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接地模块先导通道下的电场

浏览次数: 日期:2015年5月13日 14:59

不论晴天还是雷雨云过搅时,地面上的电场强度都已经很好地确定过了。在以大地为良导体的假定下,我们习惯上以电场的垂直分量来表示它的场强。在第三章2-1-1节中讨论过距先导放电不同距离处所产生的电场变化,现在我们将考察先导通道下的电场强度。
让我们假设离地面H高度处有一负的云电荷Q并有一电荷q沿先导通道而分布,接地模块先导通道的顶端离地高度为h。靠近地面一点的电场是Q和q以及电荷密度沿先导通道变化的函数。可以证明当先导沿其通道发展到接近尾端,至少在开阔地区可以说,电荷Q对电场的贡献几近于无。地闪中有关Q和q的大小已一致采用了较合理的值(见第七章5-1-1节)。假定大地是理想导体并应用镜像原理之后,则电场的计算可当作一个标准的静电问题来考虑。各研究者取得结果中的主要差别都是由于对电荷密度沿先导通道分布采用不同假设而造成的。
瓦格纳(Wagner)和麦卡恩(McCann)(1942)按照合恩兰德(Schonland)等(1938)早期的建议而采用电荷均匀分布的假设,随后还有其他许多人采用这一假定。相反,布鲁斯(Bruce)和戈尔德(1941)论证说电荷的分布必须使沿通道产生较均匀的电压降(见第三章5-10节)因此建议电荷密度在先导顶揣最高,而朝着云端则按指数而递减,这一假设通过在电解糟中所作的测量而得到支持。
顺便指出的是,瓦格纳(1967)在他最近发袤的文章中说,披阻抗和先导通道单位长度的电荷密度二者均随先导高度的增加而降低,这一点是值得注意的。
安德森(1973)考察了不同电荷密度分布对所求电场梯度的影响并与电场记亲做了比较。
在第七章4-1-6节中曾提出回击电流的波前受先导通道最低部分和一些低分叉的对地电容以及这种分叉和主通道间的互电容的严重影响。这就使先导顶端后面的电精密度分布更趋复杂。
本文作者采用电荷按指数分布的假设(戈尔德,1945,1967)来决定避雷针的吸引效应。
公式(1)指出电场强度与电荷高度的平方成反比,因而这意味着在向上先导明显发展之前,自然界的闪电先导要比短得多的人工火花先导能进展到离地面更近的地方。这一想法是米克(Meek)(1942)首先提出的。公式(1)后来更有所发展地用于研究闪电先导(戈尔德,1945)。因4(α)表明所得电场梯度与距垂直先导通道正下方某点水距离的函数关系。它适用于全部电荷为1库伦及发展到离地面20米时之先导。取先导的传播速度为1.5x10米秒,则电场强度的增长可做为先导顶蝙距地面高度的函数而画成幽线。。在有避雷针的情况下,避雷针周围的电场要发生严重的畸变。拉莫尔和J.S.B.拉莫尔(1914)用半椭球状代替避窗针形状而计算出这种情况的电场分布。
以上所考虑的问题送一步为施瓦布(Schwab)(1965)所发展,他特别关注圣萨尔瓦托山的情况,因那里云电萄的高度显著地比平地上空的低。因此他研究了电荷中心所在高度的大范围变化对最终电场的影响。

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