《高电压技术》课程设计说明书.docx

目录摘要11.雷电形成机理21.1雷电概述21.2形成机理21.3雷电分类32.雷电流波形在防雷计算中的作用42.1电力系统防雷概述42.2雷电流波形42.3作用分析53.雷电流波函数表达式63.1双指数函数模型63.2Heidler函数模型73.3脉冲函数模型74.雷电流仿真模型84.1双指数函数模型84.2 Heidler函数模型84.3脉冲函数模型84.4模型对比分析95.仿真结果116.参考文献13摘要研究电力系统中各种过电压，以便合理确定其绝缘水平是高电压技术的重要内容。电力系统的过电压包括雷电过电压（又称大气过电压、外部过电压）和内部过电压。其中雷电过电压由雷云直接或间接对变电所或输电线路（避雷线、杆塔或导线）放电造成。一般雷电过电压幅值较高，超过系统的额定工作电压，但作用时间较短，波头时间大多数为1.5～2微秒，平均波长时间为30微秒，大于50微秒的很少。雷击除了会威胁输电线路和电工设备的绝缘外，还会危害高建筑物、通信线路、天线、飞机、船舶、油库等设备的安全。因此，这些方面的防雷也属于高电压技术的研究对象。建筑物的导电构架常被用作其避雷系统的引下线。建筑物遭雷击时导电构架上流经的雷电流在室内产生的瞬态电磁场可能干扰敏感电子设备的正常运行。因此雷击时室内电磁环境的分析对雷电危害的准确评估具有重要意义。在雷击时室内电磁场分布的数值仿真和模型试验方面已有较多研究，在这些研究中雷电流通常被模拟为波头时间2μs的双指数波。但有观测结果表明实测的雷电流波形可能要陡得多，波头时间1μs的并不罕见。现有文献在雷电流波形对室内磁场分布的影响方面尚缺乏研究。关键词：雷电流波形 MATLAB 雷电流函数仿真1.雷电形成机理1.1雷电概述雷电是伴有闪电和雷鸣的一种放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。闪电的的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率。放电过程中，由于闪电通道中温度骤增，使空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致强烈的雷鸣。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。这就是人们见到和听到的闪电雷鸣。1.2形成机理雷电是因为夏季地面高，水分蒸发产生强烈的向上的含有大量蒸气的气流，这个气流使云中的冰晶产生碰撞和复杂的运动。当温度不同的冰晶相互碰撞时，温度高的得到电子因而带有负电，温度低的冰晶失去电子带有正电。在运动中，某一区域的带电冰晶电荷量的代数和不为零时，就产生了畸变电场，这个畸变电场的强度大于空气击穿阈值时，就将空气击穿。根据高电压大电压空气击穿的理论，大间隙的空气击穿后，形成等离体和正电荷团，两者的结合称为向下先导。向下先导继续对空气进行电离的过程中，当地面有感应物体感应出负电荷时，正负电荷相吸引，向下先导中的正电荷团不断向地面的感应物体靠近，继而地面感应物体也越来越强，也会产生等离子体和正电荷团的向上先导，当两个先导的正电荷团的电位差大到可以击穿两者之间的空气间隙时，就发生了雷电，就听到雷声和看到闪电。空气击穿后，两个正电荷团由于没有了电离的空气，电离就不能自持了，正电荷团就和周围的电子复合，从而发出光和热，这样就产生了雷声和闪电。1.3雷电分类根据不同的地形及气象条件，雷电一般可分为热雷电、锋雷电（热锋雷电与冷锋雷电）、地形雷电3大类。1．热雷电是夏天经常在午后发生的一种雷电，经常伴有暴雨或冰雹。热雷电形成很快、持续时间不长，1～2小时；雷区长度不超过200～300km，宽度不超过几十千米。热雷电形成必须具备以下条件。（1）空气非常潮湿，空气中的水蒸气已近饱和，这是形成热雷电的必要因素。（2）晴朗的夏天、烈日当头，地面受到持久暴晒，靠近地面的潮湿空气的温度迅速提高，人们感到闷热，这是形成热雷电的必要条件。（3）无风或小风，造成空气湿度和温度不均匀。无风或小风的原因可能是这里气流变化不大，也可能是地形的缘故（如山中盆地）。上述条件逐渐形成云层，同时云层因极化而形成雷云。出现上述条件的地点多在内陆地带，尤其是山谷、盆地。2．强大的冷气流或暖气流同时侵入某处，冷暖空气接触的锋面或附近可产生冷锋雷电。（1）冷锋雷（或叫寒潮雷）的形成是强大的冷气流由北向南入侵时，因冷空气较重，所以冷气流就像一个楔子插到原来较暖而潮湿的空气下面，迫使暖空上升，热而潮的空气上升到一定高度，水蒸气达到饱和，逐渐形成雷云。冷锋雷是雷电中最强烈的一种，通常都伴随着暴雨，危害很大。这种雷雨一般沿锋面几百千米长、20～60km宽的带形地区发展，锋面移动速度每小时50～60km，最高可达每小时100km。（2）暖锋雷（或叫热