英语原文共 4 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
2009年第二届电路，电子和微电子技术进展国际会议
建筑物防雷参数建模
Nerijus Bagdanavicius，Mantas Nakvosas
Department of Electronics Engineering
Kaunas University of Technology
Kaunas,Lithuania
agdanavicius@gmail.com, mantaz@mail.com
摘要：在防雷领域正在进行大量研究，从闪电参数和对这些参数的物体反应开始，以物体内的电磁波传播结束。随着微处理器设备使用的增加，这一切变得非常重要。创建了几种方法和各种计算机建模程序，其允许在3D中以雷击期间确定电势分布（电阻计算的精度是欧姆的部分并且在电势的情况下 - 伏特的部分）。但是仍有待解决的问题 - 如何正确选择防雷设备？在这项工作中，提出了一种简化的防雷装置计算方法，该方法基于该领域其他科学家的经验和研究。该方法允许确定防雷元件中的接地电阻和电势分布。通过应用该方法获得的数据将允许更精确地选择防雷装置。
关键词：建模;闪电;保护;接地
Ⅰ接地装置的参数
接地设备由多功能设备组成，必须符合大气浪涌和电磁兼容接地保护设备的所有安全和操作要求。因此，必须在交替（频率为50Hz）和脉冲电流的存在下研究电气接地的操作特性（输入电阻，工作长度，触摸和阶跃电压等）。显然，接地装置的波参数也具有实际和科学意义。它们是：波传播常数和速度，波阻，反射和折射指数。在研究包含离散接地的物体中的雷电流和电压的分布时，需要这些参数。
雷电流的能谱很宽;雷电流从2 kA（概率85 - 90％）到200 kA（概率0.7 - 1.0％）
Anatolijus Drabatiukas，
Sarunas Kilius
Department of Energetics and Electronics
Kaunas,Lithuania drabatiukas@yahoo.com, sarunas@meganet.lt
不等。为了确定流过接地系统和物体通信线路的电流，并确定接地装置开始时的电位，必须计算其电阻,在频率为50 Hz，25 kHz（初始闪电脉冲的主频率），1 MHz（第二和第三闪电脉冲的主频率）的条件下。
雷电流脉冲影响下的人体保护条件通过以下方式确定：
这里in（t） - 流过人体的电流脉冲的时间依赖性A;[P] - 脉冲的边际容许能量，不影响心室心颤，W·s;Rh - 估计人体的电阻，Omega;;T - 电流脉冲的持续时间，s。
最大电位，可能出现在物体的主电位均衡线上：
这里iL（t） - 雷电流，A;RiE - 接地装置的电阻;L - 接地导体的电感，长度为1米（Lasymp;1.5...2mu;H/ m）;l - 从接地装置到主电位均衡线的接地导体的长度。
脉冲电阻是在雷电流流过这些装置期间发生的物理过程的定量特征。其幅度与工业频率电流的接地电阻不同，取决于雷电流，天气条件，建筑物和接地装置附近其他物体的存在以及特定接地电阻的参数。脉冲峰值时刻接地装置的脉冲电阻具有重要意义，
大致认为t =tau;f （脉冲前持续时间）。接地装置根据雷电冲击电流的特性划分为：
集中。它们的长度很短，电感对指定的土壤类型和闪电脉冲前持续时间没有任何显着影响，因此所有点的电位几乎相同;
拉长。在计算这种接地装置时，有必要评估这种接地装置的波形特征电压和电流的传播和电感，增加脉冲电阻。深接地设备也属于这一群体;
闭路接地，涉及集中和拉长接地装置的优点。
建立国际防雷标准中的接地装置分类为：
A型（水平和垂直接地的组合，深接地装置）;
B型（环形或底层接地装置）。
用于单独站立的避雷器的防雷接地装置与物体的一般接地装置隔离安装;在所有其他情况下，它们都连接到物体的接地装置。因此，在一般情况下，我们将具有集中和拉长的接地装置。
在讨论将接地归属于集中接地装置组的可能性时，可以使用在接地装置中发生的瞬态过程的时间常数作为标准。
该持续时间与电感成正比
整个接地装置L * l及其导电率1 / R.如果tau;fgt;gt;T，瞬态过程在接地装置中迅速消失，没有雷电流到达它最大值。当tau;f与T的顺序相同, 在雷电流最大值期间，接地装置的脉冲电阻为Zi gt; R.比率Zi/ R为称为脉冲系数。当最小距离形成时，最小的脉冲系数是接地装置的特征雷电流入口点和接地装置的最远点。在该视图中，有目的地构造具有最小半径长度的星形多边形形式的接地装置。然而，接地效率系数随着星点数的增加而减小，因此点数限制为四个。集中接地装置的脉冲系数通常小于1。
Ⅱ接地装置的建模
当分析雷电流通过接地装置的元件传播的过程时，应用模拟和计算建模方法。
然而，不同类型地面和不同雷电参数的接地装置参数分析计算问题仍未完全解决。当然，有许多工作研究了在电压脉冲电流的影响下接地装置的参数[1-4]。
瞬态特性 - 瞬态电阻或瞬态电导率 - 可用于在脉冲模式下在接地装置中发生的瞬态过程的建模;这些特性被定义为接地装置对单位电流脉冲的反应。使用接地装置的脉冲特性代替瞬态特性：接地装置以狄拉克功能的形式对输入冲击的反应。
通过应用瞬态特性的概念，可以在Duhamel积分的基础上写出接地装置电压（电流）的表达式：
后一种关系允许在实际确定u（t）和i（t）值之后，在任何电流脉冲的影响下计算接地装置的z（t）。该方法已成功用于描述简单接地装置的瞬态过程。
复杂的确定集中接地装置的参数不会带来额外的影响困难，可以在Mathcad，EMTP或Pspice程序环境中实现。在研究脉冲集中接地装置的效率时电流有必要评估土壤电离效应。在分析细长的接地装置时，大多数作者认为接地装置是一条长传输线;它的参数可以通过求解麦克斯韦来确定
公式：
这里c - 比例系数;电场强度;phi;- 磁通量;H - 磁场强度;I - 电导率电流，与电场成比例力量E;Is - 电位移电流，比例到E /t。
使用该方法，可以在任何空间点确定电场E和磁场H的参数。该方法的优点在于其严格性和获得接地装置的频率特性的可能性。
其他经常使用的视图将接地装置（或其单独的参数）分析为具有泄漏到地面的长感应传输线。这种观点没有任何实际的证据。
第三个最近提供的方法链接了前面提到的两个视图。
将接地装置的结构参数输入平面波方程。中间结果通常表示为接地装置波阻电阻频率特性。在工程实践中，根据等效频率评估电流或电压脉冲参数
通过使用等效频率，时域被变换到频域。
具有分布参数的长传输线的等效电路也用于细长接地装置的电磁分析（图1）。
图1.细长接地装置的等效电路：Zk - 雷电通道电阻;L - 纵向电感，r - 有源纵向电阻，gi 和Ci - 有源脉冲电导率和接地装置部分的电容。
电导率g和电容Ci是可变的量值，因为在高电流密度下，电击穿发生在接地装置附近的土壤层中，并且接地装置的半径增加。电极的有效纵向电阻通常显着小于接地装置的电阻，并且在计算中不对其进行评估。接地装置的等效电路参数的计算在下面给出。
如果防雷接地装置连接到物体接地装置那么后一装置的电磁波的瞬态特性可以使用T型等效电路建模，其在脉冲电流的影响下将由纵向电阻Ri，电感Ls，电导率gi 和电容Ci（图2）。
目前，使用各种复杂性和不同功能的计算机软件来分析接地装置。
编写了计算机程序，用于研究接地装置电阻和脉冲系数对特定土壤电阻，接地装置长度和雷电流大小的依赖性，分别用于垂直和水平接地，有无土壤电离现象评估和接地装置周围的拖缆区域的尺寸，其影响接地装置电阻的非线性。使用这些程序，研究了各种土壤类型和不同尺寸电极的接地电阻。确定的参数可用于接地装置的设计和计算。这是软件的初始部分，用于评估沿着接地系统导体传播波的电磁过程。在结果中，可以确定接地和供电系统的所有导电元件的电位和电流。
在图3中给出了瞬态过程持续时间对特定土壤电阻rho;和接地装置l的长度的依赖性。
从图3给出的研究结果可以看出，应该评估那些长度超过20米且特定土壤电阻低于300Omega;·m的接地装置的瞬态过程。
可变电阻Rvar 和脉冲电阻Rpuls 对土壤电阻率的依赖性在图4中给出。从所提出的数据可以看出，可变电阻Rvar和脉冲电阻Rpuls之间的差异随着特定土壤电阻的增加而增加。
细长水平接地的脉冲系数取决于其长度和脉冲电流前持续时间tau;f：接地长度越大，持续时间越短，alpha;i 的值越大（图5） 。
集中式接地的脉冲系数随着流过接地装置的雷电流的增加和特定土壤阻力的增加而减小（图6）。
以前给出的建模结果不考虑位于接地装置周围的火花区。关于火花区的脉冲系数值在下面给出。表1.通过建模获得的系数值超过在实验研究期间获得的值。
结论
计算机程序用于研究接地电阻和脉冲系数。使用该程序，确定垂直和水平接地的电阻对特定土壤电阻和接地装置尺寸的依赖性。
在建模过程中确定接地的脉冲电阻随着雷电流的增加呈指数下降。
在分析计算机建模结果期间，确定理论计算最接近于未评估接地装置周围的火花过程的实验结果。
相关工作
这项工作主要基于德国公司“Dehn Souml;hne”在防雷设备设计和制造领域的工作经验。来自比亚韦斯托克技术大学（波兰）的Andrzej Sowa教授的研究也得到了改编。计算框架是通过应用俄罗斯科学家的作品（В.В.Базуткин，В.З.Анненков，Ю.Н.Бочаров等）创建的。
引用
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[20477]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
