闪电先导随机模式的建立与应用

根据地闪先导发展特征,建立了一个闪电先导的二维随机模式,并模拟研究了下行先导与避雷针或地面的连接过程。模拟得到下行先导感应电荷的数量级为10-4 C/m;下行先导出现明显的分叉,且先导接近地面时分叉逐渐增多;模拟的连接过程形态呈现多样性的特点;建筑物上的避雷针在绝大多数情况下可以有效拦截闪电下行先导,但避雷针正上方的下行先导并不是百分之百击中避雷针,远离避雷针的下行先导仍有很大概率被避雷针拦截;在下行先导与避雷针水平距离一定的条件下,建筑物越宽越矮,避雷针有效拦截闪电先导的概率就越小。     

雷击建筑物的先导连接过程模拟

为了研究闪电先导与地物的相互作用,该文建立了一个闪电先导的二维模式以模拟雷击建筑物的先导连接过程。模拟得到梯级长度在13.8～51.5 m的范围内,下行先导的感应电荷为0.03×10~(-4)～1.2×10~(-4) C/m,梯级长度和感应电荷量均随着先导离地高度的下降而增加,模拟结果与观测值相吻合。下行先导最后一跳之前的转向并不明显,但最后一跳,下行先导向避雷针产生的上行先导偏转一定角度。模式模拟了下行先导与40 m宽度的建筑之间的相互作用和连接过程,得到建筑物拐角也具有一定的吸引半径,避雷针和拐角之间存在竞争关系。因此,在雷电防护设计中需要考虑拐角等复杂结构尖端对闪电的吸引作用,简单地采用理想情况(如地面孤立高耸尖端)下避雷针的吸引半径等参数进行复杂建筑物的防雷设计会存在问题和隐患。     

筑物年预计雷击次数的计算及避雷针电磁辐射强度的危害分析

介绍了计算现代智能建筑物在 1a内可能遭到雷击损伤的次数 ,包括来自临近区域的雷电通过输入线路而引进过压损害 ;利用电磁辐射理论计算了避雷针接闪辐射强度。     

建筑物年预计雷击次数的计算及避雷针电磁辐射强度的危害分析

介绍了计算现代智能建筑物在1a内可能遭到雷击损伤的次数，包括来自临近区域的雷电通过输入线路而引进过压损害；利用电磁辐射理论计算了避雷针接闪辐射强度。     

地闪近地面形态特征的数值模拟

该文在已有闪电随机放电参数化方案的基础上,截取近地面区域,保持闪电其他基本参数不变,通过改变闪电的空间形态,对同一背景下的闪电进行多次模拟,研究闪电近地面空间形态的差异对闪电击地点位置、上行先导长度、上行先导触发时下行先导的尖端位置及连接过程形态等参数的影响,并探索闪电参数之间的相关性。结果显示:闪电近地面空间形态会使上行先导长度在77~609 m区间内变化,大部分集中在100~200 m,也会使上行先导触发时下行先导的尖端位置分布在建筑物上空的一个椭球形空间内。同时,闪电近地面空间形态的差异也会使地闪连接形态呈多样性。另外,近地面闪电下行先导长度与上行先导长度有一定的线性相关性,而其他闪电参数相互之间的相关性较弱。这不仅可以加深对闪电空间形态不确定性的理解,同时也对以后的模式建立有一定借鉴意义。     

建筑物高度对上行闪电触发以及传播影响的数值模拟

为了探讨建筑物高度对单个上行闪电触发以及传播的影响,设定了一个固定的背景电场,并结合自行触发的上行闪电随机放电参数化方案,进行了二维高分辨率上行闪电放电的模拟试验。结果表明:(1)上行闪电在初始阶段分支比较少;发展到离地面2 km左右后,闪电开始出现大量的分支,闪电通道开始出现明显的分叉:一部分通道继续向高电荷密度中心垂直传播,另一部分通道绕过高电荷密度中心,向外水平传播;模拟的上行闪电只能垂直传播到4 km处的负电荷中心,不能穿过0电势线向上方的正电荷区传播。(2)建筑物高度对上行闪电的触发起了关键作用,建筑物越高,越容易触发上行闪电。(3)建筑物高度对上行闪电传播具有一定的反作用,随着建筑物高度增高,模拟出的上行闪电的水平和垂直传播距离都有所减小,通道的分形维数变小,通道传播的总长度也逐渐减小。     

建筑物上侧击雷电的三维数值模拟

基于三维近地面闪电先导发展随机模式,通过改变先导初始电位和建筑物几何特性,分析各种情况下的侧击雷电发生概率,探讨侧击雷电产生原因及影响因素。结果发现:建筑物尖端电场畸变值是影响侧击雷电产生的重要参量,当下行先导靠近建筑物且传播位置低于建筑物的高度时,建筑侧面电场畸变值达到触发阈值,侧击雷电易产生;下行先导的初始电位以及建筑物几何特性（高度和宽度）是影响侧击雷电发生概率的重要因素,当下行先导初始电位在-9~-3 MV范围内,侧击雷电发生概率呈先增加后降低的趋势,当初始电位为-4.5 MV时,侧击雷电的发生概率达到峰值;当建筑物高度在50~150 m范围内,侧击雷电发生概率随着高度增加呈先增加后减少的趋势;当建筑物高度为100 m时,侧击雷电发生概率达到峰值;当建筑物宽度在30~70 m范围内,侧击雷电发生概率随建筑物宽度呈递减趋势;当建筑物宽度为30 m时,侧击雷电的发生概率达到峰值。     

基于闪电先导随机模式对不同连接形态的模拟

考虑到下行负极性地闪过程中大多上行正先导发展时不分叉的观测事实,基于已有的闪电先导二维随机模式,改变上行正先导的模拟方案,使其发展时不产生分叉,并对雷击高建筑物过程中下行先导与上行连接先导 (upward connecting leader,UCL) 之间头部-头部连接和头部-侧面连接 (侧击) 的两种形态进行模拟。以高度为440 m的建筑物为例,通过改变下行先导始发点 (高度为1000 m) 与高建筑物的水平距离,模拟高建筑物上雷击过程中先导之间的连接过程,结果表明:当下行先导始发点与高建筑物的水平距离从0增加到700 m时,UCL的长度呈持续增大趋势,UCL受侧击的概率总体上呈先增大后减小的趋势 (在距离为500 m时达到最大值58%),侧击时UCL连接点以上的部分占整个UCL长度的比例总体呈持续增大趋势 (13%~49%)。     

超高建筑物雷电先导-连接过程数值模拟

为了更好地分析超高建筑物雷击物理过程,基于雷电通道分形模型,对超高建筑物雷电先导-连接过程建立了空间分辨率为1 m×1 m的精细化数值模拟模型.将数值模拟结果与超高建筑物自然闪电光学观测记录进行了对比分析,发现超高建筑物闪电的上、下行先导发展特征模拟结果与真实情况较为一致.并对超高建筑物上部周围的电场强度分布情况进行了...     

浅谈汽车加油站的防雷

1 防直击雷措施 1.l 接闪器 这里所说的接闪器主要是指避雷针或铁塔,并辅以避雷带、避雷网及其他金属屋面等.加油站站房(含加油站)不论其高矮,一定要装设接闪器或在其附近装设独立避雷针(铁塔)来保护站房的安全.也可以在站房天面用针与带结合的形式来布置接闪器,注意一定要按二类防雷建筑物标准来布设避雷网格(即10m×10m或 12m×8m).油罐区如果装设有阻火器且高于油罐,可直接作为接闪器,而无需另外装设接闪器.     

一次触发闪电先导头部引起的低压架空线路SPD过电压特征

为了研究闪电先导头部对低压架空线路的感性过电压的影响,在广州野外雷电试验基地架设试验线路,基于一次人工触发闪电,对架设的安装氧化锌SPD的低压架空配电线路的感应过电压和闪电快电场的特征进行分析。通过分析得出如下结论:(1)每次回击在SPD残压前都有明显的初始正极性脉冲出现,脉冲峰值234.8~1 463.5 V,平均值757.3 V;(2)低压架空线路的感应过电压初始正极性脉冲变化可以分成3种不同的类型,分别为波动型、突变型和振荡型,正极性过电压脉冲幅值与先导向地面发展的电场变化密切相关。     

接闪器的理论拦截效率

广义的接闪器包括避雷针、避雷线、避雷带、避雷网,该文讨论的接闪器仅指避雷针。安装了避雷针(接闪器)还会不会发生雷击事故?避雷针的效率究竟有多高呢?我们先从避雷针的设计理论滚球法说起。雷雨云中不同部位聚集着不同极性的电荷,当电荷积累到一定程度时,在云团之中、云团与     

基于有限差分法的高层建筑物雷电连接过程模拟研究

为研究雷电与高层建筑物的相互作用,该文构建了一个雷电连接过程有限差分计算模型。运用Matlab编写程序,设置网格大小,确定吸收边界,引入松弛因子,对离散化后的线性方程组进行求解,计算得到空间分布的电势值,实现对闪电通道底部二维电场的数值模拟,研究建筑物高度、闪电先导起始位置对高层建筑物雷电连接过程的影响,模拟得到闪电路径图和电势等高线分布图,并将模拟得到的结果与实例进行了比对。结果表明,所构建的模型能很好地模拟出下行先导主通道向下发展特征,突出的下垫面因素会对雷电电场传播产生影响,高层建筑物对雷电存在一定的"吸引"作用,要加强高层建筑物及空旷场地孤立建筑物的雷电防护能力,防范于未然,降低雷灾风险。     

闪电先导三维自持发展模式的建立

为研究上行先导发生发展的特征及其与地面构筑物间的相互作用,该文建立了闪电先导三维自持发展模式。该模式能够在给定雷暴云下空间电场初始分布情况、下行梯级先导始发位置及地面构筑物几何形状等参量时,进行自持发展模拟,计算出上行正先导随时间在三维空间内的头部位置、速度、电流强度、线电荷密度等物理特征量的变化。模拟发现上行正先导始发及发展过程中,其速度呈逐渐增加趋势,临近最后一跳发生前,上行正先导速度增加明显,整个过程中先导速度的变化范围为104~106 m·s-1量级,电流强度随时间也具有逐渐增加趋势,该变化趋势与光学观测得到的先导头部亮度的变化趋势相一致。该闪电先导三维自持模拟模型能够为进一步研究雷击地面构筑物特点提供参考。     

对国家标准《建筑物防雷设计规范》的几点建议

1 关于部分条文的建议 1.1 已建的第一类防雷建筑物独立接闪杆保护范围的规范适用问题 <建筑物防雷设计规范>(征求意见稿)(以下简称<意见稿>)中1.0.2条:"本规范适用于新建、扩建、改建建筑物的防雷设计.但对已建的第一类防雷建筑物,其已建的独立接闪杆(避雷针)的保护范围除外."建议改为:"本规范适用于新建、扩建、改建建筑物的防雷设计."     

江西闪电特征海拔高度影响分析

利用2004—2015年江西省闪电定位系统监测的地闪资料,通过数理统计、线性回归等方法,重点分析不同海拔高度变化对江西闪电特征的影响,分析结果表明:(1)江西省闪电主要发生在海拔高度0~500m的平原、丘陵(占地总面积7.4×104km~2)和小起伏山地(总面积6.1×104km~2),占总闪电次数的83.5%,其中91.0%的正闪电发生在这些地区;(2)闪电密度大小随海拔高度的增加而减小,而且在不同的海拔高度其变化率不同。正负闪电平均强度随海拔高度的增加而增强,且其变化率在各海拔高度区段内不同,正闪电的变化比较明显,负闪电的变化幅度相对正闪电比较小;(3)江西省多雷区所占比例最大,强雷区基本上分布在江西南部,多雷区和强雷区大部分是地处0~500m的平原、丘陵和小起伏山地;在500~2200m的山区里,大部分地区为少雷区。     

用滚球法确定避雷针的保护范围

建筑物防雷设计规范GB50057─—94规定用滚球法确定接闪器的保护范围。以前都是采用传统的作图方法确定避雷针的保护范围,而用滚球法确定接闪器的保护范围,很多人尚不清楚,因此,把此篇介绍给大家。     

广州珠江新城地区高建筑物雷电回击磁场分析

对2011—2012年广州高建筑物雷电观测站获取到的雷电回击磁场波形数据进行统计分析,选取14个高建筑物的27次闪电过程(均为负极性地闪,含回击过程112次),其中44%的闪电个例为单次地闪过程。采用小波软阈值去噪法和基础噪声归零法进行数据预处理,分析发现:选取的回击磁场波形均呈现多峰现象,鉴于高建筑物反射峰的影响,本文只统计初始峰值;选取数据的1次闪电回击次数的算术平均值为4.2次,高度200m以下的闪电过程(14次)算术平均回击次数5.1次,高度200m以上的闪电过程(13次)算术平均回击次数3.2次;建筑物越高对磁场峰值的增强作用越显著,击中200m以上的建筑物上雷电首次回击和继后回击磁场峰值几何平均值分别是200m以下的2.2倍和1.5倍;建筑物高度对回击过程磁场波头上升时间影响不大;继后回击过程磁场波头时间远小于首次回击,与回击电场波形特征一致。     

广州高建筑物雷电观测与研究10年进展

作为中国气象局雷电野外科学试验基地(CMA_FEBLS)的重要组成部分,广州高建筑物雷电观测站(TOLOG)始建于2009年,迄今已积累数百次高建筑物雷电资料。对于雷电连接过程,高建筑物会起到“放大镜”的作用:TOLOG的观测在国际上首次发现了连接过程中负-正先导之间“头部-侧面”连接的现象,给出了先导连接行为的两种基本形态;揭示了负先导梯级发展过程的精细化结构,给出了下行先导和上行先导的二维/三维发展特征;估算了不同高度建筑物上雷电的闪击距离。高建筑物对雷电电磁场具有“放大器”的作用,且建筑物越高增强效应越显著。高建筑物是下行和上行闪电的“汇集点”:对下行闪电的吸引作用可保护高建筑物附近的其他物体免遭雷击;正地闪的回击、延续电流和云内放电过程均可在高建筑物上触发负极性上行闪电。另外,高建筑物区域可作为闪电监测系统的“标校场”,TOLOG的观测资料在地闪定位系统探测效率和定位精度的评估方面也得到了应用。     

直击雷的防护措

直击雷的防护通常采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网做接闪器,把雷电流通过良好的接地装置迅速而安全地输入大地。通常的避雷装置能大大减小被雷击的可能性,但不能保证百分之百地避雷,即使能生产出这种装置,其造价也是十分昂贵的。1　避雷装置的避雷原理　　常用的接闪装置都是用金属做成,安装在建筑物的最高点,如屋脊或屋角最易受雷击的地方(明敷或暗敷),然后用截面积足够大的金属物与大地连接。当高空出现雷雨云的时候,大地因静电感应作用,必然带上与雷雨云相反的电荷,而接闪设备(避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等)处于地面上建筑物的…