Investigation of Models of Grid-Like Shields Subjected to Lightning Electromagnetic Field: Experiments in the Frequency Domain

Abstract

In this paper, frequency-domain measurements of magnetic and electric field shielding effectiveness of grid-like spatial shield models exposed to lightning action are presented. Scaled experimental models of nearby and direct lightning strikes are proposed. Models of single-layer and double-layer wire shields of two different mesh widths are examined. Differences between the shielding effectiveness of magnetic and electric fields are discussed. The measurement results are compared to the results of numerical simulations.Index Terms-Grid-like spatial shield, lightning electromagnetic pulse (LEMP), measurements, numerical simulation, shielding effectiveness.

On the representation of thin wires inside lossy dielectric materials for FDTD‐based LEMP simulations

“…To protect sensitive electronic devices inside a building from lightning threats, there is a requirement to design effective lightning protection systems on the basis of the concept of LPZs by taking into account the characteristics of lightning electromagnetic fields [1]. Thus, the shielding effectiveness of reinforcing bars against electromagnetic fields has been studied numerically and experimentally [20][21][22][23][24][25][26][27]. In practice, reinforcing bars are placed inside concrete, and it is well known that concrete has some shielding effects against electromagnetic fields.…”

“…In previous studies [20][21][22][23][24][25][26][27], it was demonstrated through numerical and experimental analyses that the reinforcing bars of buildings have a significant effect on the behavior of LEMPs inside buildings. In surge analyses, the modeling of thin wires, such as electrical wires, is important for obtaining accurate results, and some techniques to simulate an arbitrary radius of thin wires in a lossless medium, such as overhead phase conductors [9] or wires in a lossy medium such as earth electrodes [10], have been developed for FDTD-based surge simulations.…”

Calculation of magnetic field inside a mesh screen at lightning strikes in circuit models by the frequency method

“…Численные методы дают наиболее общий подход к расчету сеточных экранов. Обычно используется метод моментов на основе теории антенн [2][3][4][5]. Методы теории антенн, нацеленные на мегагерцовый частотный диапазон, избыточны для частот тока молнии, с одной стороны, и не учитывают ряд важных факторов, с другой.…”

“…Численные расчеты выполнены по программе ЗУМ, которая отличается многофункциональностью вычислительного ядра, быстродействием [10], интеграцией с САПР [11]. Достоверность результатов расчета сеточных экранов подтверждается сравнением с экспериментальными и расчетными данными [2], а также данными в [1]. Перейдем к анализу сеточного экрана во временной области.…”

“…Частотные характеристики коэффициента экранирования магнитного поля одиночным и двойным сеточным экраном в поле антенны (рис. 14) получены экспериментально [2]. Экран состоит из каркаса (стальной уголок 40х40х4 мм) и сетки (стальная проволока диаметром 2,8 мм), устанавливается и подключается к стальной сетке (с шагом 35 мм), которая моделирует идеально проводящую землю.…”