報告書番号

T00004

タイトル（和文）

FDTD法に基づくサージ解析コードの開発

タイトル（英文）

Development of Surge Analysis Code Based on the FDTD Method

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

本報告ではＦＤＴＤ法に基づく汎用サージ解析プログラムの開発について報告する。ＦＤＴＤ法は解析空間を立方体セルに分割し，マクスウェルの方程式中に現れる時間・空間の微分を差分に置き換えることで，各セルの電界・磁界を直接計算する。従って，開発プログラムは次の問題に対して有効である：①三次元スケルトン構造物上を伝搬するサージの解析，②大地中等，三次元の不完全導体媒質中を伝搬するサージの解析。数値電磁界解析手法としては，他にモーメント法も知られているが，②の問題は単純なものしか解くことができない。サージ解析への適用を考える上でのＦＤＴＤ法の問題点は，細線導体の半径の考慮が難しい点である。そこで本報告では，細線導体周囲の電界と磁界をその半径に応じて補正することにより，精度良く半径を考慮する手法についても提案している。本報告では，開発プログラムの計算原理および計算結果と実測結果の比較について述べている。

概要 （英文）

This report presents the development of a general surge analysis program named VSTL (Virtual Surge Test Lab.) based on the FDTD (finite-difference time-domain) method. The FDTD method divides the space of interest into cubic cells and directly calculates the electric and magnetic fields of the cells by discretizing the Maxwell Equations of electromagnetic fields, where the derivatives with respect to time and space are replaced by a numerical difference. By use of the FDTD method, the developed program is inherently able to take into account the geometrical features of a simulated structure, unlike EMTP-type circuit-based transient programs. Thus, the program is advantageous to solve problems: (i) surge propagation on a three-dimensional skeleton structure, and (ii) surge propagation inside a three-dimensional imperfectly conducting medium such as an earth soil. The method of moments (MoM) also numerically solves the Maxwell Equations, and NEC-2 is a well-known program based on MoM. Although MoM efficiently solves the problem (i), it cannot solve the problem (ii) except very simple cases, because it cannot deal with three-dimensional current distribution in the imperfectly conducting medium. On the other hand, FDTD is able to solve both the problems. One weak point of FDTD is the treatment of a thin wire. Thus, a field correction method to accurately treat the radius of the thin wire is proposed in this report. Starting from the description of VSTL's solution method, benchmark simulations and comparisons with experimental results are presented in this report.

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