一、雷电流波形及频谱分析
一、雷电流波形及频谱分析
通道底部电流采用Heidler模型：
……………………(2)
式中， 为通道底部电流的峰值； 为前沿时间常数； 为延迟时间常数； 为峰值修正系数； 为指数。
一典型雷电回击底部电流波形参数如下表：
表2.1 典型雷电通道底部电流参数
波形
1
我们提取了2011年，佛山基站专变电受损情况的数据，经过统计结果如表3.2所示
表2.1 2011年受雷电袭击基站损害原因分析表
序号
基站名称
启用时间
受损Байду номын сангаас间
损坏原因
损坏机理
1
三水迳口**
2005/1/4
2011/5/4
感应雷损坏
正变换过电压造成变压器损坏
2
三水大塘**
2003/1/5
2011/6/4
设备老化
设 为常量， 。从而得到通道底部电流的频谱，具体频谱分布如图2.2所示：
图2.2 通道底部电流的频谱
从上图可以看出，通道底部电流的频谱中主要频谱分量大体集中在0—20KHZ，雷电流能量主要分布在低频、感应雷部分。所以本文中涉及的防雷方案主要考虑从低频感应雷电流对专变线的损害入手。
二
2
2.1.1 现网数据分析
图3.3 变压器低压侧雷电防护整改示意图
3
参照上述第四点的分析，对高压计量设备的防护，除了应保证在计量设备的线路输入、输出端皆配置有合适的高压避雷器以外，还应改善避雷器的接地位置，使该子系统达到接好的等电位状态。
具体而言，参照图3.4，在设备支架上配置两条竖直扁钢，与支架上的横向扁钢可靠电气连接（最好采用焊接），扁钢能够直接入地更好。
雷电电流的频谱和能量分析
雷电电流的频谱和能量分析程锐;李梅;张新燕【摘要】为了研究风电场中强大电磁干扰源雷电流的基本特性,利用脉冲函数作为2.6/50 μs雷电流的解析表达式,将其与双指数函数表示的雷电电流进行比较说明其可用性.之后采用傅里叶变换和仿真计算的方法对雷电流的幅频特性以及所含能量进行了研究,得到相应的频谱图和能量分布图.经过分析得到的结论是:雷电流的频率在低频范围之内,能量主要集中在1～10 kHz之间,且雷电流脉冲上升越陡频率分量的初始振幅值越小,但是其包含的高频分量却越多.【期刊名称】《四川电力技术》【年(卷),期】2012(035)003【总页数】4页(P4-7)【关键词】雷电电流;脉冲函数;频谱;能量分布【作者】程锐;李梅;张新燕【作者单位】新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐830047;新疆维吾尔自治区计量测试研究院,新疆乌鲁木齐830011;新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐830047【正文语种】中文【中图分类】TM8630 前言雷电是自然界中雷云之间或是雷云与大地之间的一种放电现象，其特点是电压很高、上升时间很短、具有很大的危害性。
无论是直击雷还是感应雷都会对周边设备产生很强的电磁干扰，从而带来巨大的破坏和损失。
当代对风能的开发利用不断增加，风力发电机的安装数量也越来越多。
随着风电机组单机容量的增大，风电机组为捕获更多的风能，风轮直径不断增大，机组离地高度不断增高，再加上风电机组一般安装在开阔地带或者山顶，其遭受雷击机率也越来越大。
并且由于雷电现象的随机性，无论采取何种措施，也不能完全避免雷击的可能，因此风电机组的防雷措施日益受到重视［1－2］。
鉴于此，就需要对雷电这个强大干扰源进行分析，对其波形参数的确定、频谱和能量分布进行仿真分析确定其研究范围。
1 雷电电流的脉冲函数表示大量的实测结果表明，雷电流的波形大致呈现出单极性的脉冲形状，正(负)极性雷电放电产生的雷电流具有正(负)极性脉冲波形。
校园网络系统防雷电问题的研究 .jsp
二十世纪五十年代以来，各种电子信息设备大量涌现并广泛使用，特别是微电子技术的飞速发展，器件集成化、小型化、高速化水平不断提高，而“三化”的必然结果就是导致各种电子信息设备的耐过压、耐过流和抗雷电电磁脉冲的能力大大降低。
1.3.1.2雷电回击的数学模型
1.3.2雷电流的频谱分析
1.4雷电流通道周围电磁场的计算
二.雷电侵入计算机网络系统的主要途径及量能计算
2.1雷电放电的危害形式
2.1.1直接雷击
2.1.2感应雷击
2.1.3电磁脉冲辐射
2.1.4雷电过电压侵入
2.1.5反击
2.2雷电侵入计算机网络途径分析
2.2.1计算机网络防雷特点
指导教师（签名）：
年 月 日
所在院（系）审查意见：
负责人签字(盖公章)
年 月 日
。
三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明
按照我国现行实施的防雷规范GB50174一93《电子计算机机房设计规范》，认为雷电侵人机房及计算机网络系统的途径主要有交流电源线引入、信号传输通道引入、地电位反击等。计算机网络的防雷主要应从防直击雷、防雷电感应和防反击雷三部分人手，这是雷电侵害的主要途径。
[10]G. C. Simpson and F. J. Scrase,”Thedistribution of electricity in
thunderclouds”,Proc. R. Soc. A 161,309-353,1937
雷电及雷电流参数
元件动作之后的残压
W P(t)dt
是恒压负载吸收的瞬时功率
参看书第32页下面的式子 参看书第33页的表2.7
2.2.3.2 频谱分析
对于图2.7
i(t)
AI
mt
3e
t
式中A = 0.01243(s)-3， = 3.911 s
它的频谱函数为（式2.20）：
j
1
1
1 1
2
j
图2.17
对于图2.9 它的频谱函数为（式2.22）：
G()
A0U m
1 2
1 2
j
02
1 1
1 1 2
2 j
图2.9
图2.17
可见：波头和波长时间长的波形（10/1000s）具有较低的转折频率 和较慢的衰减速度，而波头时间短的（0.5s~100kHz）衰减 振荡波形具有较高的转折频率和较快的衰减速度
• 什么叫波特图？ 采用半对数坐标
（频率用对数分度， 增益和相角采用线 性分度）并用折线 近似表示的幅频特 性和相频特性曲线 的图叫波特图。
图2.17
① 雷电流峰值比率的频率分布：指每一个单一频率的电流峰值对
整个雷电流波峰值之比的分布。
对于双指数波形
i(t) AI m (e t e t )
2.1.1.5 雷暴持续时期 （1）一年中初雷日与终雷日之间的天数，单位：d （2）平均雷暴持续时期：雷暴持续时期的多年平均结果，天
2.1.2 雷电的空间分布参数
2.雷电流参数
10/350 100 50 2.5·106 IEC 61024-1-1 61024-
i
60 kA 50 kA 40 kA
W/R J/Ω J/Ω 相关标准
1 2
20 kA
3
80 µs 200 µs 350 µs 600 µs 800 µs
5-20(11-2-21)
S916e
1000 µs
t
(µs)
916e.ppt / 09.09.97
直击雷电流脉冲波形, 直击雷电流脉冲波形 10/350 µs 感应浪涌电流波形, 8/20 µs 感应浪涌电流波形
60
8/20µs current impulse
50
10/350µs current impulse
电 流 [kA]
40 30 20 10 0 -10 0 100 200 300 400 500 时间 [µs] 600 700 800 900 1000
图2.2 为典型的正极性电流波形
2、雷电流的波形画法
电流（kA）/电压（kV） 电流（ ） 电压 电压（ ） I
1.0 0.9
C B F
浪涌电压现 象描述方法
0.5
0.1
A E D t1 t2 图2.3
G 时 间 µs
极短时间
波头和波长时间的定义方法
3、雷击时的雷电流参量
雷电流提供的总电荷可按以下积分来计算： 雷电流∫ i(t)dt
0
∞
（2.6） ）
对于建筑防雷设计来说， 对于建筑防雷设计来说 ， 一般是将雷击分为 首次和后续雷击两种情况，并规定相应的波形参数， 首次和后续雷击两种情况，并规定相应的波形参数， 详见表2－ 。 详见表 －3。
后续雷击的雷电流波形参数
用于雷电防护的雷电流波形参数研究
用于雷电防护的雷电流波形参数研究用于雷电防护的雷电流波形参数研究雷电是自然界中常见且危害性较大的一种天气现象，其强烈的电荷分离产生的电场和电流对人类和物体都有一定的威胁。
为了有效地预防和缓解雷电对人类和设备的伤害，雷电防护成为了一个热门的研究领域，其中的一个重要方向就是研究雷电流波形参数。
在本文中，我们将讨论用于雷电防护的雷电流波形参数研究。
雷电流波形参数是指在雷电过程中由于电荷分离引起的电流的各项参数，包括电流幅值、波形特征、时间特征等等。
这些参数在雷电防护研究中具有非常重要的作用，其合理的选取和使用能够有效地提高防护效果。
因此，近年来许多学者对雷电流波形参数进行了深入研究，取得了一系列的研究成果和进展。
首先，电流幅值是衡量雷电能量大小的重要参数。
在雷电过程中，由于电荷分离带来的放电能够产生巨大的电流，因此需要选取适当的电流传感器对其进行测量。
针对不同的雷击情况，对电流幅值进行适当的调节是保证防护效果的重要手段。
其次，雷电流波形特征也是研究雷电防护的重要参数之一。
雷电在产生的瞬间会形成一个几乎瞬间的脉冲电流，而这种电流波形会对被保护物体产生不同的影响。
因此，研究并确定不同雷电脉冲波形对保护物体的影响是关键。
最后，时间特征也是研究雷电流波形参数的重要方面。
由于雷电实际有着一定的持续时间，因此需要考虑雷电的时间特征对被保护物体的影响。
根据实际数据的分析，确定最佳的雷电防护时间范围是保证防护效果的关键环节之一。
综上所述，用于雷电防护的雷电流波形参数研究在现代科技中具有重要意义。
的确，目前已然有许多成熟的研究成果，但是未来的研究还需继续深入。
例如，应用新型的传感器和分析手段，制定更高效的防护策略等等，这些都是未来雷电防护研究的重要前沿和挑战。
为了更加深入地研究用于雷电防护的雷电流波形参数，我们需要从实验和理论两个方面进行探究。
首先，实验研究是深入研究雷电流波形参数必不可少的手段之一。
通过对实际雷电的测量和分析，可以获取精确的电流数据和波形特征，并基于实验数据建立相关的模型。
双指数模型雷电流波的频谱分析
都可 以看作是 周期 信号 。 在 时 问域 表示 的 函数 。 在 频率 域 表 达 为 以 角 频率 为变量 的 函数 时 ， 可知 与 可用 下 面 的表达式
联系起 来 。
厂 （ ￡ ） １ Ｉ ｆ Ｆ（ ｗ） ｄ
雷 电流波 形 的测 量 是 研 究 雷 电 的主 要 内容 之一 。因为 ， 一旦 知道 雷 电流波 形 ， 我们就 可 得到
的三个 特性 推 得 。这 三 个 特性 是 ： 沿 先 导 通道 的 电荷密 度 ， 回击速 度 ， 以及 回击过 程 中先 导 电荷 的
有关 雷 电流 的参数 ， 如 雷 电流峰 值 、 最大 电流 上升
２傅 利 叶 变 换原 理
将 信号展 开 成傅 利 叶 级 数 ， 从 频谱 的角 度 来 看， 显现 出 了过 去 没 有 注 意到 的信 号 的 的各 种 特 征 。若作 为对 象 的信号是 周期 信号 就可 利用傅 利
１雷 电流 的解 析 表 达 式
有 了雷 电流参 量 后 ． 为 了进 一 步 对 雷 电进行 预测 和研究 ． 可 以用 简 练 的 数学 表 达 式 来 描 述典
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３
Ｖｏ １ ． ２ ９ Ｎｏ ． ３
第２ ９卷
第 ３期
双 指 数 模 型 雷 电流 波 的频 谱 分 析
叶 根
（ 普洱学院计算机科学系， 云南 普洱 ６ ６ ５ ０ ０ ０ ）
［ 摘
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
要］ 基于雷电防护的需要 ， 对于一些精 密设备进行 雷电防护的主要手段就是利用
了双 指数 表达 式 … ：
雷电流
雷电电流数学模型的分析与研究（合肥工业大学电气工程与自动化学院，安徽 合肥 230009）摘要：本文选取了常见的几个雷电电流的数学模型进行对比分析，运用Matlab 数学软件，分别做出它们的雷电电流波形图，在此基础上运用傅里叶变换分别对几种模型雷电流波的频谱进行分析，并做出了雷电流的频率分布图，为进一步深入研究雷电电磁场的计算和雷电电磁脉冲的防护提供理论基础。
关键词：雷电流 傅里叶变换 频率分布 频谱分析Research and Analysis of the mathematic models aboutthe lightning currentAbstract: In this paper, it takes several familiar mathematic models about the lightning current.First of all, it can make their waveform diagrams about the lightning current using the Matlab mathematic software. On this foundation, it uses the Fourier transform to analyzed the mathematic models in frequency domain and makes their frequency distribute diagrams. Thus, it can analyze the value of the lightning current frequency diagram and offer theoretical references to further research the induction of LEMP and .the count of electromagnetism field.Key Words : Lightning current, Fourier transform, Frequency distribute, Frequency chart analysis 0 引言雷电电流波的数学模型是研究雷电的主要内容之一，因为一旦知道雷电电流波形，就可得到有关雷电流的参数，如雷电流的峰值，最大电流的上升率，峰值时间等，此外，通过推出的雷电流的数学表达式，将为雷电过电压保护、雷电电磁脉冲(LEMP)防护和雷电电磁场计算等提供根本的理论基础[1]。
雷电流测量用Rogowski线圈频谱特性分析
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
・20 ・ May1 2005
High Voltage Engineering
Vol . 31 No . 5
表1 4 种骨架材料制成线圈的温度特性
Analysis on the Spectrum of Rogo wski Coil Applied to Measuring Lightning Current
L IAN G Yu1 , J IAN G Xingliang1 , YAN G Qing1 , XIE Shujiao 2 , BA I Kunli1 ( 1. The Key Laboratory of High Voltage and Electrical New Technology of Ministry of Education , Chongqing 400044 , China ; 2. Shaoyang Power Supply Company of Hunan Provice , Shaoyang 412000 , China)
1 Rogowski 线圈的基本原理
图 1 Rogowski 线圈结构图
Fig1 1 Structure diagram of Rogowski coil
个线圈交链的磁链为 [ 4 ] ψ ′= wS B i d l/ l = wSμ0 H d l/ l ,
∮
∮
( 1)
罗氏线圈的测量原理如图 1 。该线圈均匀密绕 在一非磁性骨架上 , 绕成偶数层 ( 一般两层 , 有时一 层 ,回线用单根导线) 。测量线圈非常均匀时 , 单位 ψ 长度小线匝 d l 所交链的磁链 [ 4 ] d ′ = ( w/ l ) S B i d l , 其中 B i 为磁感应强度在罗氏线圈轴线方向的切分 量 ; S 为小线匝所围面积 ; w 为小线匝的总匝数 ; 整
防雷安全知识培训资料
课程内容
第一章 雷电知识简介
第二章 雷电的危害与分析
第三章 雷电防护基本原则 第四章 雷电防护基本措施
第五章
雷电浪涌保护器防护
第六章 雷达站的防雷接地
第一章 雷电知识简介
雷电的产生 雷电的形状 防雷区的划分 雷电参数简介
雷电的产生
雷电是发生在大气中的一种极其雄伟壮观的自然现象，它往往
雷电的危害
电磁污染 电磁干扰
设备损坏 系统崩溃
雷电的危害
火灾、 爆炸
电力系 统故障
建筑 物损 坏
雷电的危害
雷电对计算机系统破坏作用的估计 距离 10km 5km 1km 50m 0m
电场 变化
60V/m
6kV/m
30kV/m
60kV/m I=40kA
破坏 电磁 效果 干扰
系统失灵 电磁干扰
雷电的产生
雷电现象是一种很普遍的大气中放电现象，产生于积雨中，积 雨云在形成过程中，某些云团带正电荷，某些云团带负电荷。它们
对大地的静电感应，使地面或建（构）筑物表面产生异性电荷，当
电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电 场强度可以击穿空气（一般为500KV/m），开始游离放电，我们称
接地体2
地电位反击
雷电的危害
云内闪、云际闪---对飞行器危害大 云地闪---对建（构）筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大 特点： 雷电放电电压高，闪电电流幅值大，变化快，放电时间短，闪电电 流波形陡度大。地球上每天约发生８００万次云地闪电，平均每秒 １００次。 雷电的危害形式: 强大的电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、剧变的电磁场以及强烈 的电磁辐射等物理效应，给人类社会带来极大的危害，造成人员伤 亡、巨大破坏、起火爆炸、严重损失。
2[1].强电磁环境的电磁特性
![2[1].强电磁环境的电磁特性](https://img.taocdn.com/s3/m/43eb9e15964bcf84b9d57bb6.png)
反击过电压。某金属物体因雷击而产生直击雷过电压时，该金属体与大 地之间存在很高的电压，有可能对与大地相连的附近其他金属体发生闪击， 使后者出现过电压，成为反击过电压。 ● 雷电入侵波。电力传输线和各种信号传输线上出现的直击雷过电压或感 应雷过电压都以行波的方式向设备传播。
●
对于移动车辆及系统，我们主要研究 直击雷、感应雷的防护
随着现代电子技术的发展，车辆以及系 统内加装的敏感电子设备越来越多。由电源 线、信号线、天线馈线以及车体等引入的雷 电电磁干扰耦合到电子设备和线缆上产生的 过电压，轻则造成通信出错、通信中断，重 则造成设备和线缆直接损坏，使得整个系统 瘫痪，造成严重的后果。
雷云放电机理
+ + + +
电离层
+
+
+
主要对暴露在核电磁脉冲环境中的东西，导线， 建筑物进行耦合，产生巨大能量，摧毁电子设备
雷害典型实例
雷害典型实例
1767年，意大利的威尼斯城一个装有炸药的教 堂因雷击爆炸，死了三千人，并毁了大半个威尼斯 城。 1977年7月原苏联伯力弹药库受雷击，炮弹横 飞数小时，死亡达340人 1987年7月19日，某机场气象台站一部气象雷 达遭雷击报废 2004年3月16日，某通信站多部自适应电台 遭雷击损失约100万元
+
电离层
+
+
+ + 300 kV
晴天大气 电流
Ia
- ---
天气晴
Ra
晴天大气 电阻
地面
地面
+
+
+
+
雷云放电机理
电离层
+
雷电流的能谱分析
雷电流的能谱分析刘有菊;方兴;李斯娜【摘要】首先对雷电流的波形进行分析,对雷电流数学表达式进行傅里叶变换,然后得出雷电流的频谱和能谱的分布函数,绘出频谱图和能谱图,找出雷电危害的重要波段所在.结果对避雷方案的设计、避雷器件的选取和雷害的评估具有重大的指导意义.【期刊名称】《保山学院学报》【年(卷),期】2011(030)002【总页数】4页(P66-69)【关键词】雷电流;傅里叶变换;频谱;能谱【作者】刘有菊;方兴;李斯娜【作者单位】保山学院,物理系,云南,保山,678000;保山学院,物理系,云南,保山,678000;保山学院,物理系,云南,保山,678000【正文语种】中文【中图分类】B27在微电子技术高度发达的今天，雷电电磁脉冲的危害随着微电子技术的发展而日益突出，严重威胁着各种微电子设备的安全运行。
因此，对雷电流的幅频、能频进行分析，找出雷电危害的重要波段所在，这对避雷电方案的设计、避雷器件的选取和雷害的评估具有重大的指导意义。
由于真实的雷电放电过程中的雷电流波形极不规则，具有很大的随机性和偶然性，且与地质结构，以及地面的建筑物都有很大的关系[1]P38-49，[2]P50-52，[3]P50-52，根据大量实际观测资料显示，雷电流的波形没有一幅是雷同的。
不过，尽管波形不同却发现始终具有相似的电流上升前沿，通道波前很陡，在极短的时间内雷电流达到最大值，而电流尾部变化则较为缓慢[4]P23-37。
因此，每幅波形图均可采用由两个电流波形参量组成的数学表达式来表征。
其中最有影响的是1941年由Brucet和Gol de提出的双指数模型和1985年H ei dl er提出的H ei dl er 模型。
双指数模型的表达式为：常数α和β由雷电流波形数据拟合确定。
Heidler电流模型的表达式为：式中：I0—峰值电流，h—峰值电流的修正系数，τ1—波头时间常数，τ2—波尾时间常数。
n—一般取10，在工程计算中取2。
一雷电流波形及频谱分析
一雷电流波形及频谱分析
雷电是一种自然界中常见的天气现象，它产生的雷电流具有很强的能量和复杂的波形特征。
为了更好地了解和分析雷电流的特性，可以进行雷电流波形及频谱分析。
雷电流波形分析是指对雷电流的时间序列进行分析，以研究其波形特点和变化规律。
雷电流波形通常表现为一个快速上升、保持高峰值一段时间，然后迅速下降的过程。
这个过程中，雷电流的时间变化对应着雷电的生成、传播和消散过程，可以通过测量和记录雷电流的变化曲线来获得雷电的有关信息。
雷电流波形的形状和参数可以反映雷电事件的强度、持续时间和能量释放情况。
例如，雷电流的上升时间和下降时间可以反映雷电路径的长度和脉冲的衰减情况；雷电流峰值和持续时间可以反映雷电的能量释放量和持续时间等。
通过对雷电流波形的分析，可以了解雷电的强度和特征，有助于提高雷电保护措施和应对雷电灾害的能力。
雷电流频谱分析是指对雷电流信号的频域进行分析，以研究其频率分布和频谱特征。
雷电流信号通常包含多个频率成分，这些频率成分分布在整个频谱范围内，频谱的形状和峰值可以反映雷电产生的能量集中情况和分布特点。
雷电流频谱分析可以通过傅里叶变换等方法来实现。
通过对雷电流信号的频谱进行分析，可以了解雷电活动的频率成分和能量分布情况，有助于了解雷电的产生机制和特点。
此外，雷电流频谱分析还可以与其他雷电参数进行关联分析，如雷电流波形和雷电时间序列，可以揭示它们之间的内在关系和相互作用。
综上所述，雷电流波形及频谱分析是对雷电流信号进行时间域和频域分析的方法，可以揭示雷电的波形特点、变化规律和能量分布情况。
通过这些分析，可以更好地了解雷电的特性，提高雷电保护和应对雷电灾害的能力。
雷电流波形的主要参数
雷电流波形的主要参数引言雷电是一种常见的天气现象，具有高能量和强破坏力。
为了更好地理解和预测雷电，科学家们进行了大量的研究，并提出了各种参数来描述雷电的特性。
本文将详细探讨雷电流波形的主要参数，帮助读者更好地了解和分析雷电现象。
雷电流波形的定义雷电流波形是指雷电过程中电流强度随时间变化的曲线。
雷电流波形的主要参数是以电流强度和时间为基础的指标，可以用来描述雷电的特点和演化过程。
主要参数一：峰值电流峰值电流是指雷电过程中电流达到的最大值。
峰值电流是衡量雷电强弱的重要指标，通常以安培（A）为单位。
观测显示，雷电峰值电流可以从几千安到几十万安不等，巨大的峰值电流对周围环境和设备带来严重破坏。
主要参数二：上升时间上升时间是指雷电电流从0到峰值电流所花费的时间。
上升时间的长短可以反映雷电的爆发速度和能量释放过程。
通常以微秒（μs）为单位，短上升时间意味着雷电爆发迅猛，释放的能量巨大。
主要参数三：持续时间持续时间是指雷电电流维持在峰值电流附近的时间长度。
持续时间取决于雷电云与地面之间的电荷传输过程和外部电流耗散情况。
持续时间通常以毫秒（ms）为单位，较长的持续时间表明雷电能量释放时间较长，可能对设备和建筑造成更大的破坏。
主要参数四：下降时间下降时间是指雷电电流从峰值电流下降到零所花费的时间。
下降时间的长短与雷电放电过程的稳定性和能量耗散有关。
通常以毫秒（ms）为单位，较短的下降时间表明雷电放电速度较快，能量迅速消散。
主要参数五：频率成分雷电电流波形中还包含了多个不同频率成分的谐波波形。
这些频率成分可以进一步分析雷电放电的频谱特性。
雷电频率成分的分析可以帮助科学家了解雷电的物理机制和电磁辐射产生过程。
总结雷电流波形的主要参数包括峰值电流、上升时间、持续时间、下降时间和频率成分。
通过对这些参数的分析，科学家可以更全面地了解雷电的特性和演化过程。
进一步的研究可以帮助我们预测和防范雷电对生命和财产的威胁，提高雷电监测和预警系统的准确性和可靠性。
2.雷电流参数
雷电流参数
雷电流波形； 雷电流的组成； 雷电流的特性
Chapter 2.1 雷电流的波形
1、雷电流的波形 、
[英]R.H.Golde《雷电》一书的记载和近年来大量的 R.H.Golde《雷电》 观测表明： 观测表明： 雷电流具有单极性的脉冲波形， 雷电流具有单极性的脉冲波形， 单极性的脉冲波形 大约有80-90%的雷电流是负极性的， 大约有80-90%的雷电流是负极性的 80 的雷电流是负极性 常见的负电流波形前沿呈拱形。 常见的负电流波形前沿呈拱形。 呈拱形 例如，在圣萨尔瓦托山，纽约州府大厦， 例如，在圣萨尔瓦托山，纽约州府大厦，意大利观测 点，匹兹勒宁大教堂和其他高建筑物获得的电流示波记录 都显示出相似的拱形前沿。 都显示出相似的拱形前沿。其中在圣萨尔瓦托山测得到达 电流峰值的中值时间为5.5μs。 5.5μs 电流峰值的中值时间为5.5μs。而在意大利观测点测到的 时间为7μs。 时间为7μs。
图2.1 雷电流的实测波形
雷电流上升率数据对避雷保护问题极其重要
为典型的正极性电流波形。 图2.2为典型的正极性电流波形。最大电流上升率出现在 为典型的正极性电流波形 紧靠峰值电流之前。正极性闪电通常由一个单闪击构成。 紧靠峰值电流之前。正极性闪电通常由一个单闪击构成。可 求得电流中值前沿为22µs，电流上升率中值为 求得电流中值前沿为 ，电流上升率中值为2.4KA/µs，半 ， 峰值的时间为230µs。 峰值的时间为 。
Chapter 2.2.2 闪电的电荷量
闪电电荷是指一次闪电中正电荷与负电贺中和的数 这个数量直接反映一次闪电放出的能量， 量。这个数量直接反映一次闪电放出的能量，也就是 一次闪电的破坏力。它与地理条件和气象情况有关。 一次闪电的破坏力。它与地理条件和气象情况有关。 大量观测数据表明，一次闪电放电电荷Q 大量观测数据表明，一次闪电放电电荷Q可以从零点 几库仑到1000多库仑 多库仑。 几库仑到1000多库仑。 雷电之所以破坏性很强，主要是因为它把雷云蕴藏 雷电之所以破坏性很强， 的能量在短短的几十微妙放出来， 的能量在短短的几十微妙放出来，其瞬间功率是巨大 的。
雷电参数简介
雷电参数简介雷电参数简介雷电放电涉及到气象、地形、地质等许多自然因素，有一定的随机性，因而表征雷电特性的参数也带有一定的统计性质。
在防雷设计中，我们对雷暴日、雷电流波形、幅值等参数比较关心。
1、雷电流波形雷电流是一个非周期的瞬态电流，通常是很快上升到峰值，然后较为缓慢的下降。
雷电流的波头时间是指雷电流从零上升到峰值的时间，又称为波前时间；波长时间是指从零上升到峰值，然后下降到峰值的一半的时间，又称为半峰值时间。
由于在雷电流波的起始和峰值处常常叠加有振荡，很难确定其真实零点和到达峰值的时间，因此，我们常用视在波头时间T1和视在波长时间T2来表示雷电流的上升时间和半峰值宽度，一般记为T1 /T2，如下图所示。
在IEC标准、国标中规定的雷击测试波形主要有：8/20us、10/320us（电流波）、10/700us以及1.2/50us（电压波）等。
雷击浪涌发生器（也叫雷击发生器，雷击测试仪）就是依据IEC的标准而设计出来的。
2、雷电波频谱分析雷电波频谱是研究避雷的重要依据。
从雷电波频谱结构可以获悉雷电波电压、电流的能量在各频段的分布，根据这些数据可以估算信息系统频带范围内雷电冲击的幅度和能量大小，进而确定适当的避雷措施。
通过对雷电波的频谱分析可知：1.雷电流主要分布在低频部分，且随着频率的升高而递减。
在波尾相同时，波前越陡高次谐波越丰富。
在波前相同的情况下，波尾越长低频部分越丰富；2.雷电的能量主要集中在低频部分，约90％以上的雷电能量分布在频率为10kHz以下。
这说明了在信息系统中，只要防止10kHz以下频率的雷电波窜入，就能把雷电波能量消减90％以上，这对避雷工程具有重要的指导意义。
雷电放电电流的幅频特性
对时间的二重积分比较困难。
而脉冲函数模型克服了双指数函数模型和Heidler模型的缺点。
2 、雷电流频谱函数为了比较容易得到雷电放电电流的频谱，本文用双指数函数模型作为雷电放电的电流模型，对其进行傅里叶变换可获得频谱函数：首先对雷电放电电流的波形进行分析，提出用脉冲函数作为雷电放电电流的波形函数，然后得出雷电放电电流的频谱和幅频特性。
结果对避雷方案的设计、避雷器件将三种函数模型绘在同一坐标系中，如图1 和图2 所示。
（3 ）式就为雷电放电电流脉冲函数模型的频谱函数。
3 、雷电流的幅频图选取的雷电流波形代入（3）式，并取各频谱函数模的分贝数（d B ）作波特图，可得图3 、图4 、图5 所示的幅频图。
引言在当今信息化的时代，强大的雷电电磁脉冲可导致各种微电子设备的运行失效甚至损坏，成为威胁航空航天、国防军事、计算机与通信等领域的一大公害。
目前，在国内外关于雷电流的理论及计算方法尚欠完善，而对雷电流特性的研究主要基于雷电流的双指数模型和H e i d l er 模型的研究，然而，这两种模型都有其不足之处。
而本文采用雷电流的脉冲函数模型对雷电流频谱进行研究，找出雷电流的幅频特性规律。
1 、雷电流波形由于真实的雷电放电过程中的电流波形极不规则，具有很大的随机性和偶然性，且与地质结构，以及地面的建筑物都图1 1 0 / 350雷电流波形F i g.1 10/350w a v e fo r m o f L i g h t n i n gcu rrent有很大的关系[1][2][3],但根据大量实际观测资料显示，雷电放电电流的波形没有一幅是雷同的。
不过，尽管波形不同却发现始终具有相似的电流上升前沿，而且通道波图2 0 . 2 5 / 1 00雷电流波形F i g.2 0.25/100w a v e f o r m o f Li g h t n i n gcu rrent的选取和雷害的评估具有一定的指导意义。
关键词雷电放电电流；脉冲函数；频谱；幅频特性AbstractBeing based on analyzing waveform of Lightningcurrent, using Pulse function represent model ofLightning current. so as to come up frequencyspectrum f unction an d a mplitude-frequen cy figure andamplitude-frequencycharacteristicsofLightningcurrent.It is very im portant for us to design of Lightningprotection progra m an d c hoice of lightnin g arresterand evaluation of lightning harm .Key wordsLightnin g current;Pulse f unction;Freque ncy spe ctrumfu nction; Amplitude-frequency c haracteristics摘要黄铜矿5.4 区域多其次的岩浆活动成关系密切，矿区铜矿化带北侧长玢岩脉，南侧的黄铁矿矿化层化。
一、雷电流波形及频谱分析
、雷电流波形及频谱分析由于雷电的随机性和复杂性，建立一个统一的数学模型是不可能的，但可以通过通道底部电流、回击传播速度、一定距离的电磁场等参数建立一个可接受的雷电数学模型创3]。
在工程应用中大多数雷电模型是在下列条件下建立的。
(1)针对第一回击建立雷电模型，因为雷电第一回击是引起过电压的主要原因。
(2)设定雷电通道都是垂直于地面的。
因为雷电通道的曲折具有随机性，因此在计算雷电通道周围的电磁场时由于雷电通道弯曲所带的影响并不大。
由此，将雷击电流表示为沿垂直通道向上传播的脉动行波i(z, t),假定大地为理想导体，地面为雷电通道镜像分界面，任意瞬时的i(z',t)随高度z按指数规律衰减。
表示为：az'i(z',t) i(0,t z'/u)e .......................................................... .(1)式中，a为衰减常数，其值与存储在阶梯先导的电荷分布及回击的放电情况有关，变化范围为0.5-1.0(1/km);v为脉冲电流沿回击通道的传播速度，其变化范围是0.6〜2.0*10 8m/s;i(0,t z'/u)为回击通道底部的电流。
通道底部电流采用Heidler模型：2 H j t 1i(0,t) 仏二,)』e7, i exp[ (』)(n』)”.......................................... ⑵i1 1 1 (t/ 1i)i2i 1i式中，I。
为通道底部电流的峰值；i1为前沿时间常数；2i为延迟时间常数；1为峰值修正系数；n i为指数。
一典型雷电回击底部电流波形参数如下表:将表中参数带入heidler模型计算公式，得出雷电通道底部电流波形。
在式i(z',t)中，取雷电通道的传播速度为v 1.3*10 8(m / s)，衰减常数a=0.6 (1/km)图2.1雷电通道底部电流波形设e 为常量，e 0.577216。
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……………………………………………………………….(1)
式中，a为衰减常数，其值与存储在阶梯先导的电荷分布及回击的放电情况有关，变化范围为0.5-1.0(1/km);
设 为常量， 。从而得到通道底部电流的频谱，具体频谱分布如图2.2所示：
图2.2 通道底部电流的频谱
从上图可以看出，通道底部电流的频谱中主要频谱分量大体集中在0—20KHZ，雷电流能量主要分布在低频、感应雷部分。所以本文中涉及的防雷方案主要考虑从低频感应雷电流对专变线的损害入手。
二
2
2.1.1 现网数据分析
2.2.5低压电缆金属屏蔽层未接地
屏蔽电缆从分布参数的角度看，电缆是具有较低波阻抗的传输线；从集中参数的角度看，电缆相当于一个大电容。但电缆对配电变压器防雷所起的作用，不在于电缆具有较低的波阻抗和较大的电容，而在于利用电缆外皮高频电流的集肤效应或外皮的分流及耦合作用。
假如只一端电缆屏蔽接地，其一，不能很好的完成以上所述的电磁封锁效应；其二，当雷电波使电缆接地端避雷器动作时，会对地产生过电压反击至另一端。
2.2.15KA级的高压MOA避雷器不能适应基站的特殊运行环境
5KA级的高压MOA避雷器仅适用于一般应用场合（雷击频度、强度较低的场合）[4]。对于移动通信基站特殊的地理工况条件（基站位置往往较高、且有基站铁塔易于引雷），该类防雷器易于因受到的过电流的冲击超过其设计寿命而损坏，并因此导致变压器失去保护而损坏。
由于没有认识到对变压器低压侧进行防护的重要性，没有在低压侧配置避雷器，反变换过电压或低压侧形成的过电压造成高压侧的绝缘的击穿。
如果只有高压侧装设避雷器，如图3.1示。还不能使配电变压器免除雷害事故，这是由于雷击高压线路中，避雷器动作后的雷电流将在接地电阻上产生电压降。
图2.1 只在高压侧设避雷器
2.2.4变压器配置的避雷器的接地位置不当
一、
由于雷电的随机性和复杂性，建立一个统一的数学模型是不可能的，但可以通过通道底部电流、回击传播速度、一定距离的电磁场等参数建立一个可接受的雷电数学模型[2][3]。在工程应用中大多数雷电模型是在下列条件下建立的。
（1）针对第一回击建立雷电模型，因为雷电第一回击是引起过电压的主要原因。（2）设定雷电通道都是垂直于地面的。因为雷电通道的曲折具有随机性，因此在计算雷电通道周围的电磁场时由于雷电通道弯曲所带的影响并不大。
10.7
0.25
2.1
2
2
6.5
2．5
230
2
将表中参数带入heidler模型计算公式，得出雷电通道底部电流波形。
在式 中，取雷电通道的传播速度为 ，衰减常数a=0.6（1/km）
图2.1 雷电通道底部电流波形
为了分析雷电模型的频谱，需对heidler模型进行laplace变换，得到：
……………………………………………………………………………………(3)
图2.3 因避雷器接地位置不当造成端口等效残压过高的示意图
如上图示，如果避雷器通过一段较长的引线接地，则变压器线路对机壳的等效限制电压为：
………………………………………………………………………(4)
由于避雷器接地线的电感效应，Uline将达到数千伏至上万伏以上的压降，如此，变压器的绝缘可能因此叠加的过电压而损坏。
雷害现场配电变压器与避雷器的接地方式如图3.2所示，当雷电流从配电变压器高压侧侵入时，高压侧装有避雷器，雷电流将会通过避雷器入地。同时，将会产生地电位抬高，在避雷器端子间（a.b 两点间）呈现电压峰值（即残压），这个电压峰值也就是等于加载于配电变压器的高压线端与地之间。由于各连接线长度不同，则U=Ldi/dt+IR中L值不一样，因此在雷电流侵入时地电位的抬高也就不同。
2006/7/4
2011/8/27
其他
其他
从上表得出雷电袭击基站的损害机理统计表，如表3.2所示。
表2.2 2011年受雷电袭击基站损害原因分析表
损害机理
比率
50%
30%
10%
10%
可见，低频感应雷电流造成基站专变电损坏的主要原因是正、反变换过电压造成的。
2.2
根据实际的施工经验，我们发现以下五种情况正是导致基站变压器受损的要因。
v为脉冲电流沿回击通道的传播速度，其变化范围是 为回击通道底部的电流。
通道底部电流采用Heidler模型：
……………………(2)
式中， 为通道底部电流的峰值； 为前沿时间常数； 为延迟时间常数； 为峰值修正系数； 为指数。
一典型雷电回击底部电流波形参数如下表：
表2.1 典型雷电通道底部电流参数
波形
1
我们提取了2011年，佛山基站专变电受损情况的数据，经过统计结果如表3.2所示
表2.1 2011年受雷电袭击基站损害原因分析表
序号
基站名称
启用时间
受损时间
损坏原因
损坏机理
1
三水迳口**
2005/1/4
2011/5/4
感应雷损坏
正变换过电压造成变压器损坏
2
三水大塘**
2003/1/5
2011/6/4
设备老化
设备老化
3
三水白坭**
2005/1/18
2011/3/2
感应雷损坏
正变换过电压造成变压器损坏
4
高明明城**
2005/11/9
2011/7/7
直击雷损坏
正变换过电压造成变压器损坏
5
高明杨梅**
2005/11/4
2011/4/1
感应雷损坏
反变换过电压造成变压器损坏
6
高明杨梅**
2005/1/5
2011/5/1
2.2.2大冲击电流情况下普通高压MOA避雷器残压过高
对于MOA避雷器而言，由于其保护能力（残压）是针对小电流情况而设计，在移动通信基站特殊的地理工况条件，往往出现大幅值的过电流，在此大电流通过MOA避雷器时，引起实际残压过高，超过变压器的绝缘耐受水平，引起变压器的损坏。
2.2.3变压器低压侧没有配套的防雷措施
感应雷损坏
正变换过电压造成变压器损坏
7
顺德容桂**
2006/6/11
2011/3/8
感应雷损坏
反变换过电压造成变压器损坏
8
南海狮山**
2005/11/4
2011/8/1
感应雷损坏
反变换过电压造成变压器损坏
9
顺德北窖**
2005/7/4
2011/9/12
感应雷损坏
正变换过电压造成变压器损坏
10
南海丹灶**