工程电磁场

工程电磁场
------雷电电磁脉冲（LEMP）
姓名：刘静雯
学号：2015202070094
一雷电电磁脉冲的影响
一直以来，雷电对人类的生活都有着极大的危害，并随着人类社会的发展表现出不同的危害形式。

雷电是带电的云层和带异种电荷的其它云层或大地之间发生的一种强烈的放电现象，其具有选择性、随机性、不可预测性以及破坏性。

雷电是自然界中一种典型的电磁危害源。

闪电发生时，闪电回击通道中的电压可高达几百万伏，电流可高达几十万安培，电流上升率可达每微秒几万安培，这种强大的瞬态强电流会在闪电通道周围产生强大的电磁辐射效应，早期雷电的危害形式为雷击，每年造成大量的人畜伤亡、建筑物损坏以及森林火灾等，给人类生活带来了严重的负面影响。

在当今信息化时代，强大的雷电电磁场脉冲（LEMP）可导致各种微电子设备的运行失效甚至损坏，成为威胁航天航空、国防军事、计算机与通信等领域的公害。

二雷电电磁脉冲的产生
主放电通道形成后,云层电荷迅速与大地或云层异性感应电荷中和,回击电流急剧上升,受电荷电量、电位和通道阻抗影响,其上升速率最大可达500kA /μs。

此时,放电通道构成等效天线,产生强烈的电磁脉冲。

无论闪电在空间的先导通道或回击通道中闪电产生的瞬变电磁场,还是闪电流入建筑物的避雷针系统以后所产生的瞬变电磁场,
都会在一定范围内对各种电子设备产生干扰和破坏作用。

由于LEMP是脉冲大电流产生的,其磁场部分的危害也不容忽视。

它能在导体环路中感应生成浪涌电流,或者在环形导体的断开处感应出高电压,甚至击穿空气出现火花放电,引发火灾、爆炸。

经专家确认, 1989年的黄岛油库火灾事故。

起因就是LEMP引起混凝土内钢筋断头处的火花放电。

避雷装置(接闪器、引下线、接地体)遭雷击时也会辐射强电磁脉冲,由于靠近建筑物,将以感性耦合及容性耦合等方式作用,严重威胁着室内电子装备,这是传统避雷方式的缺陷。

雷击暂态电磁脉冲是指雷电流经电阻"电感"电容耦合产生的电磁效应，包含闪电和辐射电磁场!雷击暂态电磁脉冲的传播方式包括静电感应和电磁感应。

雷击暂态电磁脉冲发生的机率比直击雷高得多!直接雷只发生在雷云对地闪，才会对地面造成灾害，而雷电的静电感应和电磁感应，则不论雷云对地闪击，或者雷云对雷云之间闪击，都可能发生并造成灾害。

三雷击电磁脉冲的特性
根据实际观测，雷电回击电磁场具有以下四个特征：a. 电场和磁场都有一个起始尖峰，观测距离超过 1km 时，峰值随距离下降；
b. 在几十千米范围内的电场，起始峰值后有一个缓慢的上升沿，持续时间超过 100μs ；
c. 在几十千米范围内的磁场，起始峰值后有一个隆起，隆起最大值发生在 10～40μs 之间；
d. 在 50～200km 范围内的电场和磁场，起始峰值后都有过零点现象。

四雷击电磁脉冲的分析
计算模型概述
根据控制方程的不同，目前雷电电磁场的计算模型可以被归纳为四种主要类型：第一类是气动模型（gas dynamic models），也称为物理模型（physical models），其控制方程为三个气动方程，分别以质量守恒、动量守恒和能量守恒为出发点；第二类是电磁模型（electromagnetic models），这种模型通常是将雷电通道简化为有损线天线，通过对 Maxwell 方程组进行数值求解得出电流沿通道的分布，进而确定空间电磁场。

第三类是分布电路模型（distributed-circuit models），也叫 R-L-C 传输线模型（R-L-C transmission-line models），这种模型将电流通道简化为传输线，其电磁特性由传输线上的分布阻抗、电感和电容决定；第四类是工程模型（engineering models），该模型认为通道电流可以通过观测到的通道基电流确定。

工程模型通常不考虑电流通道的形状、发光强度等，重点考虑的在于距离雷电通道数十米以至上百千米处，实测电磁场强度能通过模型计算得出的电磁场强度进行预测。

目前，对雷击建筑物暂态电磁场常用的方法可分为路的方法( Current approach) 和场的方法( Field approach)。

2
3
四雷击电磁脉冲的防护
对雷电电磁脉冲的防护措施，主要包括接地、等电位连接、屏蔽、合理布线、安装协调配合的浪涌保护器（SPD）和采用隔离界面。

[1] 侯民胜，贾宏亮.HEMP和LEMP的实验室产生方法[J]电工技术学报，2007,22（11）:12-16
[2] 魏明，刘尚合，翟景升.LEMP成因与特性[J]高电压技术，2000,26（4）：28-30
[3] 3王晓嘉，陈亚洲，万浩江，王琳，LEMP空间表达式求解及分布规律研究[J]微波学报，2012,28（6）:16-31
[4] 李刚，变电所直接雷击下的 LEMP 计算[J]继电器，2007,35（11）：75-78
[5] 陈亚洲，肖雪荣，地表近场LEMP与回击电流的近似性[J]高电压技术，2007,33（12）：23-26
[6] 叶平，防雷电电磁脉冲(LMP)的基本原则和方法[J]广东气象，2001:26-29
[7]
[8] 邹相国，雷电电磁场空间分布的研究与计算[C]武汉，华中科技大学，2006:1-61
[9] 王庆祥，姚烨，崔喆，孙冬迪，等，雷电电磁脉冲（LEMP）的
特性分析及屏蔽[J]，环境技术增刊，2014：159-167
[10] 2林少松，傅春华，等，雷击暂态电磁脉冲的分析方法[J]广东气象，2015,37（5）：72-75
[11] 文银平. 雷电信息系统与城市防雷的应用研究 [D]. 华中科技大学, 2004。