架空线缆雷电感应过电压仿真研究

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1、架空线缆雷电感应过电压仿真研究摘要：本文从理论上分析了感应雷击在架空线缆上形成的过电压特性，采用传输线理论模型和Agrawa1方程，推导出感应雷过电压波形的解析公式；分析了感应雷电压波形基本特征及电缆长度、波阻抗、大地电导率等参数对感应雷电压波形的影响。仿真结果验证了理论分析和解析公式的正确性，表明该方法不仅物理意义明确，而且便于编程实现，计算效率高。Abstract：Thispapertheoreticallyanalyzestheinduetionlightningovervoltagecharacteristicso

2、ntheoverheadlines.BasedontransmissionlinetheorymodelandAgrawa1equation,theanalyticformulaofinduetionlightnin£overvoltagewaveformisdeduced・Thebasiccharacteristicofinduetionlightningvoltagewaveformareanalyzed,aswellastheimpactontheinductionlightningvoltagewaveformsu

3、chascablelength,waveimpedance,earthconductivityparameters・ThesimulationresuItsverifythecorrectnessoftheoreticalanalysisandshowthatthemethodiseasyforprogrammingandhighcomputationalefficiency.关键词：架空线缆；感应雷击;Agrawal模型；仿真Keywords：overheadlines；indirectlightningstrike；A

4、grawalmodel；Simulation中图分类号：TM862文献标识码：A文章编号：1006-4311(2014)36-0054-020引言雷击在架空线缆上引起的浪涌电压属于高能电磁能量，对电力和电子设备具有很大的破坏力。雷击有直接雷击和感应雷击两种，直击雷的危害远大于感应雷，所以长期以来对雷电的研究主要集中在直击雷上，对感应雷的研究相对较少。架空长导体在雷电回击附近地面时，由于闪电放电瞬间在其通道周围激发强磁场和感应电场，会在导体中产生电磁感应耦合和辐射耦合现象。感应雷的电磁干扰是极其复杂的，影响过电压传输的主要因

5、素是线路和地面的参数。本文采用了简化方法，对感应雷击在单导体架空线上的暂态特性进行了理论分析，建立合理的有理函数表示模型。通过仿真模拟，确定模型的有效性，并讨论了影响过电压水平、波形的主要因素的作用。1计算模型及方法一个单导体传输线两端通过阻抗连接到半无限大理想的平面上，传输线附近的电偶极子Idl辐射的电磁场将在传输线上产生电流波动，同时传输线上的电流也会向周围空间辐射电磁场。建立图1所示坐标，根据Agrawal和Tesche研究的电报方程，传输线的散射电压和电流满足■+ZI(x)二Vs2(x)■+YVsca(x)=0式中

6、，Z和Y分别是传输线单位长度的阻抗和导纳；Vsca(x)为散射电压，是沿z轴负方向从配电线高度到地面对配电线散射电场z轴分量的积分;Vs2(x)为传输线单位长度上的电压源。I(x)为传输线的全电流，它是沿z轴负方向从传输线高度到地面对空间总电场z轴分量的积分。分布源Vs2(x)等于电场沿导线的切向激励，即：Vs2(x)=EHI(x,0,h)=EHH(x,0,h)+EHH(x,0,h)式中，h为架空线高度；E・・(x,t)和E・・(x,t)分别为入射电场和地面反射电场沿架空线的切向分量；Eex(x)总的激励电场沿架空线的切向

7、分量。1.1理想大地在理想大地的情况下：Vs2(x)=E0(cosasin2cos©+sinasin)X[exp(jkhsin)-exp(-jkhsin)]Xexp(-jkxcosU)cos)式中，EO为外部EMP辐射，k=co«o入射电磁场对导线的激励主要由"天线模型”和"传输线模型”两部分构成，传输线模型仅是其中部分解。但是，如果我们希望得到线上负载响应方面的情况，传输线模型的解能够提供精确的结果，因为天线模型电流在终端附近的响应是很小的。因此，在应用传输线模型时，大多数情况下只对传输线的终端响应进行计算。对于Agra

8、wal公式，负载电流和电压能表示为导线上分布电源的积分，终端电压的解如下：V(0)V(L)=1+p■001+P■-P■eVLeYL-p■■S1S2其中，Y为传播常数;导线两端负载处的反射系数分别为P■=■,P■二1.2损耗大地在损耗大地的情况下:Vs2(x)=E0[(cosasin2cos)Xex