雷击作用下通信杆塔电气参数的仿真计算与验证

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雷电脉冲威胁着通信基站的稳定运行,雷击作用下通信基站杆塔的精确电气参数,是针对通信基站设备抵御雷击能力分析研究中的重要电气参数依据,对精细化基站设备防护规格的制定具有重要意义。基于电磁场有限元原理,使用实际通信基站铁塔参数建立了模型,仿真计算了通信基站铁塔的电气参数。根据铁塔部件连接特点,考虑不同规格和位置,对角钢塔外自感和部件间互感进行了有限元仿真分析,并对仿真结果进行了实验测试验证。获得了角钢部件的材料、规格、位置等影响因素与其自感值、互感值的变化关系,以及不同铁塔内部结构连接情况与铁塔总电感值的变化关系。应用已被验证的仿真计算结果,建立了雷电流电路模型、基站铁塔电路模型和基站铁塔与电源线缆的耦合电路模型,进一步对铁塔内部以及铁塔接地系统的分流特性进行了仿真分析研究。有限元仿真结合实验验证结果表明,在雷电流频率为10kHz-50kHz范围内,角钢部件电感值变化微弱;在固定雷电流频率、材料电导率、磁导率下,铁塔角钢部件的自感值与长度成正比,两平行角钢部件的互感值与间距成反比;单层铁塔中横杆结构对铁塔自感参数影响微弱,而省去斜杆结构后,铁塔自感值明显增大,由此针对不同塔型可省去斜杆建模并进行电感修正;电路仿真结果显示:雷击作用下铁塔内部结构各处的电流分布由部件自身电感值与连接关系共同决定,绝大多数横杆上无电流分布,主杆与斜杆的电流分布由上而下逐层递减,并在每一层中表现出部分对称分布关系;由避雷针、三角塔、电源线缆组成的通信铁塔接地系统中,塔体与三芯交流供电线缆每根线芯的电流分布比例为12.3:1:1:1,雷电流主要的泄放途径是塔架主体。
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