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埋地电缆雷电感应电压观测研究

作　者: 于晖
导　师: 董万胜
学　校: 中国气象科学研究院
专　业: 大气物理学与大气环境
关键词: 闪电埋地电缆频谱屏蔽雷电感应电压
分类号: TM862
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

开展雷电电磁脉冲与不同类型埋地电缆耦合效应的观测试验,对于研究了解埋地电缆雷电感应电压信号特征及其对所连接设备影响的定量分析非常重要。本文结合2008年和2009年夏季中国气象科学研究院雷电物理和防护工程实验室(LiP&P)在“中国·广州野外雷电试验基地”进行的自然闪电和人工触发闪电野外观测试验,以埋地电源电缆、信号电缆以及控制电缆作为试验对象,设计了一套用于测量埋地电缆雷电感应电压的观测系统,该观测系统以DL708/DL750P数字示波记录仪进行雷电感应电压数据记录,以快电场变化信号作为系统触发信号源,由示波记录仪进行同步记录,自然闪电的距离通过声光差来估测,详细信息例如经纬度、电流值等利用闪电定位系统(LLS)获得,该观测记录系统具有多通道、高采样率、大容量、多通道同步记录等优势。本文对不同类型埋地电缆雷电感应电压的波形特征和幅频特性进行了大量观测。利用试验期间获取的快电场变化信息和埋地电源电缆感应电压数据,分析得到云闪放电阶段、地闪预击穿、梯级先导以及回击阶段四类典型闪电放电过程在埋地电源电缆上产生的雷电感应电压特征,结果表明地闪回击阶段在埋地电源电缆上产生的雷电感应电压幅值明显大于其他三类闪电放电过程,相对于地面电源电缆,埋地电源电缆雷电感应电压频谱幅值始终较低,其中土壤对雷电电磁脉冲具有衰减作用,905.5kHz～1.535MHz的频段幅值衰减尤为明显,并且对入射电磁能量的吸收损耗随频率的升高而增加。结合试验结果提出了计算土壤的屏蔽效能的方法,试验场地的土壤平均屏蔽效能为5.49dB。不同屏蔽材料的频谱分析结果表明,埋地电缆雷电感应电压的频率主要在1MHz以下。钢带屏蔽层能够有效地降低雷电电磁脉冲中较高频率分量的作用,从而使控制电缆雷电感应电压400kHz～1MHz的频率分量大幅度减少。铜编织带屏蔽层比钢带屏蔽层能够更有效地降低雷电电磁脉冲中较低频率分量的作用,从而使信号电缆雷电感应电压50kHz以下频率分量的削弱明显。具有铜编织带屏蔽层的埋地信号电缆对雷电电磁脉冲的防护效果更好。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章引言  8-18
  1.1 研究目的和意义  8
  1.2 自然闪电雷电电磁脉冲与电缆耦合效应的研究  8-10
  1.3 人工触发闪电在埋地电缆上产生雷电感应电压的研究  10-11
  1.4 论文主要研究内容  11-13
  参考文献  13-18
第二章测量系统和数据分析方法  18-30
  2.1 试验场地  18-19
  2.2 雷电感应电压观测系统  19-22
    2.2.1 硬件集成  20-22
    2.2.2 系统结构  22
  2.3 数据处理方法  22-28
    2.3.1 数据时间窗的截取  23
    2.3.2 时域波形的处理方法  23
    2.3.3 信号的频域特征分析方法  23-24
    2.3.4 埋地电缆屏蔽效能的理论分析  24-25
    2.3.5 测量系统的抗干扰处理  25-26
    2.3.6 闪电定位资料  26-28
  参考文献  28-30
第三章埋地电源电缆雷电感应电压特征分析  30-48
  3.1 试验布设  30-31
  3.2 试验结果与资料分析  31-44
    3.2.1 云闪条件下埋地电源电缆雷电感应电压特征分析  31-32
    3.2.2 地闪预击穿和梯级先导过程产生的雷电感应电压波形特征分析  32-35
    3.2.3 不同埋设条件下雷电感应电压波形特征分析.  35-38
    3.2.4 土壤的屏蔽效能  38-39
    3.2.5 雷电感应电压特征参数分析  39-44
  3.3 结论和讨论  44-45
  参考文献  45-48
第四章埋地信号电缆雷电感应电压特征分析  48-60
  4.1 试验布设  48-50
  4.2 资料分析与讨论  50-56
    4.2.1 自然闪电方位和埋地信号电缆雷电感应电压的关系  51
    4.2.2 水平磁场和埋地信号电缆屏蔽层电流的相关性分析.  51-53
    4.2.3 地闪的先导-回击阶段电场变化和信号电缆雷电感应电压变化  53-55
    4.2.4 闪电方位不同雷电感应电压的极性变化分析.  55-56
  4.3 小结  56-57
  参考文献  57-60
第五章等长不同类型电缆雷电感应电压分析  60-68
  5.1 试验布设  60-62
  5.2 试验结果  62-66
    5.2.1 不同类型埋地电缆芯线雷电感应电压的比较分析  62-64
    5.2.2 雷电感应电压频谱分析  64-66
  5.3 小结  66
  参考文献  66-68
第六章结论与展望  68-72
  6.1 结果与讨论  68-70
    6.1.1 埋地电源电缆雷电感应电压特征  69
    6.1.2 埋地信号电缆雷电感应电压的波形特征  69
    6.1.3 三种等长不同类型的埋地电缆雷电感应电压特征  69-70
  6.2 存在的问题  70-71
  6.3 展望  71-72
致谢  72-74
个人简介  74

埋地电缆雷电感应电压观测研究

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