回击和M分量电磁场在地下环境中的传播特性及对电缆影响的模拟分析

发布时间：2024-02-25 01:33

　　随着当前越来越多的线缆、管道以及交通设施等出现在地下空间,研究雷电电磁脉冲在地下的传播具有重要意义。以往针对地下雷电电磁脉冲的计算和防护研究多集中于快速、大电流传导的回击过程,而与地闪相关的M分量放电过程在地下的电磁场传播及其在线缆上产生的感应过电压等研究较少。为了探究M分量过程产生的电磁场与回击电磁场在不同地下环境的分布与传播差异以及对地下电缆的危害,本论文选取了2013年8月山东人工引雷获取的一次回击和一次M分量电流,利用时域有限差分(FDTD)方法构建了地下雷电电磁传输模型,计算了这两次放电过程在均匀土壤、分层土壤和地铁车站三种不同地下环境中产生的电磁场,比较了两者分布特征和传播规律的异同。同时,结合埋地电缆的耦合模型,计算并讨论了电缆埋深、土壤电导率外部因素对单根埋地电缆感应过电压的影响。结果表明:(1)回击引起的地下水平电场最大,垂直电场次之,方位磁场最小,而M分量引起的地下电磁场以磁场分量为主,电场分量相比回击小一个量级。回击电磁场幅值随着深度的增加呈指数衰减,M分量电磁场幅值、上升时间、半峰宽度随着深度的增加没有出现明显改变。(2)回击和M分量在分层土壤中引起的电磁场均出...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2.1FDTD空间离散后的Yee元胞[47]

第二章FDTD算法介绍7离散化后的空间节点上的电磁场分布就是著名的Yee元胞，如图2.1所示。图中每一个磁场分量由四个电场分量环绕，每一个电场分量由四个磁场分量环绕，这种空间分布方式不仅符合法拉第电磁感应定律和安培环路定律的自然结构，而且电场和磁场彼此垂直交错，时间间隔彼此差半个....

图2.2二维轴对称柱面坐标TM波FDTD离散网格[47]

南京信息工程大学硕士论文10()1rzmrrzzEEHHzrtHEEztrHEErrt===+(2.12)其中zE为垂直电场，rE为水平电场，H为切向磁常类似于直角坐标，设空间间隔为r和z，时间间隔为t，空间节点()i,j上的电磁场分量为()11,,,,,22nfrzt=fi+r....

图3.12013年8月2日山东人工引雷16次回击电流数据

第三章LEMP在地下的分布与传播分析17图3.12013年8月2日山东人工引雷16次回击电流数据(a)时域波形(b)频域分布图3.2回击电流(a)时域波形(b)频域分布图3.3带M分量的RM脉冲电流考虑到实测雷电流的噪声会对FDTD计算结果的稳定性和收敛性产生一定影响，因此需要对....

图3.3带M分量的RM脉冲电流

第三章LEMP在地下的分布与传播分析17图3.12013年8月2日山东人工引雷16次回击电流数据(a)时域波形(b)频域分布图3.2回击电流(a)时域波形(b)频域分布图3.3带M分量的RM脉冲电流考虑到实测雷电流的噪声会对FDTD计算结果的稳定性和收敛性产生一定影响，因此需要对....

本文编号：3909865