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Waueform Characteristics of Ground Horizontal Electric Field of Cloud-to-Ground Lightning Under Different Return-Stroke Velocity and Geoelectric Parameters
- ACTA ELECTRONICA SINICA Vol. 49, Issue 8, Pages: 1633-1640(2021)
- 作者机构：
1.现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室（东北电力大学）, 吉林吉林 132012
2.武汉大学电气与自动化学院, 湖北武汉 430072
- 作者简介：
- 基金信息：
DOI：10.12263/DZXB.20200277
CLC： TM86;Received：20 March 2020，
Revised：2021-01-13，
Published：25 August 2021
- 稿件说明：
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于建立,樊亚东,周蜜等.云—地闪电地面水平电场在不同回击速度和地电参数时的波形特性[J].电子学报,2021,49(08):1633-1640.
YU Jian-li,FAN Ya-dong,ZHOU Mi,et al.Waueform Characteristics of Ground Horizontal Electric Field of Cloud-to-Ground Lightning Under Different Return-Stroke Velocity and Geoelectric Parameters[J].ACTA ELECTRONICA SINICA,2021,49(08):1633-1640.
于建立,樊亚东,周蜜等.云—地闪电地面水平电场在不同回击速度和地电参数时的波形特性[J].电子学报,2021,49(08):1633-1640. DOI： 10.12263/DZXB.20200277.
YU Jian-li,FAN Ya-dong,ZHOU Mi,et al.Waueform Characteristics of Ground Horizontal Electric Field of Cloud-to-Ground Lightning Under Different Return-Stroke Velocity and Geoelectric Parameters[J].ACTA ELECTRONICA SINICA,2021,49(08):1633-1640. DOI： 10.12263/DZXB.20200277.
摘要
针对地闪电磁脉冲计算在广域和高精度方面存在的难题，采用非均匀网格划分技术对均匀网格时域有限差分法进行改进，所提出的非均匀网格时域有限差分法适合广域地闪电磁脉冲计算.计算了100 km以内的地闪地面水平电场（
E
r
），揭示了
E
r
随回击距离变化所体现的波形变化规律.同时分析了大地电导率（
σ
）和回击速度（
v
）对该距离内
E
r
的影响.结果表明：
E
r
在2km内呈单极性脉冲，500m内在首次脉冲后出现过零现象且距离越远该现象越明显，50~100km内呈双极性连续脉冲；
E
r
的脉冲幅值、半峰值宽度、脉冲宽度、过零幅度均随
σ
增大而减小，
σ
≤2.5×10
-3
S/m时尤为明显；
v
对
E
r
的影响随距离增大明显增强，100m以外的脉冲幅值和10km以外的过零幅度随
v
增大有明显提高.
Abstract
Aim to difference limitations such as low computational accuracy and weak computational performance for wide-area lightning electromagnetic pulse (LEMP)
a new non-uniform grid finite difference time domain (FDTD) algorithm is proposed for large space distant conditions based on traditional uniform grid FDTD algorithm. The ground horizontal electric fields (
E
r
) generated by cloud-to-ground lightning were calculated
and the distance between the observation point and the return-stroke channel (
r
) within 100km. This work revealed the typical waveform variation laws of
E
r
generated by cloud-to-ground lightning changed along the return-stroke distance. Meanwhile
the effect of the earth conductivity (
σ
) and return-stroke velocity (
v
) on
E
r
in this range was studied by using the non-uniform grid FDTD method. Results show that the waveforms of
E
r
present in single pulse when
r
<
2km. There emerged zero-crossing phenomenon when
r
<
500m
and the farther distance the more obvious. The waveforms of
E
r
present in bipolar pulse when
r
in the range of 50~100km. The pulse amplitude
half peak width
pulse width and the zero-crossing amplitude of
E
r
attenuate with the increase of
σ
especially in the range of
σ
≤2.5×10
-3
S/m. The influence of
v
on
E
r
increase significantly as return-stroke distance increases. The pulse amplitude of
E
r
increase significantly with the increase of
v
when
r
>
100m
and the effect of
v
on the zero-crossing amplitude of
E
r
reflects the similar law when
r
>
10km.
关键词
Keywords
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