Współczesne badania wyładowań piorunowych i ich parametry stosowane w aplikacjach inżynieryjnych

• Autorzy: Masłowski Grzegorz

Warianty tytułu

The present-day research of lightning discharges and their parameters used in engineering applications

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule dokonano analizy częstotliwości występowania na Ziemi wyładowań troposferycznych na podstawie wskazań optycznego detektora OTD, który pracował na niskiej orbicie satelitarnej. Uzyskane rejestracje wykazały, że średnia częstotliwość wynosi 44 ±5 wyładowań/sekundę, a zatem jest ona o połowę mniejsza od tej, która została oszacowana na początku ubiegłego wieku. Zwrócono też uwagę na udział wyładowań atmosferycznych w funkcjonowaniu globalnego obwodu elektrycznego Ziemi. Dokonano analizy parametrów doziemnych wyładowań ujemnych i dodatnich ze szczególnym uwzględnieniem wyładowań głównych, prądu długotrwałego i prędkości przemieszczania się czoła fali prądowej w plazmowym kanale piorunowym. Zwrócono również uwagę na istotną zmianę w interpretacji parametru rocznej średniej gęstości wyładowań na kilometr kwadratowy.

EN

An analysis was made of tropospheric discharges occurrence frequency on the basis of indications from the OTD optical sensor which worked on a low satellite orbit. Obtained records showed that the average frequency was equal 44 ±5 discharges per second so it was less than half of that one which had been estimated at the beginning of the last century. Attenton was also paid to the participation of athmospheric discharges in functioning of the global Earth electrical circuit. Analysis was made of cloud-to-ground negative and positive discharges with particular reference to return strokes, continuing current and velocity of the current wave front travel in a plasma lightning channel. Pointed out was also the substantial change in the interpretation of the parameter referring to the average annual discharge density per square kilometre.

Słowa kluczowe

PL

wyładowania piorunowe; badania parametrów bezpośrednich wyładowań atmosferycznych; aplikacje inżynieryjne

EN

lightning discharges; research of direct atmospheric discharge parameters; engineering applications

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2021
• Tom: nr 11
• Strony: 728--734
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys.

Twórcy

autor

Masłowski Grzegorz

• Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza Wydział Elektrotechniki i Informatyki

Bibliografia

• [1] Karnas G., Masłowski G., Barański P., A novel algorithm for determining lightning leader time onset from electric field records and its application for lightning channel height calculations. "Electr Pow Syst Res"178, doi:ARTN 10602110.1016/j.epsr.2019.106021 (2020).
• [2] Saba M. M. F. ef al., High-speed video observations of positive lightning flashes to ground. "Journal of Geophysical Research: Atmospheres" 115, doi:10.1029/2010jd014330 (2010).
• [3] Saba M. M. F., Ballarotti M. G., Pinto Q, Negative cloud-to-ground lightning properties from high-speed video observations. "Journal of Geophysical Research" 111, doi:10.1029/2005jd006415 (2006).
• [4] Rakov V. A. et al., New insights into lightning processes gained from triggered-lightning experiments in Florida and Alabama. "Journal of Geophysical Research: Atmospheres" 103, 14117-14130, doi:10.1029/97jd02149 (1998).
• [5] Jerauld J., An evaluation of the performance characteristics of the U.S. National Lightning Detection Network in Florida using rocket-triggered lightning. "Journal of Geophysical Research" 110, dol:10.1029/2005jd005924 (2005).
• [6] DeCarlo B. A. ef al., Distribution of Currents In the Lightning Protective System of a Residential Building - Part I: Triggered-Lightning Experiments. "IEEE Transactions on Power Delivery" 23, 2439-2446, dol:10.1109/tpwrd.2008.917894 (2008).
• [7] Masłowski G. et al., Measurements and modeling of current impulses in the lightning protection system and internal electrical installation equipped with household appliances. "Electr Pow Syst Res" 139, 87-92, doi:10.1016/j.epsr.2015.11.020 (2016).
• [8] Masłowski G., Wyderka S., Modeling of Currents and Voltages in the Lightning Protection System of a Residential Building and an Attached Overhead Power Line, "Ieee T Electromagn C" 62, 2164-2173, doi:10.1109/Temc.2020.2982127 (2020).
• [9] Masłowski G., Rakov V. A., A study of the lightning channel corona sheath. "Journal of Geophysical Research" 111, doi: 10.1029/2005jd006858 (2006).
• [10] Alipio R., Visacro S., Impulse Efficiency of Grounding Electrodes: Effect of Frequency-Dependent Soil Parameters. "IEEE Transactions on Power Delivery" 29, 716-723, doi:10.1109/tpwrd.2013.2278817 (2014).
• [11] Masłowski G., Ziemba R., Kossowski T, Overvoltage induced in overhead power lines by nearby lightning stroke. "Przegląd Elektrotechniczny" 94, 41-44, doi:10.15199/48.2018.02.10 (2018).
• [12] Rycroft M. J. ef al., New model simulations of the global atmospheric electric circuit driven by thunderstorms and electrified shower clouds: The roles of lightning and sprites. "Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics" 69, 2485-2509, doi:10.1016/j.ja-stp.2007.09.004 (2007).
• [13] Brooks C.E.P. The distribution of thunderstorms over the globe. "Geophys. Memo" 3(24), 147-164 (1925).
• [14] Christian H. J., Global frequency and distribution of lightning as observed from space by the Optical Transient Detector. "Journal of Geophysical Research" 108, doi:10.1029/2002jd002347 (2003).
• [15] PN-EN IEC 62858:2020-06 - wersja angielska, Gęstość wyładowań piorunowych oparta na systemach ich lokalizacji (LLS) - Ogólne zasady.
• [16] Lightning & Atmospheric Electricity Research, https://lightning.nsstc.nasa.gov/data/data_lis-otd-climatology.html. The NASA Global Hydrology Resource Center.
• [17] Masłowski G., Analiza i modelowanie wyładowań atmosferycznych na potrzeby ochrony przed przepięciami. I edn, Vol. 208 (Wydawnictwa AGH, 2010).
• [18] PN-EN 62305-1:2011 - Ochrona odgromowa - Część 1: Zasady ogólne (wersja polska - marzec 2014).
• [19] Dlendorfer G., Pichler H. Z. H.,. in 3rd International Symposium on Winter Lightning (ISWL2011) 185-190 (2011).
• [20] Visacro S., Statistical analysis of lightning current parameters: Measurements at Mono do Cachimbo Station. "Journal of Geophysical Research" 109, doi:10.1029/2003jd003662 (2004).
• [21] Hussein A.M., Milewski M., Janischewskyj W., Correlating the Characteristics of the CN Tower Lightning Return-Stroke Current with Those of Its Generated Electromagnetic Pulse, "leee T Electromagn C" 50, 642-650, doi:10.1109/temc.2008.924398 (2008).
• [22] Heidler F.H., Paul C, Some Return Stroke Characteristics of Negative Lightning Flashes Recorded at the Peissenberg Tower, "Ieee T Electromagn C" 59,1490-1497, doi:10.1109/temc.2017.2688587 (2017).
• [23] Azadifar M. ef al., Evaluation of the performance characteristics of the European Lightning Detection Network EUCLID In the Alps region for upward negative flashes using direct measurements at the instrumented Santis Tower. "Journal of Geophysical Research: Atmospheres" 121, 595-606, dol:10.1002/2015jd024259 (2016).
• [24] Miki M., Initial stage in lightning initiated from tall objects and in rocket-triggered lightning. "Journal of Geophysical Research" 110, dol:10.1029/2003jd004474 (2005).
• [25] Antonio Sunjerga M.R., Nicolau Pineda, Amirhossein Mostajabi, Mohammad Azadifar, David Romero, Oscar Van der Velde, Joan Montanya, Jordi Figueras i Ventura, Nikola Besic, Jacopo Grazioli, Alessandro Hering, Urs Germann, Gerhard Diendorfer, Farhad Rachidi, LMA observations of upward lightning flashes at the Santis Tower initiated by nearby lightning activity. "Electr Pow Syst Res" 181, doi:10.1016/j. epsr.2019.106067 (2020).
• [26] Working Group C4.407, Lightning parameters for engineering applications, CIGRE Report 549, (2013).
• [27] Anderson R.B., Eriksson A.J., A summary of lightning parameters for engineering application, CIGRE 1980 Session, paper 33-06,12 p. (1980).
• [28] Berger K., Anderson R.B., Kroninger H., Parameters of lightning flashes. "Electra" No. 41, 23-37 (1975).
• [29] Berger K., Blitzstrom-Paramefer von Aufwartsblitzen "Bull. Schweiz. Elektrotech." Bd. 69: 353-60 (1978).
• [30] Anderson R.B., Eriksson A.J., Lightning parameters for engineering application. "Electra" No. 69, 65-102 (1980).
• [31] Rycroft M. J., Odzlmek A., Effects of lightning and sprites on the ionospheric potential, and threshold effects on sprite initiation, obtained using an analog model of the global atmospheric electric circuit. "Journal of Geophysical Research: Space Physics" 115, n/a-n/a, doi:10.1029/2009ja014758 (2010).
• [32] CIGRE WG 33.01, Report 63. Guide to Procedures for Estimating the Lightning Performance of Transmission Lines, October 1991, 61 p.
• [33] IEEE Std 1410-2010, Guide for Improving the lightning performance of electric power overhead distribution lines, IEEE Power and Energy Soc, (2011).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).

Artykuł powstał na podstawie referatu wygłoszonego na IX Konferencji naukowo-technicznej „Urządzenia piorunochronne w projektowaniu i budowie" zorganizowanej przez Oddział Krakowski SEP w dniu 21 października 2021 r. w Krakowie