CN109344356A - 一种确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法 - Google Patents

一种确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109344356A
CN109344356A CN201811200924.0A CN201811200924A CN109344356A CN 109344356 A CN109344356 A CN 109344356A CN 201811200924 A CN201811200924 A CN 201811200924A CN 109344356 A CN109344356 A CN 109344356A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lightning
protection system
equivalent
protection
ground
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811200924.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109344356B (zh
Inventor
孙俊德
王辉
刘得军
王凯
蒋秉政
李龙刚
杨成山
王飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
63921 Troops of PLA
Original Assignee
63921 Troops of PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 63921 Troops of PLA filed Critical 63921 Troops of PLA
Priority to CN201811200924.0A priority Critical patent/CN109344356B/zh
Publication of CN109344356A publication Critical patent/CN109344356A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109344356B publication Critical patent/CN109344356B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Elimination Of Static Electricity (AREA)

Abstract

本发明是一种确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法，包括：将地面防雷系统的等效受雷面积作为计算范围，对范围内地面等距离划分，得到若干个划分结点且将每一个结点作为预计地面落雷点；将雷电先导用水平和竖直方向的角度进行表征，并计算获得各方向的角度下概率密度分布值，及加权处理得到每次雷击的等值次数；对竖直和水平接闪导体运用滚球运算，做出各接闪导体的扩展受雷表面，将其与雷电先导相交的点视为等值雷击点；将各接闪导体的等值雷击点数和保护系统内部等值雷击点数统计累加，得到保护系统的防护效率和防雷系统的年预计雷击次数。本发明高度模拟实际雷击发生时雷电防护系统的防护效率，适用于不同地区不同规模的防雷系统优化计算。

Description

一种确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法
技术领域
本发明属于雷电防护领域，涉及一种确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法。
背景技术
对于高大建筑物的直击雷防护，主要采用避雷针、避雷线盒避雷网来拦截雷闪，使被保护建筑物免受雷击。现有防雷系统防直击雷的计算方法主要有折线法和滚球法。
折线法是在避雷针上、下两个半高度空间分别确定两段具有固定斜率的直线段，以其所构成的折线来确定保护范围。按折线法确定的避雷针保护范围实际上是一个以避雷针为轴线的锥形空间域，椎体的母线是由两条折线构成。折线法使一种全经验做法，所用的经验系数固定，由实验室内模拟实验确定，在实际应用中，无法再折线计算步骤中引入概率统计算法，不能从雷电随机性这一固有自然特征出发来估算防雷系统的防护效率。
滚球法是在折线法的基础上，采用弧形边界来代替直线边界的类似算法。他是以雷击过程为基础，根据下行先导发展的随机性和定向性来确定建筑物或地面上可能出现的雷击点，即以雷击距为半径，假想一个球在安装有接闪器的建筑物上滚动，滚球触及的地方就是雷击点，受建筑物上所安装的接闪器的阻挡而无法触及的区域被认为是保护区域。该方法虽然加入了雷电随机性的概念，但其计算是按照统一的雷击距，即假设雷电流幅值不变的情况下的一种算法，没有考虑雷电电流幅值随机性。
发明内容
发明所要解决的课题是，现有的折线法与滚球法均不能从雷电随机性这一固有自然特性出发来计算防雷系统的保护范围和防护效率，本发明通过改进现有折线法和滚球法的部分缺陷，为模拟高大建筑物防雷系统受到雷击时计算保护范围和防护效率，提出统计滚球法。
用于解决课题的技术手段是，本发明提出一种确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法，包括以下步骤：
步骤1、将地面取防雷系统的等效受雷面积作为计算范围，并对该范围内地面进行等距离划分，得到若干个划分结点且将每一个结点作为一个预计落地面雷点；
步骤2、将雷电先导的空间方向用水平和竖直方向的角度进行表征，并计算获得各方向的角度下概率密度分布值，及对每次雷击进行加权处理，得到每次雷击的等值次数；
步骤3、对地面取防雷系统中的竖直和水平接闪导体运用滚球运算，做出各接闪导体的扩展受雷表面，及将各接闪导体的扩展受雷表面与雷电先导相交的点视为等值雷击点；
步骤4、对各个预计落地面雷点沿水平和竖直方向角度进行统计计算，将各接闪导体的等值雷击点数S和保护系统内部等值雷击点数T进行统计累加，得到保护系统的防护效率；以及，根据各接闪导体的等值雷击点数S和实际落雷密度N、所设等值受雷面积内的落雷点数M计算获得地面取防雷系统的年雷击次数。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤2中计算竖直方向的角度下概率密度分布值P(α)采用公式：
其中，α为雷电先导的竖直方向的角度。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤2中得到每次雷击的等值次数N为：
其中，P(α)为竖直方向的角度下概率密度分布值；α为雷电先导竖直方向的角度；θ为雷电先导水平方向的角度。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：，所述步骤4中得到的保护系统的防护效率E为：
其中，i表示预计落雷点统计序号，Si为各接闪导体的等值雷击点数；Ti为保护系统内部等值雷击点数。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤4中计算地面取防雷系统的年雷击次数采用公式：
其中，；所述Ti为保护系统内部等值雷击点数；Y为等值落雷点数M相当于实际上落雷点数N的倍数。
发明效果为：
本发明的确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法，为基于雷电流幅值概率密度的统计滚球计算方法，通过该方法，计算出防雷系统的防护效率，确定最优直击雷防护系统方案。与现有技术相比，本发明存在的优点有：
(1)在雷电防护中采用的电气集合模型充分考虑地面落雷密度、雷暴日数、雷击距和雷电先导入射方向角灯因素对雷击时间的影响，能够更好地反映雷击时间的放电发展性。
(2)引入了雷电流幅值概率密度函数，在很大程度上为更准确地反映雷击时间的随机性提供了必要支撑。
(3)在传统滚球法的基础上提出了“统计滚球法”的概念，定量地计算出防雷系统的临界绕击电流、绕击概率与防雷系统的防护效率，使防雷系统的设置更加合理化。
附图说明
图1为本发明计算范围内的划分结点示意图。
图2为本发明雷电先导到达预计落雷点的空间方向角示意图。
图3为本发明确定等值雷击点示意图。
图4为本发明雷电流幅值大于I累积概率曲线图。
图5为本发明雷击距示意图。
图6为本发明雷击距累积概率密度曲线图。
具体实施方式
以下，基于附图针对本发明进行详细地说明。
本发明提出一种确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、在发射工位防雷系统所在地面取防雷系统的等效受雷面积为计算范围，在该计算范围内，认为地面落雷密度是均匀的，对该范围内地面进行等距离密集划分，得一系列的若干个划分结点，如图1所示，并将每一个结点作为一个预计落地面雷点。
步骤2、对于每一个预计落雷点，认为雷电先导可能以任意空间方向到达该落雷点，雷电先导的空间方向用两个方向角度来表征，如图2所示。
将雷电先导的空间方向用水平方向的角度θ和竖直方向的角度进行表征，并计算获得各方向的角度下概率密度分布值，即先导水平方向的角度θ在0～360°的概率内取为均匀分布，竖直方向的角度α在0～90°按以下概率密度分布：
运用方向角度α和θ的概率值，对每次雷击进行加权处理，得到每次雷击的等值次数。一个落雷点代表一次雷击，则某一确定方向的等值次数为：
步骤3、对地面取防雷系统中的竖直和水平接闪导体运用滚球运算，做出各接闪导体的扩展受雷表面，及在该受雷表面上，将各接闪导体的扩展受雷表面与雷电先导相交的点即视为等值雷击点，如图3所示。
步骤4、首先计算保护系统的防护效率。反复对计算范围内的各个预计落地面雷点沿水平方向角度θ和竖直方向角度α进行统计计算，将各接闪导体的等值雷击点数S(即防雷系统拦截成功的次数)和保护系统内部等值雷击点数T(即防雷系统拦截失效次数)进行统计累加，得到保护系统的防护效率E，具体为：
其中i表示预计落雷点统计序号。Si为各接闪导体的等值雷击点数；Ti为保护系统内部等值雷击点数。
然后，计算年拦截失效次数和遭受一次雷击的年数。根据各接闪导体的等值雷击点数S和实际落雷密度N、所设等值受雷面积内的落雷点数M计算获得地面取防雷系统的年雷击次数。计算所设等值受雷面积内的落雷点数M会远多于实际落雷密度N，防雷系统的年拦截失效次数(年雷击次数)N1为：
式中Y为则所选的等值落雷点数，Ti为保护系统内部等值雷击点数，M相当于实际上落雷点数N的倍数
则计算等效为遭受一次雷击的年数Y1为：
上述通过计算出防雷系统的防护效率和年均拦截失效次数，可以分析防雷系统的防护效果。
本发明可以快速对防雷系统的防雷效率以及年雷击次数进行分析对比，通过计算结果，选取最优化的工程建设方案。及可依据如图4所示的雷电流幅值大于I累积概率曲线，如图5所示的雷击距，及如图6所示的雷击距累积概率密度曲线，得出本发明可以避免传统算法中没有考虑雷电随机性这一因素，高度模拟实际雷击发生时雷电防护系统的防护效率，有利于工程实施，适用于不同地区、不同规模的防雷系统优化计算，适用范围广。
需要说明的是，以上说明仅是本发明的优选实施方式，应当理解，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术构思的前提下还可以做出若干改变和改进，这些都包括在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将地面防雷系统的等效受雷面积作为计算范围，并对该范围内地面进行等距离划分，得到若干个划分结点且将每一个结点作为一个预计地面落雷点；
步骤2、将雷电先导的空间方向用水平和竖直方向的角度进行表征，运用雷电先导不同角度下概率密度分布值，对每次雷击进行加权处理，得到每次雷击的等值次数N；
步骤3、对地面防雷系统中的竖直和水平接闪导体运用滚球运算，做出各接闪导体的扩展受雷表面，及将各接闪导体的扩展受雷表面与雷电先导相交的点视为等值雷击点；
步骤4、反复计算各个预计地面落雷点沿水平和竖直方向的先导角度和等值雷击点，将各接闪导体的等值雷击点数S和保护系统内部等值雷击点数T进行统计累加，可计算得到保护系统的防护效率E。
2.根据权利要求1所述的确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法，其特征在于，所述步骤2中计算竖直方向的角度下概率密度分布值P(α)采用公式：
其中，α为雷电先导的竖直方向的角度。
3.根据权利要求1所述的确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法，其特征在于，所述步骤2中得到每次雷击的等值次数N为：
其中，P(α)为竖直方向的角度下概率密度分布值；α为雷电先导竖直方向的角度；θ为雷电先导水平方向的角度。
4.根据权利要求1所述的确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法，其特征在于，所述步骤4中得到的保护系统的防护效率E为：
其中，i表示预计落雷点统计序号，Si为各接闪导体的等值雷击点数；Ti为保护系统内部等值雷击点数。
5.根据权利要求1所述的确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法，其特征在于，所述步骤4中计算地面取防雷系统的年雷击次数采用公式：
其中，所述Ti为保护系统内部等值雷击点数；Y为等值落雷点数M相当于实际上落雷点数N的倍数。
6.根据权利要求1所述的确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法，其特征在于，
所述步骤4还包括计算获得遭受一次雷击的年数Y1为
CN201811200924.0A 2018-10-11 2018-10-11 一种确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法 Active CN109344356B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811200924.0A CN109344356B (zh) 2018-10-11 2018-10-11 一种确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811200924.0A CN109344356B (zh) 2018-10-11 2018-10-11 一种确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109344356A true CN109344356A (zh) 2019-02-15
CN109344356B CN109344356B (zh) 2023-06-06

Family

ID=65309397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811200924.0A Active CN109344356B (zh) 2018-10-11 2018-10-11 一种确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109344356B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110929411A (zh) * 2019-12-03 2020-03-27 中国人民解放军63921部队 一种基于滚球法的独立接闪杆保护范围评价及配置方法
CN117390368A (zh) * 2023-12-07 2024-01-12 云南电投绿能科技有限公司 一种风电机的接闪概率计算方法、装置、设备及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010045927A (ja) * 2008-08-13 2010-02-25 Tokyo Electric Power Co Inc:The 配電線直撃雷発生率の算出装置、配電線直撃雷発生率の算出方法、配電線雷事故発生率の算出装置、配電線雷事故発生率の算出方法、及び、プログラム
CN101784913A (zh) * 2008-03-24 2010-07-21 三菱重工业株式会社 落雷模拟装置及其方法以及程序
CN107918705A (zh) * 2017-11-14 2018-04-17 山东电力工程咨询院有限公司 一种架空线路避雷器安装必要性的计算方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101784913A (zh) * 2008-03-24 2010-07-21 三菱重工业株式会社 落雷模拟装置及其方法以及程序
JP2010045927A (ja) * 2008-08-13 2010-02-25 Tokyo Electric Power Co Inc:The 配電線直撃雷発生率の算出装置、配電線直撃雷発生率の算出方法、配電線雷事故発生率の算出装置、配電線雷事故発生率の算出方法、及び、プログラム
CN107918705A (zh) * 2017-11-14 2018-04-17 山东电力工程咨询院有限公司 一种架空线路避雷器安装必要性的计算方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙蔡亮等: "矩形高层建构筑侧击雷击次数计算模型研究", 《气象研究与应用》 *
陈占富等: "避雷网年截闪失效次数预测算法", 《电气应用》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110929411A (zh) * 2019-12-03 2020-03-27 中国人民解放军63921部队 一种基于滚球法的独立接闪杆保护范围评价及配置方法
CN110929411B (zh) * 2019-12-03 2022-10-11 中国人民解放军63921部队 一种基于滚球法的独立接闪杆保护范围评价及配置方法
CN117390368A (zh) * 2023-12-07 2024-01-12 云南电投绿能科技有限公司 一种风电机的接闪概率计算方法、装置、设备及存储介质
CN117390368B (zh) * 2023-12-07 2024-03-26 云南电投绿能科技有限公司 一种风电机的接闪概率计算方法、装置、设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN109344356B (zh) 2023-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105868872B (zh) 一种配电网雷电灾害故障预测方法
CN107992962B (zh) 一种基于熵权法的输电线路防雷措施优化选择方法
D'alessandro et al. A “Collection Volume Method” for the placement of air terminals for the protection of structures against lightning
CN103761414B (zh) 输电线路的雷击停运概率分析方法
US20180189898A1 (en) Cluster analysis based power transmission line mountain fire risky area division method
CN110309527B (zh) 一种基于电气几何模型的架空配电线路雷害风险评估方法
CN109064057B (zh) 一种配网线路雷电参数相对值的风险评估方法
CN104463700A (zh) 一种基于数据挖掘技术的输电线路杆塔雷击风险评估方法
CN103018604A (zh) 一种电网设施雷击风险的评估方法及其装置
CN111751638A (zh) 输电线路雷击跳闸率的分析方法、装置、设备及存储介质
Guo et al. A three‐dimensional direct lightning strike model for lightning protection of the substation
CN109344356A (zh) 一种确定高大防雷体系直击雷防护效率的方法
CN116579617B (zh) 一种电网风险评估方法及系统
CN112966404A (zh) 一种三维雷电先导发展路径的生成方法
Yahyaabadi et al. Estimation of shielding failure number of different configurations of double-circuit transmission lines using leader progression analysis model
Soula et al. Quantifying the effect of wind turbines on lightning location and characteristics
Aslani et al. An intelligent-reduced time method to analyze lightning performance of communication towers and validation using experimental tests
CN117291418A (zh) 一种基于分布式监测数据的线路雷害风险评估方法及装置
CN109670229B (zh) 高速铁路高架桥接触网系统附近地面落雷密度的估算方法
D'Alessandro et al. Field study on the interception efficiency of lightning protection systems and comparison with models
Yahyaabadi et al. Evaluation of parameters influencing the lightning performance of communication towers by numerical modeling and experimental tests
Harsono et al. An overview of lightning data evaluation in Central Java Province for transmission line management
Kern et al. Calculation of interception efficiencies for mesh-type air-terminations according to IEC 62305-3 using a dynamic electro-geometrical model
Kniaziev Determination of the probability of a lightning strike in the elements of the object taking into account the statistical distribution of the current value.
WANG et al. Numerical evaluation method of lightning rod protection probability

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant