对基于磁场能量法的角钢部件电感仿真计算来说，相对磁导率μ0的增大使得磁感应强度B增大，使得式（2-3）中回路磁场能量Wm增大，从而导致角钢自感值增大，且为线性增大关系。2.3.3雷电流频率对自感的影响根据RogerF.Harrington的时谐电磁场理论[44]，电磁波在导电媒质内的传输过程中会发生传输衰减，电磁波从表面进入导电媒质越深，场的幅度就越小，能量就越小，即能量趋向于表面，这就是“趋肤效应”，又称“集肤效应”或“趋表效应”[22]。为了探究雷电流频率对角钢部件自感的影响，用MATLAB将8/20μs的标准雷电流波形离散化，并计算出不同频率段的能量占比[45]，如图2.4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电流连续的细导体段模型的磁场及电感[J]. 崔翔. 物理学报. 2020(03)
[2]5G基站外市电建设探讨[J]. 周君杰,朱勇. 电信技术. 2019(11)
[3]浅谈通信机房防雷应对措施[J]. 钟锦生. 通讯世界. 2019(11)
[4]通信基站铁塔的选型设计分析[J]. 黄梓恒. 通信电源技术. 2019(09)
[5]雷电暂态冲击作用下10kV单回路直行水泥杆塔电感的精确计算[J]. 唐小亮,杨芳,郑忠宇,黄文博,曾穗明. 江西电力. 2019(08)
[6]无线通信基站防雷设计与接地技术运用研究[J]. 张凌志. 通信电源技术. 2019(07)
[7]不同波形下冲击电流发生器的搭建[J]. 徐迪,郭洁,孙晋茹. 电瓷避雷器. 2019(02)
[8]接地电阻和土壤电阻率及隐蔽泄流地网测量的输电杆塔防雷技术[J]. 邢文圣,刘国勋,夏瑞瑞,罗航,刘富文,刘居辉. 电网与清洁能源. 2018(07)
[9]分布式基站远端射频单元直流电源雷电浪涌防护[J]. 宋领赟. 电瓷避雷器. 2018(03)
[10]电磁成形线圈电感计算[J]. 邓将华,黄伍平,王威. 福州大学学报(自然科学版). 2016(06)
博士论文
[1]架空输电线路雷电监测及雷击杆塔暂态特性分析[D]. 杨勇.重庆大学 2012
[2]雷电脉冲对移动通信基站影响的研究[D]. 李鹏.北京邮电大学 2012
[3]涂层结构和V形切口界面强度的边界元法分析研究[D]. 程长征.合肥工业大学 2007
硕士论文
[1]关于雷击光纤复合架空地线（OPGW）断股的研究[D]. 郝斯杰.西安建筑科技大学 2019
[2]变电站接地系统数值计算与优化设计研究[D]. 王成.扬州大学 2017
[3]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
[4]轴径向磁场轴带发电机结构设计与仿真研究[D]. 王健.大连海事大学 2016
[5]忆阻器可变电阻模型的改进与并联忆阻器量化电路设计[D]. 侯跃伟.国防科学技术大学 2014
[6]铁心电感器的优化设计及其可视算法研究[D]. 翁斌.南昌航空大学 2012
[7]功率电感磁饱和电流测试电路的研究[D]. 滑莎.河北科技大学 2011
本文编号：3487984
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
角钢塔示意图
西安建筑科技大学硕士学位论文6置相关仿真条件进行仿真。3)得到各个部件各自的电感与部件长度、边宽、边厚、金属材料等参数之间的关系，仿真计算各角钢部件的电阻。4)将各个部件结合起来进行雷击状况下通信接地系统的建模和仿真计算。5)获得通信基站铁塔系统各部件之间的互感与位置、长度等参数以及三角塔的电气参数与角钢部件的几何结构位置之间的关系。图2.2研究流程图6)使用部件电气参数的实验验证平台，评估建模计算的准确性。7)分析实验结果与仿真结果差异的原因，优化仿真计算模型，最终获得三角塔通信接地系统各部件电气参数的准确仿真方法和仿真结果。8)应用通信基站铁塔系统各部件电气参数电磁场仿真的结果，建立MATLAB环境的等
西安建筑科技大学硕士学位论文11本节根据对角钢部件自感值影响的各种因素，建立了角钢电感计算模型，以各种影响因素作为变量，探究电感值随各影响因素变化的具体规律。2.3.2角钢材料磁导率对自感的影响根据电感定义，电感值大小与铁磁材料本身属性有关，在仿真计算中，通过改变角铁的相对磁导率的设置，仿真计算得出角钢自感值与相对磁导率的关系如图2.3所示。图2.3角钢自感与相对磁导率关系仿真结果角钢部件电感随材料的相对磁导率的增大近似呈线性增大关系，当钢材料相对磁导率从μ0增大至5μ0时，角钢的自感值增大为原来的5倍。这类变化关系类似于电感线圈有无铁芯对其电感值的影响，用电感线圈举例来说：在电感线圈中加入铁芯后，该线圈电感变化非常明显，这是由于铁芯增强了整个线圈内的磁感应强度B[43]。同理，对基于磁场能量法的角钢部件电感仿真计算来说，相对磁导率μ0的增大使得磁感应强度B增大，使得式（2-3）中回路磁场能量Wm增大，从而导致角钢自感值增大，且为线性增大关系。2.3.3雷电流频率对自感的影响根据RogerF.Harrington的时谐电磁场理论[44]，电磁波在导电媒质内的传输过程中会发生传输衰减，电磁波从表面进入导电媒质越深，场的幅度就越小，能量就越小，即能量趋向于表面，这就是“趋肤效应”，又称“集肤效应”或“趋表效应”[22]。为了探究雷电流频率对角钢部件自感的影响，用MATLAB将8/20μs的标准雷电流波形离散化，并计算出不同频率段的能量占比[45]，如图2.4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电流连续的细导体段模型的磁场及电感[J]. 崔翔. 物理学报. 2020(03)
[2]5G基站外市电建设探讨[J]. 周君杰,朱勇. 电信技术. 2019(11)
[3]浅谈通信机房防雷应对措施[J]. 钟锦生. 通讯世界. 2019(11)
[4]通信基站铁塔的选型设计分析[J]. 黄梓恒. 通信电源技术. 2019(09)
[5]雷电暂态冲击作用下10kV单回路直行水泥杆塔电感的精确计算[J]. 唐小亮,杨芳,郑忠宇,黄文博,曾穗明. 江西电力. 2019(08)
[6]无线通信基站防雷设计与接地技术运用研究[J]. 张凌志. 通信电源技术. 2019(07)
[7]不同波形下冲击电流发生器的搭建[J]. 徐迪,郭洁,孙晋茹. 电瓷避雷器. 2019(02)
[8]接地电阻和土壤电阻率及隐蔽泄流地网测量的输电杆塔防雷技术[J]. 邢文圣,刘国勋,夏瑞瑞,罗航,刘富文,刘居辉. 电网与清洁能源. 2018(07)
[9]分布式基站远端射频单元直流电源雷电浪涌防护[J]. 宋领赟. 电瓷避雷器. 2018(03)
[10]电磁成形线圈电感计算[J]. 邓将华,黄伍平,王威. 福州大学学报(自然科学版). 2016(06)
博士论文
[1]架空输电线路雷电监测及雷击杆塔暂态特性分析[D]. 杨勇.重庆大学 2012
[2]雷电脉冲对移动通信基站影响的研究[D]. 李鹏.北京邮电大学 2012
[3]涂层结构和V形切口界面强度的边界元法分析研究[D]. 程长征.合肥工业大学 2007
硕士论文
[1]关于雷击光纤复合架空地线（OPGW）断股的研究[D]. 郝斯杰.西安建筑科技大学 2019
[2]变电站接地系统数值计算与优化设计研究[D]. 王成.扬州大学 2017
[3]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
[4]轴径向磁场轴带发电机结构设计与仿真研究[D]. 王健.大连海事大学 2016
[5]忆阻器可变电阻模型的改进与并联忆阻器量化电路设计[D]. 侯跃伟.国防科学技术大学 2014
[6]铁心电感器的优化设计及其可视算法研究[D]. 翁斌.南昌航空大学 2012
[7]功率电感磁饱和电流测试电路的研究[D]. 滑莎.河北科技大学 2011
本文编号：3487984
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