JPH07270462A - Analysis method for propagation problem circuit using spatial network method - Google Patents

Analysis method for propagation problem circuit using spatial network method

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JPH07270462A
JPH07270462A JP6350494A JP6350494A JPH07270462A JP H07270462 A JPH07270462 A JP H07270462A JP 6350494 A JP6350494 A JP 6350494A JP 6350494 A JP6350494 A JP 6350494A JP H07270462 A JPH07270462 A JP H07270462A
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JP
Japan
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circuit
spatial
propagation
network
analysis method
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JP6350494A
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Japanese (ja)
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Hideomi Takahashi
秀臣 高橋
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To avoid the number of pieces limit for mutual inductance and the use of a gyrator, and apply a general-purpose circuit analysis tool by combining two basic Maxwell equations for deriving a propagation equation, and using the propagation equation for constituting a spatial network. CONSTITUTION:Current flowing across building steel frame sections P and Q is thunderbolt current (i) plus two types of current ic1 and ic2 entering the sections P and Q after propagation through a spatial network. Normally, the current cannot be separated, but spatial surge impedance Z0 is considerably larger than the surge impedance Z1 of the sections P and Q. Thus, the current (i) and a sum of Ici and ic2 due to induced voltage, flow to the surge impedance z1 between the sections P and Q. On the other hand, two types of current ic1 and ic2 flow across spatial section Z0 and, therefore, the thunderbolt current (i) flowing across the sections P and Q can be obtained by deducting the current icl and ic2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電力系統中央制御指令
室等が配置されたビルに落雷が有った場合、ビルの鉄骨
等の構造物に沿って流れる雷電流によって指令室内の機
器が破壊されるのを防止する為に、実施されるサージ電
流分布解析に駆使される回路網解析において、数百もの
相互インダクタンスの存在する場合であっても、この計
算を可能とする空間回路網法による伝搬問題回路網解析
手法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device in the command room which is protected by a lightning current flowing along a structure such as a steel frame of a building when there is a lightning strike in a building in which a central control room of a power system is arranged. A spatial network method that enables this calculation even when there are hundreds of mutual inductances in the network analysis that is used in the surge current distribution analysis that is performed to prevent destruction. Propagation problem circuit network analysis method.

【0002】[0002]

【従来の技術】回路網解析については汎用のツール(い
わゆるEMTP等)が良く知られており、特にサージ解
析についてはベルジェロン法を応用した手法が独壇場で
あり、万能といった様相で使われていることは言うまで
も無い。
2. Description of the Related Art General-purpose tools (so-called EMTP, etc.) are well known for circuit network analysis, and particularly for surge analysis, a method applying Bergeron's method is unique and used in a versatile manner. Needless to say.

【0003】しかしながら、汎用ツールではビル構造の
ように多数の相互インダクタンスの存在する問題は扱え
ない。即ち、通常の回路解析ツールではマトリクス計算
に於けるメモリの制限から相互インダクタンスの最大個
数が40程度に制限されている。しかるにビル問題では
ビルを構成する鉄骨等の金属構造物は40程度というも
のではなく数百や数千といったものとなり、到底、汎用
回路解析ツールで扱える範囲のものではない。勿論、ソ
フトの変更で扱える相互インダクタンスの個数を増加す
ることは可能であるが、メモリの必要量と計算時間が指
数関数的に飛躍的に増大し、事実上、計算不能となって
しまう。逆に言えば、汎用回路解析ツールで扱える相互
インダクタンスの個数を40程度に制限しているのはこ
の辺りが妥当な最大個数であるということを意味してい
る。これが従来の汎用回路解析ツールによる解析の状態
であり、限界でもある。
However, a general-purpose tool cannot handle the problem that a large number of mutual inductances exist, such as a building structure. That is, in the usual circuit analysis tool, the maximum number of mutual inductances is limited to about 40 due to the memory limitation in matrix calculation. However, in the building problem, the number of metal structures such as steel frames constituting the building is not about 40 but several hundreds or thousands, which is far beyond the range that can be handled by a general-purpose circuit analysis tool. Of course, it is possible to increase the number of mutual inductances that can be handled by changing the software, but the required amount of memory and the calculation time exponentially increase exponentially, and in fact calculation becomes impossible. Conversely, limiting the number of mutual inductances that can be handled by a general-purpose circuit analysis tool to about 40 means that this is a reasonable maximum number. This is the state of analysis by the conventional general-purpose circuit analysis tool, and is also the limit.

【0004】さらに、この相互インダクタンスの限界を
回避する為に、ベルジェロン法を応用した従来の汎用回
路解析ルーツを適用しようとすると、空間を伝搬する電
磁作用を挿入することができず、仮に入れたとすると、
相互インダクタンスとして入れることになるので、数の
制限に加えて或地点に電流が到達したとすると、その瞬
間に相互インダクタンスで与えた地点には全て影響が現
れることとなり、伝搬問題解析にならない。これが汎用
回路解析ツールの弱点である。
Further, if the conventional general-purpose circuit analysis roots to which the Bergeron method is applied is applied in order to avoid the limit of the mutual inductance, the electromagnetic effect propagating in the space cannot be inserted, and it is temporarily inserted. If you
Since it is included as mutual inductance, if the current reaches a certain point in addition to the limitation of the number, the influence will appear at all points given by the mutual inductance at that moment, and it will not be a propagation problem analysis. This is the weak point of general-purpose circuit analysis tools.

【0005】これを回避する試みとして提案されている
のが、いわゆる空間回路網法である。これは基本的には
G.Kronによって始められ、吉田北大教授等によって発展
されて来たものである(吉田他、電子通信学会論文誌
B,vol.63,pp.876,1980 年参照)。この考え方の基本は
空間を分割して3次元メッシュ構造とし、各格子点でマ
ックスウェルの電磁界方程式を一つづつ、即ち、図4に
示すように電気的接点では電界が各々一方向のみを有し
ているとし、磁気的接点では磁界が各々一方向のみを向
いているとして6個の格子点でマックスウェル方程式を
表現するものである。このようにしてマックスウェルの
方程式は図5に示すようにA,B,C,D,E,Fの6
個の格子点に接続されたインピーダンスで表される。計
算はいわゆるベルジェロン法によって、逐次計算を行う
ので相互インピーダンスは入ってこないので計算メモリ
の制限はなくなる。
The so-called spatial network method has been proposed as an attempt to avoid this. This is basically
It was started by G.Kron and developed by Professor Yoshida Hokkaido University and others (Yoshida et al., IEICE Transactions)
B, vol.63, pp.876, 1980). The basis of this idea is to divide the space into a three-dimensional mesh structure, one Maxwell electromagnetic field equation at each grid point, that is, as shown in FIG. Assuming that the magnetic field has only one direction in the magnetic contact, the Maxwell equation is expressed by six lattice points. In this way, Maxwell's equations are as shown in Fig. 5, where A, B, C, D, E, and F are 6
It is represented by the impedance connected to each grid point. The calculation is performed by the so-called Bergeron method, and since the mutual impedance does not enter, the calculation memory is not limited.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の手法は、図5に示されているように、各格子点
間にジャイレータが挿入されているという問題がある。
これはマックスウェル方程式をそのまま空間回路網に置
き換えたことによるものである。即ち、マックスウェル
方程式は電界磁界の局所に於ける物理作用を記述してい
るので、電界と磁界が交互に絡み合って現れる。
However, the above-mentioned conventional method has a problem that a gyrator is inserted between each lattice point as shown in FIG.
This is because the Maxwell equation was replaced with the spatial network as it was. That is, since the Maxwell equation describes the physical action of the electric field in the local region, the electric field and the magnetic field appear alternately intertwined.

【0007】実際、電磁波は良く知られているように、
電界と磁界が交互に絡み合って伝搬して行くものであ
る。従って、図5に示されているように、格子点は電気
接点と磁気接点が交互に配置されているのが分かる。と
ころで電気接点と磁気接点とは双対の関係にあるので、
回路理論での電圧と電流の関係がこれら二つの接点で逆
転している。図5で導入されているジャイレータはこれ
ら二つの接点に於ける整合を取る為のものである。しか
しながら、通常の汎用回路解析ツールではこのようなジ
ャイレータを組み入れるプログラムは用意されていない
ので、空間回路網で電磁波伝搬の場を表現したとして
も、汎用の回路解析ツール(例えばEMTPなど)を用
いて回路計算で現象を解析することはできず、専用のプ
ログラムに依らざるを得ない不便が有る。このジャイレ
ータの存在は電磁気現象の本質に根ざすものであるか
ら、マックスウェル方程式を空間回路網法で表現する場
合、不可欠のものであるから、汎用回路解析ツールを使
う為といっても除外することのできないものであった。
In fact, as is well known, electromagnetic waves are
An electric field and a magnetic field are alternately intertwined and propagate. Therefore, as shown in FIG. 5, it can be seen that the electric contacts and the magnetic contacts are alternately arranged at the lattice points. By the way, since the electrical contact and the magnetic contact have a dual relationship,
The relationship between voltage and current in circuit theory is reversed at these two contacts. The gyrator introduced in FIG. 5 is for matching at these two contacts. However, since a general-purpose circuit analysis tool does not have a program that incorporates such a gyrator, even if a field of electromagnetic wave propagation is expressed by a spatial circuit network, a general-purpose circuit analysis tool (for example, EMTP) is used. The phenomenon cannot be analyzed by circuit calculation, and there is the inconvenience of relying on a dedicated program. Since the existence of this gyrator is rooted in the essence of electromagnetic phenomena, it is indispensable when expressing Maxwell's equations by the spatial network method.Therefore, even when using a general-purpose circuit analysis tool, exclude it. It was impossible.

【0008】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、従来の汎用回路解析ツー
ルによる解析に於ける相互インダクタンスの個数におけ
る制限を分布定数法の一種である空間回路網法を応用す
ることにより回避すると共に従来の空間回路網法に於け
るジャイレータを回避した回路網とすることにより汎用
回路解析ツールの適用を可能とした空間回路網法による
伝搬問題回路解析手法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to limit the number of mutual inductances in the analysis by the conventional general-purpose circuit analysis tool, which is one of the distributed constant methods. Propagation problem circuit analysis method by the spatial network method that enables application of general-purpose circuit analysis tools by avoiding by applying the network method and by avoiding the gyrator in the conventional spatial network method To provide.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の空間回路網法による伝搬問題回路解析手法
は、空間を分割して回路網として表現することにより電
磁波伝搬現象を回路網解析手法で解析する空間回路網法
において、2つの基本マックスウェル方程式を結合させ
て、伝搬方程式を誘導し、該伝搬方程式を用いて空間回
路網を構成することを要旨とする。
In order to achieve the above-mentioned object, a propagation problem circuit analysis method by the spatial network method of the present invention is a circuit analysis of electromagnetic wave propagation phenomenon by dividing a space and expressing it as a network. In the spatial network method analyzed by the method, it is a gist to combine two basic Maxwell equations to derive a propagation equation, and to construct a spatial network using the propagation equation.

【0010】また、本発明の空間回路網法による伝搬問
題回路解析手法は、ビル構造のような導体棒が組み合わ
さった構造体における導体部分を通常の分布定数回路網
としてサージインピーダンス、伝搬速度および伝搬距離
で表現し、前記構造体の空間部分を空間回路網法で分割
して空間回路網として表現して分布定数で表現すること
によりベルジェロン法を応用した過渡現象解析手法を用
いて伝搬するサージを解析することを要旨とする。
Further, in the propagation problem circuit analysis method by the spatial circuit method according to the present invention, the surge impedance, the propagation velocity and the propagation speed are calculated by using the conductor portion in the structure in which the conductor rods are combined as a building structure as a normal distributed constant network. Expressed by the propagation distance, the spatial part of the structure is divided by the spatial network method, expressed as a spatial network, and expressed by the distribution constant, and propagated using the transient phenomenon analysis method applying the Bergeron method. The point is to analyze the surge.

【0011】更に、本発明の空間回路網法による伝搬問
題回路解析手法は、前記に加えて、電流を求めようとす
る導体回路網部分の各単位格子に全体計算に影響を及ぼ
さない微小抵抗体を挿入し、この微小抵抗体の出力を演
算回路に導いて所要の電流値を得ることを要旨とする。
Further, in addition to the above, the method of analyzing a propagation problem circuit by the spatial circuit method of the present invention is, in addition to the above, a minute resistor which does not affect the overall calculation in each unit cell of the conductor circuit network portion for which a current is to be obtained. The point is to insert the, and guide the output of this minute resistor to the arithmetic circuit to obtain the required current value.

【0012】本発明の空間回路網法による伝搬問題回路
解析手法は、前記に加えて、前記演算回路の回路網パラ
メータを問題とする構造体の定数および外部より与えら
れる着目点情報から自動的に導出することを要旨とす
る。
In addition to the above, the circuit analysis method of the propagation problem by the spatial network method of the present invention automatically calculates from the constants of the structure having the network parameter of the arithmetic circuit as a problem and the point of interest information given from the outside. The point is to derive it.

【0013】また、本発明の空間回路網法による伝搬問
題回路解析手法は、前記に加えて、ビル構造のような導
体棒に抵抗損をも組み入れたことを要旨とする。
Further, the propagation problem circuit analysis method by the spatial circuit method of the present invention is characterized in that, in addition to the above, resistance loss is also incorporated into a conductor rod such as a building structure.

【0014】更に、本発明の空間回路網法による伝搬問
題回路解析手法は、前記に加えて、空間部分に誘電体お
よび/または磁性体が存在することを要旨とする。
Furthermore, the propagation problem circuit analysis method by the spatial circuit method of the present invention is characterized in that, in addition to the above, the presence of a dielectric and / or a magnetic material in the space.

【0015】本発明の空間回路網法による伝搬問題回路
解析手法は、前記に加えて、導体部分が棒状に限らず、
一般形状または薄板状であることを要旨とする。
In addition to the above, the method of analyzing a propagation problem circuit by the spatial circuit method of the present invention is not limited to the conductor portion having a rod shape,
The main point is to have a general shape or a thin plate shape.

【0016】また、本発明の空間回路網法による伝搬問
題回路解析手法は、前記に加えて、ビル構造において格
子は少なくとも格子点において直交しており、インダク
タンスが前記格子の辺に沿って配置されていることを要
旨とする。
Further, in the propagation problem circuit analysis method by the spatial circuit method of the present invention, in addition to the above, in the building structure, the grids are orthogonal to each other at least at grid points, and the inductances are arranged along the sides of the grids. That is the summary.

【0017】更に、本発明の空間回路網法による伝搬問
題回路解析手法は、前記に加えて、前記格子点構造を有
し、ビル構造内部のキャパシタンスが格子の辺に沿って
配置されており、ビル構造外壁の格子点より大地にキャ
パシタンスが配置されていることを要旨とする。
Further, in addition to the above, the propagation problem circuit analysis method by the spatial network method of the present invention has the above-mentioned lattice point structure, and the capacitance inside the building structure is arranged along the sides of the lattice, The gist is that the capacitance is placed on the ground from the grid points on the outer wall of the building structure.

【0018】本発明の空間回路網法による伝搬問題回路
解析手法は、前記に加えて、ビル構造の格子点のすべて
の点から大地にキャパシタンスが配置されていることを
要旨とする。
In addition to the above, the method of analyzing the propagation problem circuit by the spatial circuit method of the present invention is characterized in that the capacitance is arranged on the ground from all points of the lattice points of the building structure.

【0019】[0019]

【作用】本発明の空間回路網法による伝搬問題回路解析
手法では、空間回路網法において2つの基本マックスウ
ェル方程式を結合させて、伝搬方程式を誘導し、該伝搬
方程式を用いて空間回路網を構成する。
According to the propagation problem circuit analysis method by the spatial network method of the present invention, the two basic Maxwell equations are combined in the spatial network method to derive the propagation equation, and the spatial network is constructed using the propagation equation. Constitute.

【0020】また、本発明の空間回路網法による伝搬問
題回路解析手法では、構造体における導体部分を通常の
分布定数回路網としてサージインピーダンス、伝搬速度
および伝搬距離で表現し、空間部分を空間回路網法で分
割して空間回路網として表現して分布定数で表現するこ
とによりベルジェロン法を応用した過渡現象解析手法を
用いて伝搬するサージを解析する。
Further, in the propagation problem circuit analysis method according to the spatial circuit method of the present invention, the conductor portion in the structure is expressed as a normal distributed constant network by the surge impedance, the propagation velocity and the propagation distance, and the spatial portion is represented by the spatial circuit. We analyze the surge that propagates by using the transient phenomenon analysis method applying the Bergeron method by dividing it by the network method and expressing it as a spatial network and expressing it by a distributed constant.

【0021】更に、本発明の空間回路網法による伝搬問
題回路解析手法では、導体回路網部分の各単位格子に微
小抵抗体を挿入し、この微小抵抗体の出力を演算回路に
導いて所要の電流値を得る。
Further, in the propagation problem circuit analysis method by the spatial network method of the present invention, a minute resistor is inserted in each unit grid of the conductor circuit network portion, and the output of this minute resistor is guided to the arithmetic circuit to obtain the required signal. Get the current value.

【0022】本発明の空間回路網法による伝搬問題回路
解析手法では、演算回路の回路網パラメータを問題とす
る構造体の定数および外部より与えられる着目点情報か
ら自動的に導出する。
In the propagation problem circuit analysis method according to the spatial network method of the present invention, the circuit network parameter of the arithmetic circuit is automatically derived from the constant of the structure in question and the point of interest information given from the outside.

【0023】また、本発明の空間回路網法による伝搬問
題回路解析手法では、ビル構造のような導体棒に抵抗損
をも組み入れる。
Further, in the propagation problem circuit analysis method by the spatial circuit method of the present invention, resistance loss is also incorporated into the conductor rod such as a building structure.

【0024】更に、本発明の空間回路網法による伝搬問
題回路解析手法では、空間部分に誘電体および/または
磁性体が存在する。
Further, in the propagation problem circuit analysis method by the spatial circuit method of the present invention, a dielectric and / or a magnetic material exists in the space.

【0025】本発明の空間回路網法による伝搬問題回路
解析手法では、導体部分が棒状に限らず、一般形状また
は薄板状である。
In the propagation problem circuit analysis method according to the spatial circuit method of the present invention, the conductor portion is not limited to the rod shape, but has a general shape or a thin plate shape.

【0026】また、本発明の空間回路網法による伝搬問
題回路解析手法では、ビル構造において格子は少なくと
も格子点において直交し、インダクタンスが格子の辺に
沿って配置されている。
Further, in the propagation problem circuit analysis method by the spatial network method of the present invention, in the building structure, the grids are orthogonal to each other at least at grid points, and the inductances are arranged along the sides of the grids.

【0027】更に、本発明の空間回路網法による伝搬問
題回路解析手法では、格子点構造を有し、ビル構造内部
のキャパシタンスが格子の辺に沿って配置され、ビル構
造外壁の格子点より大地にキャパシタンスが配置されて
いる。
Further, in the propagation problem circuit analysis method by the spatial network method of the present invention, the structure having a grid point structure, the capacitance inside the building structure is arranged along the sides of the grid, and the capacitance is higher than the grid point on the outer wall of the building structure. The capacitance is located at.

【0028】本発明の空間回路網法による伝搬問題回路
解析手法では、ビル構造の格子点のすべての点から大地
にキャパシタンスが配置されている。
In the circuit analysis method of the propagation problem by the spatial network method of the present invention, the capacitance is arranged on the ground from all points of the grid points of the building structure.

【0029】[0029]

【実施例】まず、本発明の空間回路網法による伝搬問題
回路解析手法の基本的考え方について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the basic concept of the propagation problem circuit analysis method by the spatial network method of the present invention will be described.

【0030】真空のように、電荷が存在せず一様で非導
電性の空間においてマックスウェルの方程式は良く知ら
れているように次のような一連の方程式で構成されてい
る。
As is well known, Maxwell's equation is composed of the following series of equations in a uniform and non-conducting space where no electric charge exists, such as vacuum.

【数1】rotE=−∂B/∂t,rotH=∂D
/∂t,divD=0,divB=0,D=ε
E,B=μH この式を直接、差分式に変換し、空間回路網として表し
たものが、従来の空間回路網法である。マックスウェル
方程式の基本は、上記一連の方程式で式と式が交互
に関連するものであるから、電気接点と磁気接点とが交
互に空間回路網に現れるのは必然的であることが分か
る。
[Equation 1] rotE = −∂B / ∂t, rotH = ∂D
/ ∂t, divD = 0, divB = 0, D = ε
E, B = μH This equation is directly converted into a difference equation and expressed as a spatial network in the conventional spatial network method. Since the basis of the Maxwell equation is that the equations are alternately related in the above series of equations, it is inevitable that electric contacts and magnetic contacts alternately appear in the spatial network.

【0031】本発明は、従来の空間回路網法の欠点を除
去するべく、良く知られた次の変換を行う。即ち、式
の両辺の回転を採ると次式となる。
The present invention performs the following well known transformations to eliminate the drawbacks of conventional spatial network methods. That is, when the rotation of both sides of the equation is taken, the following equation is obtained.

【0032】[0032]

【数2】rot(rotE)=−rot(∂B/∂t) =−μ(∂/∂t)rotH=−με∂2 E/∂t2 ここで、[Number 2] rot (rotE) = - rot ( ∂B / ∂t) = -μ (∂ / ∂t) rotH = -με∂ 2 E / ∂t 2 here,

【数3】左辺=grad(divE)−div(gra
dE)=−ΔE(∵ divE=0) であるから、次式となる。
## EQU00003 ## Left side = grad (divE) -div (gra
Since dE) = − ΔE (∵divE = 0), the following equation is obtained.

【0033】[0033]

【数4】 ΔE−με∂2 E/∂t2 =0 or ΔE−(1/c2 )∂2 E/∂t2 …(1) これは良く知られた波動方程式である。[Equation 4] ΔE−με∂ 2 E / ∂t 2 = 0 or ΔE− (1 / c 2 ) ∂ 2 E / ∂t 2 (1) This is a well-known wave equation.

【0034】(1)式と良く似た式に平行線路を伝搬す
る電圧サージに関する次のような式が存在する。即ち、
図6(a)において、一次元問題として時間t、位置x
での電圧をv、電流iとすると良く知られた次式が得ら
れる。
There is the following equation regarding the voltage surge propagating in the parallel line, which is similar to the equation (1). That is,
In FIG. 6A, time t, position x as a one-dimensional problem
Let v be the voltage and current i be the well-known equation below.

【0035】[0035]

【数5】 ∂v/∂x=L・∂i/∂t,∂i/∂x=C・∂v/∂t …(2) ここで、L,Cはそれぞれ単位長当たりの線路のインダ
クタンス及びキャパシタンスである。(2)式より
[Formula 5] ∂v / ∂x = L ・ ∂i / ∂t, ∂i / ∂x = C ・ ∂v / ∂t (2) Here, L and C are inductances of the line per unit length, respectively. And capacitance. From equation (2)

【数6】 ∂2 v/∂x2 =LC・∂2 v/∂t2 =(1/c2 )・∂2 v/∂t2 …(3) が得られるが、これは上記の(1)式の波動方程式と同
じものである。違いは(1)式では電界と磁界が伝搬し
て行くのに対し、(3)式では電圧と電流が伝搬して行
くことである。
[Equation 6] ∂ 2 v / ∂x 2 = LC · ∂ 2 v / ∂t 2 = (1 / c 2 ) · ∂ 2 v / ∂t 2 (3), which is obtained from the above ( This is the same as the wave equation of equation 1). The difference is that the electric field and the magnetic field propagate in the equation (1), while the voltage and the current propagate in the equation (3).

【0036】(2)式又は(3)式は図6(b)に示し
たような分布定数回路で表される。ところで、空間を分
割して考えた場合、(1)式で扱っている電界Eと分割
間隔Δxを掛けた電位差、即ち、電圧が伝搬して行くと
考えれば、(2)式又は(3)式と同じとなるので、電
圧、電流が伝搬して行く回路理論が適用できることにな
る。
The equation (2) or the equation (3) is expressed by the distributed constant circuit as shown in FIG. 6 (b). By the way, when the space is divided, if it is considered that the potential difference, that is, the voltage, multiplied by the electric field E treated in the equation (1) and the division interval Δx propagates, the equation (2) or (3) is considered. Since it is the same as the equation, the circuit theory that voltage and current propagate can be applied.

【0037】このような考え方の下に、例えばx方向伝
搬に対して図3の回路網を構成した。図3において、ビ
ル構造の一角の点Pに雷が入射したとする。この雷電流
はビル鉄骨モデルであるL1 からLn までの辺に配置さ
れたインダクタンスやキャパシタンスを経由してビル全
体に伝搬するが、さらに、ここでは空間を分割して11
から1n までの辺が空間回路網として構成されているの
で、これを通しても伝搬して行く。実際の伝搬は磁界と
電界であるが、先に述べたように電界のみに着目するこ
とにより、かかるモデルが可能となる。
Based on this idea, the circuit network of FIG. 3 was constructed for propagation in the x direction, for example. In FIG. 3, it is assumed that lightning strikes a point P at one corner of the building structure. This lightning current propagates to the entire building via the inductance and capacitance arranged on the sides of the building steel frame model from L 1 to L n, but here, the space is further divided into 1 1
Since the sides from 1 to 1 n are configured as a spatial network, they propagate through this. Although actual propagation is a magnetic field and an electric field, such a model becomes possible by focusing only on the electric field as described above.

【0038】従って、例えば図3において、QDの鉄骨
を流れる雷電流分布は鉄骨のインピーダンスによって決
まるだけでなく、空間回路網を流れて来る電流の作用に
よる逆起電力(実際は電磁誘導電界である)によって決
まる。
Therefore, in FIG. 3, for example, the lightning current distribution flowing through the QD steel frame is not only determined by the impedance of the steel frame, but also the counter electromotive force (actually an electromagnetic induction electric field) due to the action of the current flowing through the spatial network. Depends on

【0039】雷電流分布は誘導電界の作用によって、ビ
ル構造の周辺に、より多く流れることになるが、上に述
べた手法では磁界成分を電流と見なしているので、鉄骨
に流れる電流は雷電流と磁界成分である電流との和とな
っており、必要な雷電流分布が得られない。
The lightning current distribution will flow more around the building structure due to the action of the induced electric field, but since the magnetic field component is regarded as a current in the above-described method, the current flowing through the steel frame is the lightning current. Is the sum of the current and the magnetic field component, and the required lightning current distribution cannot be obtained.

【0040】本発明の解析手法の大きなポイントは正し
く雷電流分布を与える手法を提供することにある。図2
に示すように、図3の空間回路網の一部である鉄骨部分
QDの電流を直接求めるのではなく、周辺の電流と位置
の情報(即ち観測点がD,Qであること)と共に演算回
路Cに供給し、ここでの演算により雷電流iを求めるの
である。
A major point of the analysis method of the present invention is to provide a method of giving a correct lightning current distribution. Figure 2
As shown in FIG. 3, the current of the steel frame portion QD, which is a part of the spatial network of FIG. 3, is not directly obtained, but the current and position information of the surroundings (that is, the observation points are D and Q) and the arithmetic circuit. It is supplied to C and the lightning current i is obtained by the calculation here.

【0041】次に、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0042】図1(a)はビルの鉄骨構成をモデル化し
たもので、同図(b)はその一部((a)図で点線部)
を抜き出したものであり、同図(c)は空間メッシュ
(破線)を切ったものである。同図(d)は同図(c)
の一部PQの近傍を空間回路網で表したものである。
FIG. 1 (a) is a model of the steel structure of a building, and FIG. 1 (b) is a part thereof (dotted line part in FIG. 1 (a)).
In FIG. 6C, the spatial mesh (broken line) is cut. The same figure (d) is the same figure (c).
Is a spatial circuit network near a part PQ of the above.

【0043】図1(d)において、Z1 は鉄骨部のサー
ジインピーダンスであり、Zo は空間のサージインピー
ダンスである。
In FIG. 1 (d), Z 1 is the surge impedance of the steel frame portion and Z o is the surge impedance of the space.

【0044】図1(d)において、ビル鉄骨部PQを流
れる電流は雷電流iに加えて、空間回路網を伝搬しビル
鉄骨部に流入した電流ic1とic2とが加わったものであ
る。通常はこれを分離することはできないが、ビル鉄骨
部のサージインピーダンスと空間サージインピーダンス
とを比較すると空間サージインピーダンスの方がかなり
大きいから、同図に示したようにPQ間のサージインピ
ーダンスZ1 には雷電流iと誘導電圧による部分ic1
c2との和の電流が流入する。一方、空間部分Zo には
c1とic2とが流れているので、これを差し引くことに
よりPQを流れる雷電流部分iを求めることができる。
In FIG. 1D, the current flowing through the building steel frame PQ is the lightning current i plus the currents i c1 and i c2 that have propagated through the spatial network and flowed into the building steel frame. . Normally, this cannot be separated, but comparing the surge impedance of the building steel frame with the space surge impedance, the space surge impedance is considerably larger, so as shown in the figure, the surge impedance Z 1 between PQ is Is the sum of the lightning current i and the parts i c1 and i c2 due to the induced voltage. On the other hand, since i c1 and i c2 flow in the space portion Z o , the lightning current portion i flowing in PQ can be obtained by subtracting this.

【0045】実際には、インピーダンスZo には雷電流
成分iが分流して来ているが、ベルジェロン法ではΔt
時間毎に逐次計算して行くので、重畳の効果はかなり少
なくなる。この方式では更に目的とする電流を正確に求
める為に、図1(d)に示したように、微小抵抗rによ
って電流を求めると共に、これを演算回路Cに導いてサ
ージインピーダンスZo ,Z1 の情報と位置がP,Qで
ある情報を与えて、雷電流iを正確に求めるようにして
いる。演算回路Cは観測点P,Qの位置によって決まる
空間位置依存演算回路であるから、予め目的とする位置
について作成しておけば良い。又、これは全く空間配置
だけの問題であるからビル構造と大地面を与えることに
より自動作成することも可能である。
Actually, the lightning current component i is shunted to the impedance Z o , but in the Bergeron method Δt
Since the calculation is performed sequentially for each time, the effect of superimposition is considerably reduced. In this method, in order to further accurately obtain the target current, as shown in FIG. 1 (d), the current is obtained by the minute resistance r, and this is led to the arithmetic circuit C, and the surge impedances Z o and Z 1 And the information whose positions are P and Q are given so that the lightning current i can be accurately obtained. Since the arithmetic circuit C is a spatial position-dependent arithmetic circuit that is determined by the positions of the observation points P and Q, it suffices to create it at the target position in advance. Further, since this is a problem only in space arrangement, it can be automatically created by giving a building structure and a ground plane.

【0046】上述したように、本手法によりビル等の建
築物への落雷により、これがどのように分流してビル内
の機器に危険を及ぼすか、どのような位置が雷災害を受
け難いか、どのような構造や配置が耐雷の面から最適で
あるのか等の検討を容易に行うことができることが分か
る。
As described above, according to the present method, a lightning strike on a building such as a building diverts the light and damages equipment in the building, and what position is less susceptible to a lightning disaster. It is understood that it is possible to easily study what kind of structure and arrangement is optimal in terms of lightning resistance.

【0047】図2は、本発明の他の実施例を示す図であ
る。同図は、回路網を分布定数として扱う代わりに、空
間回路網をすべてL,Cといった集中定数で表したもの
である。
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention. In the figure, instead of treating the network as a distributed constant, the spatial network is represented by lumped constants such as L and C.

【0048】図2に示す実施例は、分割数を増大すれ
ば、分布定数回路となるが、図2に示すように適当な分
割によって集中定数としておくことにより、計算時間や
メモリを節約することができる。
The embodiment shown in FIG. 2 becomes a distributed constant circuit if the number of divisions is increased, but as shown in FIG. 2, it is possible to save calculation time and memory by making it a lumped constant by appropriate division. You can

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビル構造のように多数の導体で構成され、通常は多くの
相互インダクタンスを考えなければならない問題に対し
て、空間回路網を考えることにより、導体系だけでなく
空間も含めた回路網を構成することができ、数値回路網
計算の難点である相互インダクタンスを多くとれない点
が回避され、原理的には相互インダクタンスがいくらあ
っても計算可能な伝搬問題回路解析手法が可能となる。
As described above, according to the present invention,
To construct a circuit network including not only the conductor system but also the space by considering a spatial circuit network, which is composed of many conductors like a building structure and usually requires a lot of mutual inductance. It is possible to avoid the problem that the mutual inductance, which is a difficulty of the numerical circuit network calculation, cannot be taken, and in principle, a propagation problem circuit analysis method that can calculate no matter how much the mutual inductance is, becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を説明するためのビルの鉄骨
構成モデル、その一部、空間メッシュを切断したもの、
その一部の近傍の空間回路網を示す図である。
FIG. 1 is a structural diagram of a steel frame of a building for explaining an embodiment of the present invention, a part of which is a spatial mesh cut,
It is a figure which shows the spatial circuit network of the one part vicinity.

【図2】本発明の他の実施例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention.

【図3】本発明のポイントを説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the points of the present invention.

【図4】従来の空間回路網法を説明するための図であ
る。
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional spatial network method.

【図5】従来の空間回路網法を説明するための図であ
る。
FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional spatial network method.

【図6】平行線とその分布定数回路を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing parallel lines and their distributed constant circuits.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

C 演算回路 C arithmetic circuit

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 空間を分割して回路網として表現するこ
とにより電磁波伝搬現象を回路網解析手法で解析する空
間回路網法において、2つの基本マックスウェル方程式
を結合させて、伝搬方程式を誘導し、該伝搬方程式を用
いて空間回路網を構成することを特徴とする空間回路網
法による伝搬問題回路解析手法。
1. In a spatial network method for analyzing an electromagnetic wave propagation phenomenon by a network analysis method by dividing a space and expressing it as a network, a propagation equation is derived by combining two basic Maxwell equations. , A method for analyzing a propagation problem circuit by a spatial network method, characterized by constructing a spatial network using the propagation equation.
【請求項2】 ビル構造のような導体棒が組み合わさっ
た構造体における導体部分を通常の分布定数回路網とし
てサージインピーダンス、伝搬速度および伝搬距離で表
現し、前記構造体の空間部分を空間回路網法で分割して
空間回路網として表現して分布定数で表現することによ
りベルジェロン法を応用した過渡現象解析手法を用いて
伝搬するサージを解析することを特徴とする空間回路網
法による伝搬問題回路解析手法。
2. A conductor portion in a structure in which conductor rods are combined, such as a building structure, is expressed by a surge impedance, a propagation velocity and a propagation distance as a normal distributed constant network, and the space portion of the structure is a spatial circuit. Propagation by the spatial network method characterized by analyzing the surge that propagates using the transient phenomenon analysis method applying the Bergeron method by dividing it by the network method and expressing it as a spatial circuit and expressing it as a distributed constant Problem circuit analysis method.
【請求項3】 電流を求めようとする導体回路網部分の
各単位格子に全体計算に影響を及ぼさない微小抵抗体を
挿入し、この微小抵抗体の出力を演算回路に導いて所要
の電流値を得ることを特徴とする請求項1または2記載
の空間回路網法による伝搬問題回路解析手法。
3. A small resistor that does not affect the overall calculation is inserted into each unit cell of the conductor circuit network portion for which a current is to be obtained, and the output of this minute resistor is guided to an arithmetic circuit to obtain a required current value. The method for analyzing a propagation problem circuit according to the spatial circuit method according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】 前記演算回路の回路網パラメータを問題
とする構造体の定数および外部より与えられる着目点情
報から自動的に導出することを特徴とする請求項1ない
し3のいずれかに記載の空間回路網法による伝搬問題回
路解析手法。
4. The circuit parameter of the arithmetic circuit is automatically derived from a constant of a structure in question and a point-of-interest information given from the outside, according to any one of claims 1 to 3. Circuit analysis method for propagation problems by spatial network method.
【請求項5】 ビル構造のような導体棒に抵抗損をも組
み入れたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか
に記載の空間回路網法による伝搬問題回路解析手法。
5. The circuit analysis method for propagation problems by the spatial network method according to claim 1, wherein resistance loss is also incorporated into a conductor rod such as a building structure.
【請求項6】 空間部分に誘電体および/または磁性体
が存在することを特徴とする請求項1ないし5のいずれ
かに記載の空間回路網法による伝搬問題回路解析手法。
6. The method for analyzing a propagation problem circuit by the spatial circuit method according to claim 1, wherein a dielectric substance and / or a magnetic substance is present in the space portion.
【請求項7】 導体部分が棒状に限らず、一般形状また
は薄板状であることを特徴とする請求項1ないし6のい
ずれかに記載の空間回路網法による伝搬問題回路解析手
法。
7. The propagation problem circuit analysis method according to any one of claims 1 to 6, wherein the conductor portion is not limited to a rod shape but has a general shape or a thin plate shape.
【請求項8】 ビル構造において格子は少なくとも格子
点において直交しており、インダクタンスが前記格子の
辺に沿って配置されていることを特徴とする請求項1な
いし7のいずれかに記載の空間回路網法による伝搬問題
回路解析手法。
8. The spatial circuit according to claim 1, wherein in the building structure, the grids are orthogonal to each other at least at grid points, and the inductances are arranged along the sides of the grids. Circuit Analysis Method for Propagation Problems by Network Method.
【請求項9】 前記格子点構造を有し、ビル構造内部の
キャパシタンスが格子の辺に沿って配置されており、ビ
ル構造外壁の格子点より大地にキャパシタンスが配置さ
れていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか
に記載の空間回路網法による伝搬問題回路解析手法。
9. The structure having the grid point structure, wherein the capacitance inside the building structure is arranged along the sides of the grid, and the capacitance is arranged on the ground from the grid point on the outer wall of the building structure. A propagation problem circuit analysis method using the spatial circuit method according to claim 1.
【請求項10】 ビル構造の格子点のすべての点から大
地にキャパシタンスが配置されていることを特徴とする
請求項1ないし9のいずれかに記載の空間回路網法によ
る伝搬問題回路解析手法。
10. A circuit analysis method for a propagation problem by the spatial network method according to claim 1, wherein capacitances are arranged on the ground from all points of the lattice points of the building structure.
JP6350494A 1994-03-31 1994-03-31 Analysis method for propagation problem circuit using spatial network method Pending JPH07270462A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112285424A (en) * 2020-10-20 2021-01-29 中国舰船研究设计中心 System and method for monitoring contact resistance and lightning current of base of shipborne electronic equipment

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