基于时域有限差分法的雷电辐射电磁场研究
摘要
为了研究土壤电阻率对雷电回击产生的辐射电磁场的影响,基于雷电流的传输线模型,建立了雷电通道附近的三维时域有限差分(FDTD)数值分析模型,分析了不同土壤结构的雷电辐射电磁场,比较了不同土壤电阻率对雷电辐射场的影响,得到了不同土壤电阻率对雷电辐射电磁场的幅值和上升时间的影响规律。雷电电磁脉冲具有峰值电流大,辐射电磁场强度高、电流随时间变化快、放电过程脉冲频谱范围宽等特征,在电力线及其它电子线路上易感应出强大过电压和脉冲电流,导致重要装置的失灵甚至损坏。研究在整个开放空间激发的雷电电磁场的分布规律,大地的电导率对电磁场空间分布的影响,对于雷电防护和避免雷击事故具有重要意义。对雷电辐射电磁场的分析和计算以往的大量工作致力于大地为完纯导体或单层有损土壤时场分量的计算,并且已经提出了多种求解方法[1-3]。但是对于磁场和水平电场考虑的较少,并且不能应用于复杂模型的分析。近几年,随着时域有限差分法的不断发展,其逐渐被应用于雷电研究中[4-5]。本文应用时域有限差分法建立了分析雷电辐射场的计算模型,应用分布电流源模型模拟雷电通道,并考虑了多种介质分界面的建模方法。可以方便的考虑雷电回击速度和不同土壤分层模型对雷电辐射电磁场的影响。给出了土壤模型对雷电辐射场强度、上升时间的影响曲线和规律。