第1章 分析雷电预击穿现象及其电磁
兼容问题的静电学一电动力学混合法
摘要:本章提供了一组辅助性但很重要的知识,这些知识对于在设计中减轻建筑物的敏感电路遭受LEMP(雷电电磁脉冲)干扰非常有用。即使可在受害设备上安装大型的雷电保护装置,但对次级保护系统的EMC设计而言,其前提条件仍然是在主保护系统中应用可靠的指导方法。本章系统地论述了几个方面,并做了仿真分析,最终为研究空中建筑物的拦截效应提供了可靠的估计方法。在本章最后,研究了雷电预击穿阶段的最后瞬间发生的结合过程,同时还介绍了在以前的分析中被忽略的电动力学效应以及静电学本质。再次验证了静电学方法,并将其应用于雷雨云和先导电晕模型中。
1.1 简评
在雷电物理现象中,分级先导的结合过程以及雷击位置,对于安全与电磁兼容问题的研究非常重要。当雷电击中了保护系统或其附近的一个外部点时,在各种传导性和电磁耦合模式中会越来越多地涉及敏感型电力与电子元器件。因此,在雷电向大地放电之前,雷电流所呈现的多种实际模式将取决于雷击点的位置。同时,在上述设备所保护的电路中,出现的感应电流和冲击电压的特征也将受到明显影响。
通过观察发现,结合过程与雷击点之间的相互关联,可以解释为什么雷击点总是发生在迎面结合先导的起点与发射位置,该迎面先导由前行的分级先导所引发。但可惜的是,目前还不能预测雷击点的位置,即使结合现象发生在预击穿过程的最后瞬间,此时被击物体的物理性质、几何形状以及周围环境将对结合过程产生影响。被击物体一般是指自然的、人工制造的地面物体或者飞行器。针对第一种类型的受害设备,已经采用了大量的模型和实验方法来评估从建筑物内部的闭合回路中检测到的感应效应。在这些研究中,假设雷电击中的是地面上受保护建筑的金属部分或者外部点。针对几个分析案例,在从理论上评价感应机制之前,需对雷电电磁脉冲(LEMP)进行预测,此时应将保护系统的屏蔽特性考虑在内。主保护系统通常指空中的杆、悬垂线或网状导体以及接地装置,接地装置与一系列地下导体的两端点相连。
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